CN104941103A - 一种船舶消防控制系统的功率模块检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可以对船舶消防控制系统的功率模块进行信号采集与交换，对模块的电路功能进行测试，同时显示功率模块电路功能完整性的船舶消防控制系统的功率模块检测装置。具体包括电源，MCU控制器，模块自动控制功能检测电路，模块手动控制功能检测电路，状态及通信电路，故障提示电路，人工检测电路。本发明具有4个检测通道，最多可同时检测4个功率模块，在保证可靠性的同时大大节约了人工成本，有效的提高了检测效率，为消防控制系统中功率模块的调试和功能检验带来便捷，对于缩短产品的检测周期，提高产品的可靠性起到了重要作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种可以对船舶消防控制系统的功率模块进行信号采集与交换，对模块的电路功能进行测试，同时显示功率模块电路功能完整性的船舶消防控制系统的功率模块检测装置。
背景技术
船舶作为重要的水上运输工具，其消防安全能力一直是个值得关注的问题，在模块化的船舶消防控制系统中，功率模块与警报器和灭火剂释放阀相连，起到在火灾发生时发出报警信号和释放灭火剂的功能，所以提高功率模块的工作可靠性，即可在火灾发生时降低人员的安全损失，又可降低火灾对船舶造成的财产损失，其可靠性已成为消防系统整体性能中的一项重要指标，随着模块化船舶消防控制系统的普及，功率模块也成为船舶运行系统中不可或缺的重要部件。
经对现有技术的文献检索发现，中国专利公开号CN102974061A，公开日为2013.03.20，专利名称为：一种模块化船舶消防控制系统，该专利自述为：“本发明涉及一种基于模块化设计的船舶消防控制系统，具体地说，是一种将信号监测处理功能分别封装成子模块构成的功能控制系统。本发明包括电源模块，控制模块，输入模块，功率模块，风油模块和显示模块，控制模块、输入模块、功率模块、风油模块和显示模块与电源模块控制的电源总线连接，所有模块与CAN总线连接形成网络，功率模块与灭火气体施放装置、训练气体施放装置、疏散报警装置、灭火施放报警相连……”。该项发明中所述功率模块，可提供消防警报和释放灭火剂的功能，其不足之处是：该模块电路设计复杂、电子元器件数量多，含有微控制器、CAN收发器，因此产品检验环节中需配合测试软件及电流、电量测量工具，对产品检验员的专业素质有一定要求，且人工检验过程工作量大，每次只可检测1个模块，检测质量控制困难，检测的一致性难以统一。可见，低效、复杂的产品检验手段成为制约功率模块的批量生产及应用推广的严重障碍。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以向船舶消防控制系统中的功率模块输入外部信号和电源，并自动检测多个模块硬件电路工作状态的专用智能检测设备，用于降低功率模块的测试、检验工作复杂度，减少该模块的测试、检验环节的工作量，及提高该模块的测试、检验工作的可靠性和自动化程度的船舶消防控制系统的功率模块检测装置。
本发明的目的是这样实现的：
一种船舶消防控制系统的功率模块检测装置，包括电源，MCU控制器，模块自动控制功能检测电路，模块手动控制功能检测电路，状态及通信电路，故障提示电路，人工检测电路：
模块自动控制功能检测电路采集被测模块与检测装置间闭合回路所产生的电平信号，用采集到的电平信号点亮发光二极管，并将采集到的电平信号回传至MCU控制器的通用I/O口处理，实现对功率模块自动控制功能的检测；
模块手动控制功能检测电路将MCU控制器输出的控制信号送至总线驱动器，控制总线驱动器驱动光耦为被测模块提供手动接地所需的电流回路，实现对功率模块手动控制功能的检测；
故障提示电路在MCU控制器发出报警信号时，通过由反相器驱动的数码管和由单路光耦驱动的蜂鸣器发出报警信息，实现在检测装置检测到故障时的报警提示功能；
状态选择与通讯电路可控制检测装置切换人工检测功能与自动检测功能，确定被测模块的数量和通道位置，与被测模块之间进行CAN总线通信，实现检测装置的功能切换和控制被测模块的功能
电源可将外部24V直流电压接入电路，将24V电压转化为5V电压，实现向检测装置和被测模块供电的功能；
人工检测电路向被测模块回传24V电压，与被测模块电路构成回路，将回路导通状况通过发光二极管显示，实现对功率模块断线检测功能的检测。
所述的模块自动控制功能检测电路中：
第一接线端子(U1)的高电位引脚与继电器(REL1)的线圈驱动正端相连，接线端子的低电位引脚与继电器的线圈驱动负端相连；
续流二极管(D1)的正极与继电器的线圈驱动负端相连，负极与继电器的线圈驱动正端相连；
继电器输出端的3脚与5V电压相连，4脚与第一电阻(R1)的一端、第二电阻(R2)的一端分别相连；
第一电阻的另一端与单片机的1个通用I/O口相连；
第二电阻的另一端与发光二极管(LED1)的正极相连；
发光二极管的负极与电源地端相连。
所述的模块手动控制功能检测电路中：
MCU控制器的1个通用I/O口与总线驱动器(U2)的使能端OE相连，另一个通用I/O口与总线驱动器的输入端相连；
第三电阻(R3)的一端与总线驱动器的输入端相连，另一端与电源地端相连；
第四电阻(R4)的一端与总线驱动器的输出端相连，另一端与光耦(U3)输入端1脚相连；
第五电阻(R5)的一端与光耦的输出端3脚相连，另一端与第二接线端子(U4)的1脚相连；
光耦的输入端2脚和输出端4脚均与电源地端相连。
所述的状态及通信电路采用的CAN收发器型号为：IS01050、PCA82C251、CTM1050、ADM3054或MAX13041。
所述的模块手动控制检测电路采用的总线驱动器型号为：74HC24X系列、74HC54X系列、74HC59X系列。
所述的模块手动控制电路采用的光耦型号为：TLP521-4、TLP281-4。
所述的MCU控制器采用的型号为：MC9S08系列、MC9S12系列。
本发明的有益效果在于：
本发明可以向船舶消防控制系统的功率模块提供外部输入信号，并检测模块各项功能的运行，可在检测到模块发生故障时自动报警，并显示故障模块编号和故障类型，此外，本发明具有4个检测通道，最多可同时检测4个功率模块，在保证可靠性的同时大大节约了人工成本，有效的提高了检测效率，为消防控制系统中功率模块的调试和功能检验带来便捷，对于缩短产品的检测周期，提高产品的可靠性起到了重要作用。
附图说明
图1为本发明的系统结构图；
图2为本发明的模块自动控制检测电路；
图3为本发明的模块手动控制检测电路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更详细的描述：
本发明由电源，MCU控制器，模块自动控制功能检测电路，模块手动控制功能检测电路，状态及通信电路，故障提示电路，人工检测电路构成，其特征是：
模块自动控制功能检测电路可采集被测模块与检测装置间闭合回路所产生的电平信号，可用采集到的电平信号点亮发光二极管，并将采集到的电平信号回传至MCU控制器的通用I/O口处理，实现对功率模块自动控制功能的检测。
模块手动控制功能检测电路可将MCU控制器输出的控制信号送至总线驱动器，控制总线驱动器驱动光耦为被测模块提供手动接地所需的电流回路，实现对功率模块手动控制功能的检测。
故障提示电路可在MCU控制器发出报警信号时，通过由反相器驱动的数码管和由单路光耦驱动的蜂鸣器发出报警信息，实现在检测装置检测到故障时的报警提示功能。
状态选择与通讯电路可控制检测装置切换人工检测功能与自动检测功能，可确定被测模块的数量和通道位置，可与被测模块之间进行CAN总线通信，实现检测装置的功能切换和控制被测模块的功能。
电源可将外部24V直流电压接入电路，可将24V电压转化为5V电压，实现向检测装置和被测模块供电的功能。
人工检测电路可向被测模块回传24V电压，可与被测模块电路构成回路，可将回路导通状况通过发光二极管显示，实现对功率模块断线检测功能的检测。
本发明由模块自动控制功能检测电路、模块手动控制功能检测电路、故障提示电路、状态及通信电路、电源、人工检测电路、MCU控制器组成，检测装置的结构和各部分与被测模块的连接方式如图1所示：
检测装置的电源通过接线与被测模块的电源端口相连。
检测装置状态及通信电路的CAN总线收发器输出端口与被测模块的CAN通信端口相连。
检测装置模块手动控制功能检测电路的光耦输出端口与被测模块的接地端口按顺序相连。
检测装置模块自动控制功能检测电路的输入端口与被测模块的输出端口按顺序相连。
本发明检测装置的模块自动控制检测电路主要由接线端子，继电器和发光二极管组成，可采集被测模块与检测装置构成的闭合回路所产生的电平信号。模块自动控制检测电路如图2所示：
接线端子U1的高电位引脚与继电器REL1的1脚，即线圈驱动正端相连，U1的低电位引脚与继电器REL1的2脚，即线圈驱动负端相连。
续流二极管D1的正极与继电器的线圈驱动负端相连，负极与继电器的线圈驱动正端相连。
继电器REL1输出端的3脚与5V电压相连，4脚与电阻R1的一端、R2的一端分别相连。
电阻R1的另一端与单片的1个通用I/O口(PA1)相连。
电阻R2的另一端与发光二极管LED1的正极相连。
发光二极管LED1的负极与电源地端相连。
检测装置通过接线端子与每个被测功率模块上的输出端子连接，将被测模块的输出电压回传至检测装置，输出电压在检测装置内驱动继电器点亮发光二极管，并将经过电阻限流后的电平信号回传至MCU控制器处理。
本发明的模块手动控制功能检测电路分为4个通道，每个通道的电路原理及元器件连接方式完全相同，手动控制功能检测部分由接线端子，总线驱动器、光耦组成。控制电路如图3所示：
MCU控制器的1个通用I/O口(PA2)与总线驱动器U2的使能端OE相连，另一个通用I/O口(PA3)与总线驱动器的输入端相连。
电阻R3的一端与总线驱动器U2的输入端相连，另一端与电源地端相连。
电阻R4的一端与总线驱动器U2的输出端相连，另一端与光耦U3输入端1脚相连。
电阻R5的一端与光耦U3的输出端3脚相连，另一端与接线端子U4的1脚相连。
光耦U3的输入端2脚和输出端4脚均与电源地端相连。
检测装置通过MCU控制器输出选择信号至总线驱动器的使能端OE，选择检测对应模块的总线驱动器，并通过向选中的总线驱动器发送信号，控制总线驱动器驱动对应通道的光耦，依次向被测模块提供手动接地所需的电流回路。
本发明的故障提示电路由数码管，反相器，单路光耦，蜂鸣器组成。当检测装置检测出模块故障时，通过MCU控制器发出信号，经由反相器处理后驱动数码管，显示当前故障模块的通道和故障类型，并经由单路光耦驱动蜂鸣器发出声音警报。
本发明的状态选择与通讯电路由单刀双掷开关，状态开关和CAN总线收发器组成。通过改变单刀双掷开关的状态，电平信号可传至人工检测电路或传入MCU控制器，控制检测装置在人工检测功能和自动检测功能之间转换；拨动状态开关可将电平信号传至MCU控制器，以此确定被测模块所连接的通道状态；CAN总线收发器可处理MCU控制器发出的CAN总线信息，并将CAN信号通过接线端子传至被测模块。
本发明通过电源将外部24V直流电压接入电路，并可将24V电压转化为5V电压供电，以及提供模块实现灭火联动所需的24V电压。
本发明的人工检测电路通过电流开关将由状态选择与通信电路传入的人工检测信号加在继电器的输入端，驱动继电器将24V电压加至8个检测开关的一端，通过开启8个检测开关将24V电压回传至被测模块输出端口，模拟功率模块的小电流检测状况。
本发明的工作过程和工作原理如下：
1.功率模块的人工检测阶段：将被测功率模块按对应连接方式接线，确定功率模块与检测装置连接无误后，接通检测装置电源，将单刀双掷开关置于人工检测端，进行功率模块上的拨码开关测试：拨动拨码开关，通过功率模块的单片机识别拨码开关状态，再通过单片机控制模块上输出端口前4路引脚，点亮测试装置上的指示灯，观察测试装置上对应指示灯的发光情况，即可检测拨码开关是否存在故障。当确定拨码开关功能正常后，调节拨码开关关闭所有指示灯，开启检测装置电流开关，通过人工检测电路进行断线检测，此时检测装置通过继电器将24V电压传送至人工检测电路8个检测开关的一端，分别开启对应通道的检测开关，可将24V电压送至功率模块上输出端口的低电位引脚，通过功率模块的电路将传入电压转换为小电流信号回传功率模块的单片机，并通过模块的单片机控制模块输出端口，将检测状态回传检测装置。
2.功率模块的自动检测阶段：当完成人工检测后，首先将人工检测开关关闭，将被测模块的拨码开关拨至全闭合状态，等待模块上发光二极管闪烁后，将拨码开关拨至与所连检测装置通道对应的开关状态，以确认被测模块的CAN总线ID，然后根据连线的对应通道开启检测装置的状态开关，最后将检测装置的单刀双掷开关置于自动检测端，开始对功率模块进行自动检测。当检测装置进行自动检测时，装置将按自第一通道至第四通道的顺序依次进行自动检测，每个通道的检测过程完全相同，检测装置会自动对此检测过程保持循环。
自动检测分为模块自动控制功能检测和模块手动控制功能检测两个过程，由于每个通道的检测过程与方式完全相同，仅以第一通道为例叙述自动检测过程工作原理。
①模块自动控制功能检测过程：当单刀双掷开关置于自动检测端时，检测装置将通过CAN总线向第一通道被测功率模块发送信息，经由被测模块识别信息后，按顺序将模块输出端口的低电位引脚与地端相连，此时模块输出端口的高电位引脚通过检测装置电路与模块内的低电位引脚构成回路，检测装置的MCU控制器将自动检测此回路的完整性，从而判断模块的自动控制功能是否存在故障。如检测出模块自动控制功能出现故障时，检测装置会发出蜂鸣报警，并通过数码管提示当前通道和故障类型，如未检测出模块自动控制功故障，即完成模块自动控制功能检测，检测装置将开始检测模块手动控制功能。
②模块手动控制功能检测过程：当检测装置完成模块自动控制功能检测后，将自动开始检测模块手动控制功能，检测装置将通过CAN总线信号向第一通道被测功率模块发送信息，经由被测模块识别信息后，等待检测装置检测模块手动控制功能，此时检测装置通过MCU控制器输出选择信号至总线驱动器的使能端，启动总线驱动器，MCU控制器同时依次发送电平信号至总线驱动器，通过总线驱动器控制2个4路光耦，进而通过光耦的输出端依次将接入检测装置的被测模块手动接地端口与检测装置电源地端相连，构成模块手动接地回路，当手动接地回路导通后，被测模块自动将模块输出端口的低电位引脚与地端相连，和检测装置间构成电流回路，供检测装置MCU控制器自动检测，从而判断模块的手动控制功能是否存在故障。如检测出模块手动控制功能出现故障时，检测装置同样会发出蜂鸣报警，并通过数码管提示当前通道和故障类型，如未检测出模块手动控制功能故障，即完成模块手动控制功能检测。
当完成一个模块自动控制功能检测与模块手动控制功能检测后，此通道模块自动检测过程结束，检测装置将自动检测下一通道被测模块，当完成4路被测模块的检测后，检测装置将重新检测第一通道的被测模块，并保持检测循环，从而测试模块长期使用的可靠性。
Claims (7)
1.一种船舶消防控制系统的功率模块检测装置，包括电源，MCU控制器，模块自动控制功能检测电路，模块手动控制功能检测电路，状态及通信电路，故障提示电路，人工检测电路，其特征在于：
模块自动控制功能检测电路采集被测模块与检测装置间闭合回路所产生的电平信号，用采集到的电平信号点亮发光二极管，并将采集到的电平信号回传至MCU控制器的通用I/O口处理，实现对功率模块自动控制功能的检测；
模块手动控制功能检测电路将MCU控制器输出的控制信号送至总线驱动器，控制总线驱动器驱动光耦为被测模块提供手动接地所需的电流回路，实现对功率模块手动控制功能的检测；
故障提示电路在MCU控制器发出报警信号时，通过由反相器驱动的数码管和由单路光耦驱动的蜂鸣器发出报警信息，实现在检测装置检测到故障时的报警提示功能；
状态选择与通讯电路可控制检测装置切换人工检测功能与自动检测功能，确定被测模块的数量和通道位置，与被测模块之间进行CAN总线通信，实现检测装置的功能切换和控制被测模块的功能
电源可将外部24V直流电压接入电路，将24V电压转化为5V电压，实现向检测装置和被测模块供电的功能；
人工检测电路向被测模块回传24V电压，与被测模块电路构成回路，将回路导通状况通过发光二极管显示，实现对功率模块断线检测功能的检测。
2.根据权利要求1所述的一种船舶消防控制系统的功率模块检测装置，其特征在于，所述的模块自动控制功能检测电路中：
第一接线端子(U1)的高电位引脚与继电器(REL1)的线圈驱动正端相连，接线端子的低电位引脚与继电器的线圈驱动负端相连；
续流二极管(D1)的正极与继电器的线圈驱动负端相连，负极与继电器的线圈驱动正端相连；
继电器输出端的3脚与5V电压相连，4脚与第一电阻(R1)的一端、第二电阻(R2)的一端分别相连；
第一电阻的另一端与单片机的1个通用I/O口相连；
第二电阻的另一端与发光二极管(LED1)的正极相连；
发光二极管的负极与电源地端相连。
3.根据权利要求1所述的一种船舶消防控制系统的功率模块检测装置，其特征在于，所述的模块手动控制功能检测电路中：
MCU控制器的1个通用I/O口与总线驱动器(U2)的使能端OE相连，另一个通用I/O口与总线驱动器的输入端相连；
第三电阻(R3)的一端与总线驱动器的输入端相连，另一端与电源地端相连；
第四电阻(R4)的一端与总线驱动器的输出端相连，另一端与光耦(U3)输入端1脚相连；
第五电阻(R5)的一端与光耦的输出端3脚相连，另一端与第二接线端子(U4)的1脚相连；
光耦的输入端2脚和输出端4脚均与电源地端相连。
4.根据权利要求1所述的一种船舶消防控制系统的功率模块检测装置，其特征在于：所述的状态及通信电路采用的CAN收发器型号为：IS01050、PCA82C251、CTM1050、ADM3054或MAX13041。
5.根据权利要求1所述的一种船舶消防控制系统的功率模块检测装置，其特征在于：所述的模块手动控制检测电路采用的总线驱动器型号为：74HC24X系列、74HC54X系列、74HC59X系列。
6.根据权利要求1所述的一种船舶消防控制系统的功率模块检测装置，其特征在于：所述的模块手动控制电路采用的光耦型号为：TLP521-4、TLP281-4。
7.根据权利要求1所述的一种船舶消防控制系统的功率模块检测装置，其特征在于：所述的MCU控制器采用的型号为：MC9S08系列、MC9S12系列。
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