CN103901841A - 一种气垫船综合模拟显示面板及信息采集处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种专用综合模拟显示面板及信息采集处理方法，尤其涉及一种气垫船专用综合模拟显示面板及信息采集处理方法，属于海洋工程领域。本发明的气垫船综合模拟显示面板，主要包括电源电路、19个状态指示灯、4个按键及指示灯、灯控制电路、按键采集及灯控制电路、压力温度采集电路、ATMega128单片机最小系统、RS-422通信电路、JTAG下载电路、电源转换电路、D/A转换电路、差分电路、四个空气舵舵表和泵组温度、压力数码表。该专用综合模拟显示面板采用ATmega128单片机作为主控芯片，通过片上集成的I2C总线完成对D/A转换芯片TLC5618的控制，从而控制相应的输出。
Description
技术领域
本发明涉及一种专用综合模拟显示面板及信息采集处理方法，尤其涉及一种气垫船专用综合模拟显示面板及信息采集处理方法，属于海洋工程领域。
背景技术
气垫船又叫“腾空船”，是一种以空气在船只底部衬垫承托的交通工具。气垫船按照载重量可分为小型、中型和大型气垫船，按航行状态分为全垫升气垫船和侧壁式气垫船两种。气垫船为高速水面船只，由于其在航行时船身在气垫的作用下离开水面，这样就很大程度地减小了船身与水面的摩擦力，因此气垫船的航行速度比一般水面船只高出很多，现在很多气垫船的航行速度都可以超过50节。由于气垫的作用，气垫船除了能够在水面航行之外，通常都可以在较为平滑的地面或海滩上高速的航行。由于气垫船的这些特点，其具有很高的机动性，因此自第一艘气垫船问世以来，经过长期的发展，已经成功地应用于军事、商业和救援等领域，随着技术的发展，其还会得到更加广泛的应用。从50年代后期起，中国即着手气垫技术的应用研究以及气垫船的开发。40多年来，在气垫技术方面，通过原理研究、模型试验、中间试验和试用，已基本掌握了全垫升式和侧壁式气垫船技术，进入实用化型号的研制和应用阶段。气垫技术的开发和应用，适应了军民特种需要，为船舶在特定环境（如浅水急流、江河上游险滩、沼泽地带、浅海滩涂、河口近岸和冰雪地区）的航行以及两栖登陆等创造了条件。
为了满足我单位自主研发的气垫船自动驾控系统的各项要求，我们设计了一种气垫船综合模拟显示面板及信息采集处理方法，用于实现气垫船各种状态信息的实时显示，同时通过数字指针的形式指示出气垫船空气舵的转动方向和幅度，通过数码表显示出泵组的温度和压力示数。
发明内容：
本发明的目的是为了向本单位研发的气垫船模拟器系统提供满足其特殊要求的专用综合模拟显示面板及信息采集处理方法。
技术方案：为了解决上述技术问题，本发明的气垫船综合模拟显示面板，主要包括电源电路（1）、19个状态指示灯（2）、4个按键及指示灯（3）、灯控制电路（4）、按键采集及灯控制电路（5）、压力温度采集电路（6）、ATMega128单片机最小系统（7）、RS-422通信电路（8）、JTAG下载电路（9）、电源转换电路（10）、D/A转换电路（11）、差分电路（12）、四个空气舵舵表（13）和泵组温度、压力数码表（14），综合显示面板通过屏蔽线和由螺钉固定的接线端子和综合驾控台的IO服务器相连。其中综合显示面板由19个状态指示灯（2）、4个按键及指示灯（3）、四个空气舵舵表（13）和泵组温度、压力数码表（14）构成。
该专用综合模拟显示面板采用ATmega128单片机作为主控芯片，通过片上集成的I2C总线完成对D/A转换芯片TLC5618的控制，从而控制相应的输出。当ATmega128单片机通过RS-422通信控制电路接收到综合驾控台IO服务器发送的状态报文被成功解析后，按通信协议的要求把综合显示面板的控制指令经RS-422通信控制电路发送到综合驾控台IO服务器上，并根据状态报文通过灯控制电路和相应的驱动电路完成对各种状态指示灯的控制以及空气舵舵表和泵组压力、温度的控制。
附图说明：
图1是综合显示面板机械结构图；
图2是空气舵舵表机械结构图；
图3是综合显示面板控制电气原理框图。
具体实施方式：
如图1所示，该种气垫船综合模拟显示面板的泵组温度、压力数码表在显示面板的左下部，四个指令控制按键在面板的左上部，其他部位则分别对应气垫船的各种状态指示灯，面板采用4个机械式按键，按键需要一定的压力才能被有效的按下，可以有效地避免在系统作业时的误操作，图中“TEXT”为对应的标识，状态指示灯和数码表均采用嵌入式结构，既保证了结构的可靠性，同时又满足了易操作的要求。整个面板采用嵌入式结构，并由4个螺柱固定在操控台上。
如图2所示，该种气垫船综合模拟显示面板的空气舵的安装布置图，从左往右依次对应空气舵1,2,3,4。四个空气舵舵表采用嵌入式结构，并由4个螺柱固定在操控台上，图中“TEXT”为对应的标识。
如图3所示，该种气垫船综合模拟显示面板包括：电源电路（1）、19个状态指示灯（2）、4个按键及指示灯（3）、灯控制电路（4）、按键采集及灯控制电路（5）、压力温度采集电路（6）、ATMega128单片机最小系统（7）、RS-422通信电路（8）、JTAG下载电路（9）、电源转换电路（10）、D/A转换电路（11）、差分电路（12）、四个空气舵舵表（13）和泵组温度、压力数码表（14），综合显示面板通过屏蔽线和由螺钉固定的接线端子和综合驾控台的IO服务器相连。其中综合显示面板由19个状态指示灯（2）、4个按键及指示灯（3）、四个空气舵舵表（13）和泵组温度、压力数码表（14）构成。
ATmega128最小系统（7）是整个显示面板的核心部分，采用表贴式单片机ATmega128芯片，通过JTAG电路完成控制程序的烧写，采用12M外部晶振为单片机提供系统时钟脉冲。通过RS-422通信控制电路（8）把TTL电平信号转换为符合RS-422标准的差动电平信号实现与综合驾控台IO服务器的通信，串口通信电缆都是由用螺柱固定的接线端子引出该专用显示面板后，经过屏蔽双绞线再与综合驾控台IO服务器相连接。RS-422通信控制电路（8）是由贴面式MAX490实现的。
19个状态指示灯（2）和4个按键及指示灯（3）上的灯均采用额定电压为DC24V的灯，通过ATMega128芯片上的相应的IO输出端口管脚再经过NPN8050型三极管的放大电路实现灯控制电路（4）的功能，四个按键采用外部中断的方式进行触发，特定容量的电容按键消抖电路，当芯片上相应外部中断管脚检测到按键按下，进过软件消抖程序确定是下降沿时进入判定程序，软硬按键消抖程序及电路避免了按键的误操作。压力温度采集电路（6）采用高灵敏度的压力与温度测量芯片，测量芯片通过把泵组运行时的压力与温度环境量转换为相应的数字量与最小系统进行通信，最小系统通过内部的定时器定时采集泵组的温度压力信息。电源转换电路（10）采用REF5025低噪声、极低漂移和高精度电压基准芯片产生DC2.5V基准电压，同时用A0512XT-1W的宽温度工作范围的电压转换芯片把DC5V转换成正负12V输出。
D/A转换电路（11）采用三片可编程双通道D/A转换器TLC5618的双通道实现D/A转换。这三片可编程的D/A转换芯片通过串行总线和ATmega128最小系统进行连接通信，TLC5618是带有缓冲基准输入的双路12位数模转换器，通过CM0S兼容的3线串行总线，可对TLC5618实现数字控制。采用REF5025产生的高精度基准电压DC2.5V作为D/A转换的基准电压，同时它具有双通道同时更新的功能，因此在TLC5618通过串行总线从ATmega128最小系统得到数字信号的时候，可以经过相应的缓冲处理之后把双通道的模拟信号同时输出。差分电路（12）采用INA157芯片实现差动放大功能。INA157是高速的、高精度的差分放大器，它采用A0512XT-1W输出的正负12电压做为芯片工作电压，采用REF5025产生的高精度基准电压DC2.5V做为一个输入端的基准电压，输入端的另一个比较电压由高精度D/A转换芯片TLC5618的一路模拟输出通道获得，通过比较两个输入电压再经过放大相应的差值电压信号得到最终的模拟电压信号来驱动四个空气舵舵表进行特定方向和幅值的转动。
在专用操纵面板上电后，ATmega128单片机开始工作，在完成必须的寄存器初始化后，才开始正常的工作，ATmega128单片机定时采集压力温度采集电路（6）的信号并进行相应的处理转换，以中断方式完成4个控制按键的按键指令并存储到相应的存储空间中。当ATmega128单片机通过RS-422通信控制电路（2）接收到综合驾控台IO服务器发送的数据报文并正确解析后，向综合驾控台IO服务器发送指令报文，正确解析一次发送一次，报文中按协议规定包含各种必要的信息，ATmega128单片机根据综合驾控台IO服务器发送的报文，通过灯控制电路（4）完成相应状态的显示、通过D/A转换电路（11）、差分电路（12）完成四个空气舵舵表的实时转动和泵组温度、压力的显示。
Claims (10)
1.一种气垫船综合显示面板，包括:电源电路（1）、19个状态指示灯（2）、4个按键及指示灯（3）、灯控制电路（4）、按键采集及灯控制电路（5）、压力温度采集电路（6）、单片机控制系统（7）、RS-422通信电路（8）、JTAG下载电路（9）、电源转换电路（10）、D/A转换电路（11）、差分电路（12）、四个空气舵舵表（13）和泵组温度、压力数码表（14）。
2.根据权利要求1所述的气垫船综合显示面板，其特征在于，19个状态指示灯（2）和4个按键及指示灯（3）上的灯均采用额定电压为DC24V的灯，通过ATMega128芯片上的相应的IO输出端口管脚再经过三极管的放大电路实现灯控制电路（4）的功能，四个按键采用外部中断的方式进行触发，容量为A的电容按键消抖电路，当芯片上相应外部中断管脚检测到按键按下，进过软件消抖程序确定是下降沿时进入判定程序。
3.根据权利要求1所述的气垫船综合显示面板，其特征在于，压力温度采集电路（6）采用高灵敏度的压力与温度测量芯片，测量芯片通过把泵组运行时的压力与温度环境量转换为相应的数字量与最小系统进行通信，单片机控制系统（7）通过内部的定时器定时采集泵组的温度压力信息。
4.根据权利要求1所述的气垫船综合显示面板，其特征在于，单片机控制系统（7）采用表贴式单片机ATmega128芯片，通过JTAG下载电路（9）完成控制程序的烧写，采用12M外部晶振为单片机提供系统时钟脉冲。
5.根据权利要求1所述的气垫船综合显示面板，其特征在于，该综合显示面板通过RS-422通信控制电路（8）把TTL电平信号转换为符合RS-422标准的差动电平信号实现与气垫船驾控台IO服务器的通信，通信电缆都是由用螺钉固定的接线端子引出该专用显示面板，经过屏蔽双绞线与气垫船驾控台IO服务器相连接，RS-422通信控制电路（8）是由贴面式MAX490实现的。
6.根据权利要求1所述的气垫船综合显示面板，其特征在于，电源转换电路（10）采用REF5025低噪声、极低漂移和高精度电压基准芯片产生DC2.5V基准电压，同时用A0512XT-1W的电压转换芯片把DC5V转换成正负12V输出。
7.根据权利要求1所述的气垫船综合显示面板，其特征在于，D/A转换电路（11）采用三片可编程双通道D/A转换器TLC5618的双通道实现D/A转换。这三片可编程的D/A转换芯片通过串行总线和ATmega128最小系统进行连接通信，TLC5618是带有缓冲基准输入的双路12位数模转换器，通过CM0S兼容的3线串行总线，用于对TLC5618实现数字控制。
8.根据权利要求1所述的气垫船综合显示面板，其特征在于，差分电路（12）包括INA157芯片，用于实现差动放大功能。
9.根据权利要求1所述的气垫船综合显示面板，其特征在于，所述综合显示面板采用DC5V和DC24V电源供电。
10.一种数据采集处理方法，其特征在于，在专用操纵面板上电后，ATmega128单片机开始工作，在完成寄存器初始化后，开始正常的工作，ATmega128单片机定时采集压力温度采集电路（6）的信号并进行相应的处理转换，以中断方式完成4个控制按键的按键指令并存储到相应的存储空间中；当ATmega128单片机通过RS-422通信控制电路（2）接收到综合驾控台IO服务器发送的数据报文并正确解析后，向综合驾控台IO服务器发送指令报文，正确解析一次发送一次，报文中按协议规定包含各种必要的信息，ATmega128单片机根据综合驾控台IO服务器发送的报文，通过灯控制电路（4）完成相应状态的显示、通过D/A转换电路（11）、差分电路（12）完成四个空气舵舵表的实时转动和泵组温度、压力的显示。
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