CN102602526A - 数字化舵角指示系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字化舵角指示系统。包括用来将模拟信号转换成数字信号的舵角发信器；连接舵角发信器的接收数字信号的信号分配器；连接信号分配器的接收数字信号的三面舵角指示器；连接信号分配器的防水式单面舵角指示器；以及至少一个以上的单面舵角指示器；舵角发信器外部设有一与舵叶相连的连杆，内部安装有采样电位器以及舵角信号处理板；该舵角信号处理板包括主控芯片，以及与该主控芯片分别连接的显示单元、标定按键、程序烧写模块、数字信号发送模块和电源接口模块；采样电位器通过与舵叶相连的连杆的带动，将模拟信号传输给主控芯片处理成数字信号后，将这些数字信号在显示单元显示的同时，利用数字信号发送模块传输给信号分配器。

Description

数字化舵角指示系统

技术领域：

本发明涉及船舶仪器设备，特别涉及一种数字化舵角指示系统。

背景技术：

现有的舵角指示系统主要将舵角位置信号通过平行四边形机构将舵叶实际位置的机械转角经自整角机传输到复示单元的接收机上，再通过齿轮带动指针，从而在复示单元的刻度盘上读取当前舵角值，该种方式存在以下缺点：

1、这种方案中的机械结构相对复杂，舵角值存在累计误差，且无法进行校正，复示精度低，通常为±1°。

2、该系统中的核心器件采用自整角机，所以机械寿命短。

3、该系统对安装于舵机舱的平行四边形连杆结构要求很高，因此在工程中，施工难度大。

4、应用领域的特殊性，要求复示单元显示时为左45°至右45°，传统三面舵角指示器在将模拟量转化为机械角度时，两者的关系不是完全线性的，所以存在显示不对称的问题。

5、由于自整角机构成的系统是由一个发送机构同时带动多个接收机构，所以安装在复示单元的接受机构的显示数值会有偏差，针对此问题的调试也很复杂。

6、该系统中的数据传输采用模拟量，因此对其他设备提供的接口有限，没有对外的数字接口。

7、此外该系统还存在成本高，噪声大等缺点。

发明内容：

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种数字化舵角指示系统。该系统采用的内部通信信号全部为数字信号。同时，该系统内的舵角发信器可通过软件，实现在左45°至右45°间按每5°进行标定，以提高复示精度。另外，本发明系统还可扩展任意数量且本系统内任意型号的舵角复示单元，且有符合IEC61162国际标准的对外数字接口。

本发明的具体技术方案如下：

数字化舵角指示系统，包括：

一用来将模拟信号转换成数字信号的舵角发信器；

一连接舵角发信器的接收数字信号的信号分配器；

一连接信号分配器的接收数字信号的三面舵角指示器；

一连接信号分配器的防水式单面舵角指示器；以及

至少一个以上的单面舵角指示器；

其特征在于，

所述舵角发信器外部设有一与舵叶相连的连杆，内部安装有采样电位器以及舵角信号处理板；该舵角信号处理板包括主控芯片，以及与该主控芯片分别连接的显示单元、标定按键、程序烧写模块、数字信号发送模块和电源接口模块；所述采样电位器通过与舵叶相连的连杆的带动，将模拟信号传输给主控芯片处理成数字信号后，将这些数字信号在显示单元显示的同时，利用数字信号发送模块传输给信号分配器。

作为优选方案，所述信号分配器设有一路数字信号接收端口、八路数字信号输出接口；所述系统中的信号分配器可设有多个，通过串联可扩展出八路以上的数字信号输出接口；所述该八路数字信号输出接口中有一路为VDR(Voyage Data Recorder，航行数据记录仪)信号输出接口。

作为优选方案，所述系统还设有一连接信号分配器的三面舵角指示器调光板，该三面舵角指示器调光板用来控制调节三面舵角指示器中光柱刻度显示器、数码管显示器以及背景显示器中任意一个或两个或三个的亮度。

作为优选方案，所述防水式单面舵角指示器外接独立的外部调光器盒。该调光器盒用来控制调节防水式单面舵角指示器中光柱刻度显示器、数码管显示器中任意一个或两个的亮度。

作为优选方案，所述三面舵角指示器设有数字信号接收模块以及与该模块连接的光柱刻度显示器、数码管显示器以及背景显示器。

作为优选方案，所述防水式单面舵角指示器设有数字信号接收模块以及与该模块连接的光柱刻度显示器、数码管显示器。

作为优选方案，所述单面舵角指示器设有数字信号接收模块以及与该模块连接的光柱刻度显示器和数码管显示器。

作为优选方案，所述单面舵角指示器分为壁挂式单面舵角指示器、嵌入式单面舵角指示器。根据实际需要安置在驾驶室，集控室，船长室等船舶上不同的地方。

作为优选方案，所述还设有一用来给系统及其部件提供电力的电源，该电源采用DC24V或AC220V。

本发明的有益效果为：

1、由于本系统的舵角发信器可以对当前舵角按每5°进行舵角精度标定，而传统系统由于采用自整角机采集舵角信号，除0度标定以外，在其他角度无法标定，因此本系统中的三种舵角指示器的显示精度大为提高，进而现场施工安装也相对容易，因为由于安装产生的舵角值的误差可以通过加载软件来校正。

2、由于舵角发信器改良后，使得机械传动结构较传统系统大幅减少，因此机械寿命明显提高，即使在长时间的使用过程中，也不会因为机械磨损导致的大幅度舵角复示精度降低。

3、本系统的内部通信信号采用数字信号，较传统模拟信号实时性高，抗干扰性好。

4、传统系统的带负载能力差，仅能扩展有限数量的舵角指示器，本系统采用数字信号，结合信号分配器以及串联多个分配器来扩展至任意数量、任意型号的舵角指示器。

5、传统系统没有对外的数字接口，本系统通过在信号分配器上设置VDR信号输出接口可以直接将数字信号传输给船舶VDR进行数据保存。原来系统中将模拟信号传给船舶VDR时，由于电压都保持在50-90V，而船舶VDR的接收信号电压范围为±10V，故无法将模拟信号直接发给船舶VDR，必须在船舶VDR的接收端还需加载一个信号转换装置，而本系统由于内部传输数字信号，信号电压在2V左右，故可直接发送给船舶VDR保存，做到了数据记录的简单方便。

6、本系统还具备噪声小，成本低等优点。

附图说明：

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明系统的结构原理框图。

图2为本发明系统中信号分配器的结构框图。

图3a为本发明系统中舵角发信器的产品结构框图。

图3b为本发明系统中舵角发信器的电路原理框图。

图4为本发明系统中三面舵角指示器的结构示意图。

图5为本发明系统中壁挂式和嵌入式单面舵角指示器的示意图。

图6为本发明系统中防水式单面舵角指示器的示意图。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本发明所述的数字化舵角指示系统，可以被认为是一款真正意义上的纯数字化舵角指示系统。它根据实际应用环境，系统提供了不同防护等级(最高达到IP56防护等级)，不同安装方式的舵角指示器。

如图1所示，系统主要结构包括舵角发信器101、信号分配器102和若干个采用数字信号传输及数码显示的舵角指示器。这些舵角指示器分别包括三面舵角指示器103、壁挂式单面舵角指示器104、尺寸为144*144毫米的嵌入式单面舵角指示器105、尺寸为96*96毫米的嵌入式单面舵角指示器106以及防水式单面舵角指示器107。

具体而言，舵角发信器101用来将模拟信号转换成数字信号。信号分配器102用来通过连接舵角发信器接收数字信号，并由完全电气隔离、完全独立的八路输出接口输出符合IEC61162国际标准的数字信号。这些采用统一通信格式的数字信号，通过信号分配器扩展，可以根据客户需求，轻松实现系统配备不同数量、不同型号的舵角指示器。

三面舵角指示器103、壁挂式单面舵角指示器104、尺寸为144*144毫米的嵌入式单面舵角指示器105、尺寸为96*96毫米的嵌入式单面舵角指示器106、防水式单面舵角指示器107以上这些分别通过连接信号分配器102接收数字信号并显示舵角数值。防水式单面舵角指示器107可外接独立的外部调光盒108。

需要指出的是，上述本系统中提及的5种舵角指示器根据实际的应用需求以壁挂、嵌入、防水、三面显示等样式安置在驾驶室、集控室、船长室、船的两舷、舵机舱等等船舶上不同的需求地方。故系统中可以安置多个不同类型的舵角指示器。

另外，系统还设有一连接信号分配器102的三面舵角指示器调光板109，该三面舵角指示器调光板109将调光命令加载到信号分配器发送给三面舵角指示器103的数字信号中，用来控制调节三面舵角指示器103中光柱刻度显示器、数码管显示器以及背景显示器中任意一个或两个或三个的亮度。

调光器盒108用来控制调节防水式单面舵角指示器107中光柱刻度显示器、数码管显示器以及背景显示器中任意一个或两个或三个的亮度。此外设有一用来给系统及其部件提供电力的电源110，该电源110采用DC24V或AC220V。

如图2所示，本系统中的信号分配器采用一路数字信号接收端口、八路数字信号输出接口的构造。这八路数字信号输出接口中有一路为传输给VDR的数字信号输出接口。这样通过串联多个这样的信号分配器可扩展出八路以上的数字信号输出接口。原理上可以通过在信号分配器后端再连接信号分配器的方式，实现舵角信号无限路输出。例如，两个串联信号分配器可以扩展至最多15路用来连接舵角指示器的数字信号输出，三个串联就可以扩展至最多22路数字信号输出，以此类推。

如图3a、图3b所示，舵角发信器外部设有一与舵叶相连的连杆310，内部安装有采样电位器320以及舵角信号处理板330；该舵角信号处理板330包括主控芯片331，以及与该主控芯片331分别连接的显示单元332、标定按键333、程序烧写模块334、数字信号发送模块335和电源接口模块336；所述采样电位器320通过与舵叶相连的连杆310的带动，将模拟信号传输给主控芯片331处理成数字信号后，将这些数字信号在显示单元332显示的同时，利用数字信号发送模块335传输给信号分配器。

该舵角发信器的具体原理如下：

船上的舵叶由舵机带动旋转，舵机上标有指示当前舵角值的刻度盘，该刻度盘上的读数就是当前的实际舵角值。通过平行四边形机构，舵角发信器与舵机连接，动舵时，舵角发信器上的连杆也旋转与实际舵角相同的角度，带动内部的采样电位器转动，由此输出不同的电压值(模拟信号)，再由舵角信号处理板将该电压值解算出实际的舵角值，通过数字通信口输出。

需要指出的是，该舵角信号处理板的一大特点是可以在左45°至右45°间按每5°进行标定，即当舵机分别转动到左45°、左40°、左35°……右35°、右40°、右45°时，在通过舵角信号处理板上的标定按键，可以更改输出信号的舵角值，通过软件的内部运算，可以提高实际舵角值与电位器输出电压的线性度，从而提高系统的复示精度。这些值会固化在舵角信号处理板内，不需要每次开机时重新标定。

由于内部软件可以进行高精度的标定以及线性运算，因此，对连接连杆的平行四边形机构安装要求很低，极大地简化了现场施工难度。

如图4所示，三面舵角指示器设有数字信号接收模块(图中未示出)以及与该模块连接的光柱刻度显示器401、数码管显示器402以及背景显示器403。

如图5所示，单面舵角指示器在应用于系统时，设有数字信号接收模块(图中未示出)以及与该模块连接的光柱刻度显示器501和数码管显示器502。根据应用环境的需求可以分为壁挂式单面舵角指示器、长宽为144*144毫米的嵌入式单面舵角指示器以及长宽为96*96毫米的嵌入式单面舵角指示器等样式。

如图6所示，防水式单面舵角指示器设有数字信号接收模块(图中未示出)以及与该模块连接的光柱刻度显示器601、数码管显示器602。

另外，为与舵机连接平行四边形连杆机构，舵角发信器内安装少量机械传动装置，除此以外再也没有任何机械组件，所有内部设备间的通信信号均采用数字信号传输，这种方式在降低机械磨损，提高精度，延长设备寿命，控制噪声等方面效果显著。

由于所有复示设备(代指系统中各种舵角指示器)均采用光柱及数码管显示，显示更加直观、准确，显示分辨率可以达到±0.1°，复示精度不超过±0.5°，且各复示器间的复示角度完全同步，且不存在传统模拟舵角指示系统每台复示设备显示读数不一致的现象。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.数字化舵角指示系统，包括：

一用来将模拟信号转换成数字信号的舵角发信器；

一连接舵角发信器的接收数字信号的信号分配器；

一连接信号分配器的接收数字信号的三面舵角指示器；

一连接信号分配器的防水式单面舵角指示器；以及

至少一个以上的单面舵角指示器；

其特征在于，

所述舵角发信器外部设有一与舵叶相连的连杆，内部安装有采样电位器以及舵角信号处理板；该舵角信号处理板包括主控芯片，以及与该主控芯片分别连接的显示单元、标定按键、程序烧写模块、数字信号发送模块和电源接口模块；所述采样电位器通过与舵叶相连的连杆的带动，将模拟信号传输给主控芯片处理成数字信号后，将这些数字信号在显示单元显示的同时，利用数字信号发送模块传输给信号分配器。

2.根据权利要求1的数字化舵角指示系统，其特征在于，所述信号分配器设有一路数字信号接收端口、八路数字信号输出接口；所述系统中的信号分配器可设有多个，通过串联可扩展出八路以上的数字信号输出接口；所述该八路数字信号输出接口中有一路为VDR信号输出接口。

3.根据权利要求1的数字化舵角指示系统，其特征在于，所述系统还设有一连接信号分配器的三面舵角指示器调光板，该三面舵角指示器调光板用来控制调节三面舵角指示器中光柱刻度显示器、数码管显示器以及背景显示器中任意一个或两个或三个的亮度。

4.根据权利要求1的数字化舵角指示系统，其特征在于，所述防水式单面舵角指示器外接独立的外部调光器盒。该调光器盒用来控制调节防水式单面舵角指示器中光柱刻度显示器、数码管显示器中任意一个或两个的亮度。

5.根据权利要求1的数字化舵角指示系统，其特征在于，所述三面舵角指示器设有数字信号接收模块以及与该模块连接的光柱刻度显示器、数码管显示器以及背景显示器。

6.根据权利要求1的数字化舵角指示系统，其特征在于，所述防水式单面舵角指示器设有数字信号接收模块以及与该模块连接的光柱刻度显示器、数码管显示器。

7.根据权利要求1的数字化舵角指示系统，其特征在于，所述单面舵角指示器设有数字信号接收模块以及与该模块连接的光柱刻度显示器和数码管显示器。

8.根据权利要求7的数字化舵角指示系统，其特征在于，所述单面舵角指示器分为壁挂式单面舵角指示器、嵌入式单面舵角指示器。

9.根据权利要求1至8任意的数字化舵角指示系统，其特征在于，还设有一用来给系统及其部件提供电力的电源，该电源采用DC24V或AC220V。

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