CN1026478C - 舵角指示器 - Google Patents

Abstract

一种舵角指示器是在发讯器壳体内设有编码盘，其分度线上设有编码孔和读数控制孔，中心设有传动轴和皮带轮，一侧设有光源发射组件，另一侧设有光电接收器，其产生的编码数据电平和读数控制电平，经倒相放大和倒相整形，数据电平在读数控制电平控制下，存入锁存器，通过并入/串出移位寄存器，传至串入/并出移位寄存器，输入锁存器，一路送至译码驱动器，驱动显示角度，一路送至零位和方向识别电路，驱动显示方向。适用于各种舰船。

Description

本发明涉及航海仪表，更详细地讲是一种船舶舵叶转角指示仪器。

众所周知，现有船舶舵角指示器中有电感式舵角指示器、直流电源舵角指示器。电感式舵角指示器是由电源箱、发讯器和指示器组成，发讯器是由壳体、定子和转子组成的，定子上绕有两个电感线圈，两个电感线圈与电阻、电位器和二极管组成电桥电路，为四个桥臂，转子与舵杆相连接，舵叶偏转某一角度带动转子转动，定子上的两个电感线圈的电感量发生变化，电桥失去平衡，指示器的指针也偏转某一角度，这种舵角指示器利用电感量的变化，反应舵叶角度的变化，示度误差大，灵敏度低，调整繁杂，而且受电压波动的影响，也会加大示度误差，性能较差。直流电源舵角指示器也是由电源箱、发讯器和指示器组成的，发讯器是在壳体内设有若干触点与电阻串联，触点上设有滑动触头，滑动触头紧固传动轴，连接舵杆，舵叶偏转某一角度，带动滑动触头在触点上滑动，接触不同位置的触点，将舵角变化转换成电压变化，分压通过滑动触头切换不同的电压，经过指示器的指针指示出舵叶偏转某一角度，这种舵角指示器因受潮气侵袭，电阻阻值经常变化，滑动触头也因腐蚀、磨损而接触不良，电压波动等，使示度误差大，灵敏度低，性能差，同时，调整也繁杂。上述舵角指示器的指示器，采用的都是毫安表，这种仪表是利用通电线圈在磁场中受力而运动，克服游丝弹力所处不同位置而表示舵叶转动的角度，这种指示器，在使用中常因灰尘微粒、变形、电压波动等造成示度不准确，灵敏度低，性能较差。

本发明的目的，是提供一种示度准确，灵敏度高，调整简便，性能可靠的舵角指示器。

实现上述目的的一个解决方案是：发讯器壳体内设有编码盘，编码盘的分度线上设有编码孔和读数控制孔，编码盘中心设有传动轴，传动轴上设有皮带轮，编码盘一侧设有光源发射组件，另一侧对应设有光电接收器，光源发射组件发出的光线穿过编码孔和读数控制孔，使对应的光电接收器产生编码的数据电平信号（数据脉冲信号）和读数控制电平信号（读数控制脉冲信号），经倒相放大和倒相整形后，数据电平信号在读数控制电平信号的控制下，存入发讯器的锁存器，锁存的并行数据脉冲，通过发讯器的并入/串出移位寄存器转换成串行数据脉冲，输入显示器的串入/并出移位寄存器，转 换成并行数据，存入显示器的锁存器，其输出的并行数据分二路，一路送至译码驱动器，驱动显示屏显示角度，另一路送至零位和方向识别电路，通过方向显示驱动器，驱动显示方向，整个数据传输和转换，是在主振时钟脉冲发生器和分频产生的控制脉冲和时钟脉冲的控制下，同步进行的。

实现上述目的的另一个解决方案是：零位识别及方向识别电路包括八输入端或非门，第一、第二、第三两输入端或非门及第一、第二三极管，八输入端或非门的八个输入端中的七个输入端分别与锁存器输出端的八位二进制数据线的低七位相应连接;八输入端或非门输出端与第一和第二或非门的其中一个输入端相连接，第二或非门的另一个输入端及第三或非门的两个输入端与所说的锁存器输出端的八位数据线的第八位相连接，第一或非门的另一个输入端与第三或非门的输出端相连接，第一或非门的输出端与第一三极管的基极相连接，第二或非门的输出端与第二三极管的基极相连接，第一、第二三极管的集电极分别与显示器相连接。

实现上述目的的再一个解决方案是：编码盘上零度刻度线一侧的每一刻度线上均设置有标示左右舵之一的方向识别孔。

本发明具有如下优点：一、更适合在海洋环境中工作，解决了现有显示器存在的易腐蚀、损坏等问题;二、工作电压在保证电路工作的电压范围内均能正常工作，不会由此产生显示误差，示度准确;三、信号处理电路在常规角度传感器中增加了零度识别电路和方向指示电路;四、成本低廉，适用于各种舰船。

附图说明

附图是本发明的一种示意图，也是一种实施例的示意图。

图1是本发明的发讯器主视图。

图2是本发明的逻辑方框图。

图3是编码盘主视图。

图4是本发明的发讯器电路图。

图5是本发明的指示器电路图。

下面结合附图，对本发明的解决方案，作进一步说明。

发讯器壳体2内设有编码盘3，编码盘3的分度线上设有编码孔9，编码孔9采用八位编码组成一组，从编码盘3的中心向外圆，由高位到低位均匀排列，也可以从中心向外圆，由低位到高位编排，编码孔9的最高位用来表示方向，低七位采用二～十进制编码（BCD编码），用来表示角度，也可以采用最低位来表示方向。第一分度线上的“孔”表示“1”，无“孔”表示“0”，左舵方向有“孔”用“1”表示，右舵方向无“孔”用“0”表示，若一直是左舵方向显示器要一直显示左舵方向，所以表示方向的编码孔9可以是连续的弧形孔，同样，编码孔9相临的“孔”表示“1”时，也可以是连通孔，表示“0”时为一平面。编码盘3每条分度线上的一组编码孔9外侧，即最低位外侧设有一个读数控制孔10，以控制该分度线上数据的锁存，读数控制孔10也可以设在每组编码孔9的内侧，或者最高位一侧。编码盘3中心设有传动轴5，传动轴5上设有皮带轮7，与舵杆上设有的皮带轮，经皮带相连接，为防止皮带打滑，皮带轮7上端面开有一横槽，皮带经横槽绕入皮带轮7。编码盘3上设有稳钉孔11，可以将编码盘3稳定在传动轴5上，使编码盘3传递舵叶偏转的角度更可靠，传动轴5上设有调整手轮6，调整手轮6上设有零位标记，可以与发讯器壳体2上设有的零位标记相对应，使调整更方便。编码盘3也可以是扇形、环形、方形、带状等，采用连杆与舵杆相连接。编码盘3一侧设有光源发射组件，光源发射组件采用九只发光管LED1-LED9组成，分别串接九只限流电阻R1-R9，为防止潮气侵袭，光源发射组件采用树脂胶封装在编码盘3下方设有的光源组件壳体1内。编码盘3另一侧设有光电接收器，光电接收器采用九只红外线光电接收二极管U1-U9，分别与光源发射组件的九只红外线发光二极管LED1-LED9相对应，光源发射组件发出的红外光线，穿过编码盘3上的编码孔9和读数控制孔10，被光电接收器接收，转换成数据电平信号，输入放大器。放大器采用九只三极管BG1-BG9组成的九路放大器，数据电平信号分别接入九路放大器的三极管BG1-BG9基极，经放大后的八位数据电平信号，由放大器中的八路放大三极管BG1-BG8的集电极输出，由于放大时被倒相，再接至倒相器IC1的输入端1、3、5、9、11、13脚和或非门IC2输入端2、3和11、12脚倒相输出，倒相器IC1采用CD40106型集成电路，或非门IC2采用74LS02四组二输入端或非门。被倒相 的八位数据电平信号经倒相器IC1输出端2、4、6、8、10、12脚和或非门IC2的输出端1、13脚输出，分别接入锁存器IC3的数据输入端3、4、7、8、13、14、17、18脚，锁存器IC3采用74LS273型集成电路。经放大后的读数控制脉冲，由放大器中的放大三极管BG9的集电极输出，接至或非门IC2输入端的5脚与6脚所接的，由显示器的倒相器IC5的4脚传来的移位时钟脉冲，进行或非操作后，形成锁存控制脉冲，加至锁存器IC3锁存控制端11脚。锁存器IC3内存储的等待传送的数据电平信号，由输出端2、5、6、9、12、15、16、19脚输出，加至并入/串出移位寄存器IC4的并行输入端2、3、4、5、10、11、12、14脚，在6脚所加的，由显示器的倒相器IC5的4脚传来的移位时钟脉冲控制下，同步将并行数据转换成串行数据，由13脚输出，由于13脚输出的电平幅度不足，接至或非门IC2输入端8、9脚倒相后，由输出端10脚输出，经串行数据线QH传至显示器。并入/串出移位寄存器IC4的型号是74HC166。锁存器IC3和并入/串出移位寄存器IC4也可以采用一块带有锁存器的并入/串出移位寄存器来实现，如：74HC597、74LS597等。并入/串出移位寄存器IC4的并入/串出控制端15脚所加的控制脉冲，由显示器的倒相器IC5的12脚提供。发讯器由五根导线与显示器相连接，其中：两根电源线+5V、GND，一根串行数据线QH，一根移位时钟脉冲线CP和一根并入/串出控制线P/S。上述电路结构采用树脂胶封装在编码盘3上方设有的发讯组件壳体4中。

显示器由系统脉冲发生器、数据处理电路和译码显示驱动电路组成，封装在显示器壳体内，与上述的五条导线8相连接。系统脉冲发生器由时钟脉冲发生器、计数分频器和倒相器等电路组成。时钟脉冲发生器由时基集成电路IG7经过如下连接实现的：时基集成电路IC7的4、8脚接入5伏电源的正极，1脚接地，2、6脚经电容器C1接地、电源经电阻R10、R11接入2、6脚，为电容器C1充电，7脚接至电阻R10和R11的连接点上，组成放电回路，使其产生3000赫兹（3KHZ）左右的时钟脉冲，从3脚输出，成为主振时钟脉冲。时基集成电路IC7的型号是CC7555。由时基集成电路IC7的3脚输出的时钟脉冲分三路，一路加在倒相器IC5输入端3脚，倒相后经4脚输出，送入发讯器，作为移位时钟脉冲，又分两路接入或非门IC2的6脚和并入/串出移位寄存器IC4的6脚。第二路接计数分频器IC6的14脚，进行分频。第三路接入或非门IC13的输入端11脚上，经或非操作后，加至串入/并出移位寄存器IC8的时钟输入端8脚，使收、发端移位寄存器IC4和IC8同步移位同步锁存。计数分频器IC6采用十进制的计数分频器MC14017，其11脚与15脚连接，成为九进制的计数分频器，14脚上所加的时钟脉冲分频后，一路经3脚输出，送至倒相器IC5，倒相后由6脚输出，成为收端锁存控制脉冲，送至锁存器IC9锁存控制端11脚。另一路由分频器IC6的2脚输出，又分成两路，一路加至倒相器IC5输入端13脚，倒相后由12脚输出，接入发讯器的并入/串出移位寄存器IC4的15脚，成为发端的并入/串出控制脉冲;另一路加至或非门IC13输入端12脚，通过或非操作，控制串入/并出移位寄存器IC8的移位时钟脉冲，在锁存期间停止移位。倒相器IC5采用CD4069倒相器，也可以采用CD40106、74HC14等。数据处理电路是由发讯器的或非门IC2的10脚输出的数据电平信号加至倒相器IC5输入端1脚，倒相后由2脚输出，送至串入/并出移位寄存器IC8的串行数据输入端1、2脚转换成并行数据，由输出端3、4、5、6、10、11、12、13脚输出，加至锁存器IC9的数据输入端3、4、7、8、13、14、17、18脚进行锁存，锁存的数据由输出端2、5、6、9、12、15、16、19脚输出，完成数据处理过程。锁存器IC9采用74LS273型集成电路，串入/并出移位寄存器IC8采用74HC164型集成电路，这两块集成电路主要是把串行数据转换成并行数据，锁存起来，也可以采用一块带锁存器的串入/并出移位寄存器来完成。如HC595等集成电路。译码显示驱动器是由锁存器IC9输出的并行数据分成三路、一路送至译码驱动器IC10输入端7、1、2、6脚和译码驱动器IC11输入端7、1、2脚把低七位二～十进制编码（BCD编码）译成十进制数码，在显示屏12上显示角度。显示屏12采用LED显示屏，译码驱动器IC10、IC11相应采用MC14513型集成电路;显示屏12也可以采 用LCD显示屏，译码驱动器IC10、IC11也相应采用HC4543型集成电路。第二路把低七位数字电平信号，加至或非门IC12输入端2、3、4、5、9、10、11脚，其12脚接地，经或非操作得到的零舵信号由13脚输出，或非门IC12采用的是CD4078型集成电路。

第三路通过总线插头，可以为显示器扩展和电脑操舵提供数据接口。锁存器IC9输出的数据的最高位，送至或非门IC13的输入端6、8、9脚，在输出端4脚得到右舵方向信号，加至显示驱动电路的三极管BG11的基极，驱动LED发光管在显示屏12上显示右舵;在10脚得到最高位的求反信号，加至2脚，由输出端1脚输出左舵信号，加至驱动电路的三极管BG10的基极，驱动LED发光管在显示屏12上显示左舵。或非门IC12输出端13脚接至或非门IC13输入端3、5脚，通过或非操作，使左舵信号和右舵信号在零舵位时，显示屏12不显示方向。或非门IC13采用74HC02集成电路。

上述数据传输是通过串行数据接口传输的，也可以通过并行数据接口进行传输，并行数据传输是将发讯器的锁存器IC3输出端2、5、6、9、12、15、16、19脚输出的并行数据，分别用八根导线传至显示器的锁存器IC9输出端2、5、6、9、12、15、16、19脚处，替代锁存器IC9输出的数据，发讯器的或非门IC2的6脚改换到5脚或接地，即可实现并行传送。并行传输发讯器供电线路与上述串行传输发讯器供电线路相同，解除一条串行数据线QH和两条脉冲传输线CP、P/S增加八根并行数据传输导线，成本有所增加。

本发明的显示器安装在驾驶室内，经传输导线8，与安装在舵机舱内的发讯器相连接。皮带经皮带轮7上端的横槽绕入皮带轮7，连接舵杆上的皮带轮。将舵叶转成正舵，转动调整手轮6使其零位标记与发讯器壳体2上设有的零位标记相对应，然后紧固皮带轮7和调整手轮6。接通电源，光源发射组件即发出红外线，正舵时，红外线穿过零舵位读数控制孔10，由于编码孔9无“孔”为“0”，显示屏12反映的舵角读数为0，并且无方向显示。舵角向左或者向右偏转某一角度时，光源光射组件发射的红外光线，穿过编码盘3的某一分度线上的读数控制孔10和编码孔9，被光电接收器接收，转换成BCD编码数据电平信号，经放大器放大后被倒相，再经倒相器IC1的六个非门和或非门IC2的两个或非门再倒相后，加至锁存器IC3的输入端进行锁存。由放大器输出的读数控制电平信号，经放大器放大时也产生了倒相，经或非门IC2和显示器传来的时钟脉冲，进行或非操作，形成锁存控制脉冲，该脉冲的出现表明，编码盘3的一条分度线上的读数控制孔10和编码孔9，与光源发射组件和光电接收器对齐，锁存器IC3的输入端已有稳定的数据进行锁存。锁存器IC3锁存的数据，在编码盘3没有转过一条分度线时，数据保持不变，只有转到另一条分离线时，才被新的数据替代。锁存器IC3输出的并行数据，通过并入/串出移位寄存器IC4转换成串行数据，由于并入/串出移位寄存器IC4的串行输出端驱动能力小，利用或非门IC2的一个或非门接成非门，把串行数据脉冲倒相放大，传至显示器。并入/串出移位寄存器IC4的并行装入，串行移位控制端，所加的脉冲处于低电平时，将并行数据并行装入移位寄存器;处于高电平时，在时钟脉冲的控制下，同步将数据移入显示器的串入/并出移位寄存器IC8，每移一位占用一个时钟周期，每移一个字节并装一次，完成一个传送周期。由发讯器传给显示器的被倒相的串行数据脉冲，在传输过程中，受到电感和分布电容的影响，其波形和幅度有所变差，通过倒相器IC5倒相后，恢复原来波形，加至串入/并出移位寄存器IC8的串行数据输入端，转换为并行数据，加至锁存器IC9进行锁存。锁存器IC9所加的锁存控制脉冲，是由时钟脉冲经计数分频器，分频倒相后形成的，为保证在锁存时有稳定的数据锁存，使锁存期间不传送数据，利用锁存脉冲，通过或非门IC13的或非操作，封锁了串入/并出移位寄存器IC8的移位时钟脉冲，在锁存脉冲出现时，串入/并出移位寄存器IC8停止移位。锁存器IC9输出的数据电平信号，一路经译码驱动器IC10、IC11使显示屏12显示出舵叶偏转角度;另一路经或非门IC12、IC13组成的零位识别和方向识别电路，经过方向驱动电路在显示屏12上显示出舵叶向左或者向右偏转的方向。

Claims (3)

1、一种舵角指示器由电源箱、发讯器和显示器组成，其特征是：发讯器壳体内设有编码盘、编码盘的分度线上设有编码孔和读数控制孔，编码盘中心设有传动轴，传动轴上设有皮带轮，编码盘一侧设有光源发射组件，另一侧对应设有光电接收器，光源发射组件发出的光线穿过编码孔和读数控制孔，使对应的光电接收器产生编码的数据电平信号(数据脉冲信号)和读数控制电平信号(读数控制脉冲信号)，经倒相放大和倒相整形后，数据电平信号在读数控制电平信号的控制下，存入发讯器的锁存器，锁存的并行数据脉冲，通过发讯器的并入/串出移位寄存器，转换成串行数据脉冲，输入显示器的串入/并出移位寄存器，转换成并行数据，存入显示器的锁存器，其输出的并行数据分二路，一路送至译码驱动器，驱动显示屏显示角度，另一路送至零位和方向识别电路，通过方向显示驱动器，驱动显示屏显示方向，整个数据传输和转换，是在主振时钟脉冲发生器和分频产生的控制脉冲和时钟脉冲的控制下，同步进行的。

2、根据权利要求1所述的舵角指示器，其特征是：零位识别及方向识别电路包括八输入端或非门，第一、第二、第三两输入端或非门及第一、第二三极管，所说的八输入端或非门的八个输入端中的七个输入端分别与锁存器输出端的八位二进制数据线的低七位相应连接;所说的八输入端或非门输出端与第一和第二或非门的其中一个输入端相连接，第二或非门的另一个输入端及第三或非门的两个输入端与所说的锁存器输出端的八位数据线的第八位相连接，第一或非门的另一个输入端与第三或非门的输出端相连接，第一或非门的输出端与第一三极管的基极相连接，第二或非门的输出端与第二三极管的基极相连接，第一、第二三极管的集电极分别与显示器相连接。

3、根据权利要求1或2所说的舵角指示器，其特征是：在所说的编码盘上零度刻度线一侧的每一刻度线上均设置有标示左右舵之一的方向识别孔。

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