CN105043367B - 一种基于双冗余can网带报警功能的操舵罗经显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于双冗余CAN网带报警功能的操舵罗经显示装置，该显示装置包括主机和显示器，所述主机与显示器之间通过串口进行数据交换，所述主机通过双冗余CAN网接收输入信息，主机将接收的输入信息经过数据处理后分析当前数据状态，并通过串口将信息传输给显示器。本发明能实时显示当前航向，并且根据船员的需要显示当前船舶操舵装置的指令航向，实际舵角、指令舵角、回转速率等信息。本发明能够同时采集两路冗余的CAN网信息，并能根据当前所选择CAN网实时的提供当前操舵装置的状态信息，当操舵装置的某个设备出现故障时能够迅速及时的对故障设备进行检测，本发明还具有数据记录、保存与打印功能。

Description

一种基于双冗余CAN网带报警功能的操舵罗经显示装置

技术领域

本发明属于船舶航海设备领域，特别是涉及一种基于双冗余CAN网带报警功能的操舵罗经显示器。

背景技术

罗经提供方向基准，是船舶用以确定航向和观测物标方位的仪器。操舵罗经显示器用于航海以及内河航向导航，方便船舶操作人员通过操舵罗经显示器观察船舶的运动，是非常重要的仪器。但是，目前国内的操舵罗经显示器主要是采取实际指针刻度盘、数字方式或者组态软件模拟实际指针刻度盘显示航向信息。

1）、采用实际指针刻度盘的方式，以步进电机驱动偏转角度作为航向显示，该方法使得设备结构复杂，可靠性无法得到保证，安全系数低，显示内容无法适应不同光线环境，以及可维护性差，这种产品目前使用率很低。

2）、采用数字方式，虽然可以做到背光调节，提高了安全系数，可维护性强等特点，但是依然存在如下缺点，比如：不符合船员的操作习惯和使用习惯，不利于船员对船舶航向的操纵，设备显示内容单一，因此这种产品市场几乎很少见到。

3）、采用组态软件模拟实际指针刻度盘，显示于工业显示器上。虽然该方法解决了上述两种方式中部分不足之处，但是依然存在如下问题，组态软件显示界面粗糙，刻度显示运行不流畅，功能单一，显示内容有限，工业显示器成本高，体积大，安装不方便，这些问题制约着该方法推广。

目前，这些操舵罗经显示器的显示方式存在以下不足：不符合高速发展的船舶航海设备的需求；不符合船员的操作习惯和使用习惯；不能对故障做出及时反映，因此，迫切需要一种新的操舵罗经显示器来解决这些问题。

发明内容

为了克服上述操舵罗经显示器存在的弊端，本发明提供了一种基于双冗余CAN网带报警功能的操舵罗经显示器，本发明能实时显示当前航向，并且根据船员的需要显示当前船舶操舵装置的指令航向，实际舵角、指令舵角、回转速率等信息；本发明能够同时采集两路冗余的CAN网信息，并能根据当前所选择CAN网实时的提供当前操舵装置的状态信息，当操舵装置的某个设备出现故障时能够迅速及时的对故障设备进行检测，并且对故障进行区分优先级，保证最重要的设备、最紧急的情况优先报警，报警时会根据当前故障状态在屏幕上提示解决方案，当前报警状态可以使用按键进行确认，船员还可以根据需要查询当前操舵装置所有设备的运行状态；本发明实时监测两路冗余CAN网各个模块的状态，但是同一时刻只显示、监测正在使用的一路CAN网信息，本发明还具有数据记录、保存与打印功能，能够实时的记录操舵装置两路冗余CAN网的各个模块运行状态，能够记录当前船舶的指令航向、实际航向、指令舵角、实际舵角等船舶航行信息，还能记录任何一个模块出现的故障状态，所有记录信息均可以从主机的存储芯片中查看。

本发明的上述目的是通过这样的技术方案来实现的：

一种基于双冗余CAN网带报警功能的操舵罗经显示装置，该显示装置包括主机和显示器，所述主机与显示器之间通过串口进行数据交换，所述主机通过双冗余CAN网接收输入信息，主机将接收的输入信息经过数据处理后分析当前数据状态，并通过串口将信息传输给显示器，所述显示器包括显示屏和设置在显示器上的按键，主机通过按键接收操作人员的指令，主机通过显示屏向操作人员显示所需的信息；所述按键包括状态显示按键，第一调光按键，第二调光按键，消音按键和模式切换按键，所述第一调光按键为光线减弱的调光按键，第二调光按键为光线增强的调光按键；

所述主机包括微处理芯片、电源模块、复位芯片、时钟芯片、存储芯片、双冗余CAN通信模块、串口通信模块、延伸报警模块、按键处理模块；所述电源模块通过将外部24V电压输入依次通过直流稳压模块、自恢复保险丝后，经电压转换器转换为3.3V电压输入主机供电（包括：微处理芯片、复位芯片、时钟芯片、存储芯片、双冗余CAN通信模块、串口通信模块、延伸报警模块、按键处理模块），复位芯片上通电后为微处理芯片提供同步信号，使其启动，时钟芯片为微处理芯片提供时钟基准，供主机定时使用，所述存储芯片接收并存储微处理芯片发送来的数据，存储芯片存储的数据被微处理芯片读取，双冗余CAN通信模块包含第一总线驱动器和第二总线驱动器，所述第一总线驱动器和第二总线驱动器分别与微处理芯片的第一CAN控制器和第二CAN控制器相连，所述微处理芯片同时控制两路总线，通信模块通过串口将需要显示的数据发送给显示屏，实现显示屏与微处理芯片的数据交换，延伸报警模块将微处理芯片的信号放大为蜂鸣器信号，按键处理模块采集按键状态，并将按键状态发送给微处理芯片。

所述输入信息包括实际航向信息、指令航向信息、实际舵角信息、指令舵角信息、回转速率信息、系统选择信息、模式选择信息，以及若干模块状态信息。

所述按键为薄膜按键，采用薄膜按键减少了按键部分的干扰，提高了系统的稳定性。

为了使得船员能够更方便快捷的对整个操舵装置与船舶运行状态进行了解，所述显示屏所显示的界面包括白天模式正常显示界面、白天模式状态显示界面、白天模式报警界面、夜航模式正常显示界面、夜航模式状态显示界面和夜航模式报警界面；该显示屏采用工业级超薄液晶显示屏，内部具有强大的处理能力，该显示屏可以运行当前主流的基于C/C++类的软件。

所述双冗余CAN网以双绞线为传输介质；该双冗余CAN网中的每一路至少能连接110个模块。

一种基于双冗余CAN网带报警功能的操舵罗经显示装置的报警流程，所述微处理芯片根据当前所选择的CAN网实时提供当前操舵装置的状态信息，当操舵装置的某个设备在报警定时时间周期内出现故障，或者在报警定时时间周期到时检测不到对应的CAN数据帧，则报警计数加1，如果所有的CAN数据都收到且数据正确，则对应的报警标志位置0，如果在规定时间内该路数据重新收到则报警计数标志重新计数，当报警计数标志达到规定值时，该路报警标志位置1；当某路CAN数据超过规定偏差时，该路报警标志位也会置1；当检测到有报警标志位置1时，微处理芯片开始统计当前出现故障的信息然后保存到存储芯片，所述存储芯片根据故障信息的重要程度确定报警优先级，微处理芯片开始检测消音按键的状态，确认当前报警有无被确认，微处理芯片通过分析故障信息与报警状态，确定当前故障的级别与将要显示的内容并在显示屏上进行操作提示，然后由延伸报警模块将微处理芯片的信号放大为蜂鸣器信号并发出报警，当前报警状态可以使用按键进行确认，此时微处理芯片记录报警确认状态，如果报警被确认或者被关闭则执行相应动作，并将该状态反馈给存储芯片进行数据记录、保存。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：①本发明采用CAN总线进行数据通讯，CAN属于现场总线范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。CAN控制器工作于多主方式，网络的各节点都可以根据总线访问优先权（取决于报文标识符）采用无损结构的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据，且CAN协议废除了站地址编码，而代之以对通信数据进行编码，这可使不同的节点同时接收到相同的数据，这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强，并且容易构成冗余结构。本发明采用双冗余CAN网技术，更加提高了系统的的可靠性和灵活性；②主机与显示器之间采用串口通信，有效的解决了工业设备与外界交换中通讯距离短、传输数据少的问题，为数据的实时显示提供了技术基础；③主机采用的微处理芯片，功耗极低，可在高到100MHz的工作频率下运行，增强了系统的实时性；④按键采用薄膜按键减少了按键部分的干扰，提高了系统的稳定性，显示屏采用模拟实际表盘的设计贴近船员的操作习惯和使用习惯，显示屏能够实时检测整个操舵装置，并对故障状态进行报警并进行提示操作，增加了系统的安全性；⑤主机能够记录船舶的航向数据、报警数据与所有故障状态，方便船员对船舶航行状态的了解与深入的分析，船员也能够根据需要随时查询整个操作装置的运行状态；该本发明实时监测两路冗余CAN网各个模块的状态，所有记录信息均可以从主机的存储芯片中读取，能够检测整个操舵装置的运行状态，并且对故障进行区分优先级，保证最高优先级报警首先得到响应，并能够对船员提示最优解决方案，使得船员能够更方便快捷的对整个操舵装置与船舶运行状态进行了解；⑥本发明显示界面采用液晶屏，模拟指针式航向表设计，背光可调，符合船员的操作和使用习惯；当前船舶时间航向信息精度为0.1°，提高了显示精度；能够显示指令航向、指令舵角、实际舵角、回转速率等信息，并能扩展信息，增加了系统的可扩展性，综合来说，本发明有着可靠性强，抗干扰能力强，精度高，专业性强，界面友好等特点；⑦本发明的双冗余CAN网，可以在最大程度上保证数据传输的可靠性，能在某一路线路出现故障时，自动启用另一路通讯线路，并提供线路故障报警。

附图说明

图1为本发明的系统结构图。

图2为本发明主机的系统结构图。

图3为本发明的显示器结构示意图。

图4为本发明的报警流程图。

图5为本发明的报警电路图。

图6为本发明的白天模式正常显示界面。

图7为本发明的白天模式状态显示界面。

图8为本发明的白天模式报警界面。

图9为本发明的夜航模式正常显示界面。

图10为本发明的夜航模式状态显示界面。

图11为本发明的夜航模式报警界面。

具体实施方式

为了使公众充分了解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明的具体实施方式详细描述，但对实施例的描述不是对技术方案的限制，任何依据本发明构思作出形式而非实质的变化都应当视为落入本发明的保护范围。

如图1、2和图3所示，本实施例基于双冗余CAN网带报警功能的操舵罗经显示装置，该显示装置包括主机1和显示器2，所述主机1与显示器2之间通过串口进行数据交换，所述主机1通过双冗余CAN网4接收输入信息，该双冗余CAN网4以双绞线为传输介质，主机1将接收的输入信息经过数据处理后分析当前数据状态，并通过串口将信息传输给显示器2，所述显示器2包括显示屏15和设置在显示器上的按键，主机1通过按键接收操作人员的指令，主机1通过显示屏15向操作人员显示所需的信息，该显示屏15采用迪文9.7寸超薄液晶显示屏，能够适用于各种复杂的工业环境，其内部有强大的处理能力，所述按键为薄膜按键，该按键包括状态显示按键16，第一调光按键17，第二调光按键18，消音按键19和模式切换按键20，第一调光按键为光线减弱的调光按键，第二调光按键为光线增强的调光按键；所述主机1包括微处理芯片6、电源模块7、复位芯片8、时钟芯片9、存储芯片10、双冗余CAN通信模块11、串口通信模块12、延伸报警模块13、按键处理模块14；所述电源模块7通过将外部24V电压输入依次通过直流稳压模块7-1、自恢复保险丝7-2后，经电压转换器7-3转换为3.3V电压输入主机1供电（包括：微处理芯片6、复位芯片8、时钟芯片9、存储芯片10、双冗余CAN通信模块11、串口通信模块12、延伸报警模块13、按键处理模块14），复位芯片8上通电后为微处理芯片6提供同步信号，使其启动，时钟芯片9为微处理芯片6提供时钟基准，供主机1定时使用，所述存储芯片10接收并存储微处理芯片6发送来的数据，存储芯片10存储的数据被微处理芯片6读取，双冗余CAN通信模块11包含第一总线驱动器11-1和第二总线驱动器11-2，所述第一总线驱动器11-1和第二总线驱动器11-2分别与微处理芯片6的第一CAN控制器11-3和第二CAN控制器11-4相连，所述微处理芯片6同时控制两路总线，这种采用两条总线的备份结构，使得系统的可靠性和实时性有了较大提升，通信模块12通过串口将需要显示的数据发送给显示屏15，实现显示屏15与微处理芯片6的数据交换，延伸报警模块13将微处理芯片6的信号放大为蜂鸣器信号，按键处理模块14采集按键状态，并将按键状态发送给微处理芯片6。

所述主机1以微处理芯片6为主控制器，所述微处理芯片6采用NXP 公司的CORTEX-M3微控制器，该芯片内部集成两路标准的CAN控制器，内部集成4路标准串口控制器，简化了线路连接。

作为本实施例的优选，为了满足操作人员的信息需求，其中输入信息包括实际航向信息、指令航向信息、实际舵角信息、指令舵角信息、回转速率信息、系统选择信息、模式选择信息，以及若干模块状态信息，该双冗余CAN网4中的每一路至少能连接110个模块；

作为本实施例的进一步优选，为使得船员能够更方便快捷的对整个操舵装置与船舶运行状态进行了解，本实施例显示屏15所显示的界面包括白天模式正常显示界面、白天模式状态显示界面、白天模式报警界面、夜航模式正常显示界面、夜航模式状态显示界面和夜航模式报警界面；

其中，如图6所示，白天模式正常显示界面采用对比度明显的界面风格适合白天时候的操作，白天模式正常显示界面能够现象整个操舵装置的运行状态，并且能够显示指令航向、实际航向、指令舵角、实际舵角、回转速率等信息；

如图7所示，白天模式状态显示界面，使得操作人员可以根据自己的需要查看当前操舵装置各个重要模块的运行状态；

如图8所示，白天模式报警界面，当操舵装置某模块出现故障时自动进入该界面，并显示对此种故障状态的专业操作提示，并出现声光报警，操作者能对报警进行确认与关闭报警界面；

如图9所示，夜航模式正常显示界面，夜航模式采用对比度较暗的界面风格适合夜晚时候的操作，夜航模式正常界面主要显示夜晚指令航向与实际航向信息；

如图10所示，夜航模式状态显示界面，用户可以根据自己的需要查看当前操舵装置各个重要模块的运行状态；

如图11所示，夜航模式报警界面，当操舵装置某模块出现故障时自动进入该界面，并显示对此种故障状态的专业操作提示，并出现声光报警，操作者能对报警进行确认与关闭报警界面。

如图4所示，一种基于双冗余CAN网带报警功能的操舵罗经显示装置的报警流程，所述微处理芯片6根据当前所选择的CAN网实时提供当前操舵装置的状态信息，当操舵装置的某个设备在报警定时时间周期内出现故障，或者在报警定时时间周期到时检测不到对应的CAN数据帧，则报警计数加1，如果所有的CAN数据都收到且数据正确，则对应的报警标志位置0，如果在规定时间内该路数据重新收到则报警计数标志重新计数，当报警计数标志达到规定值时，该路报警标志位置1；当某路CAN数据超过规定偏差时，该路报警标志位也会置1；当检测到有报警标志位置1时，微处理芯片6开始统计当前出现故障的信息然后保存到存储芯片10，所述存储芯片10根据故障信息的重要程度确定报警优先级，微处理芯片6开始检测消音按键19的状态，确认当前报警有无被确认，微处理芯片6通过分析故障信息与报警状态，确定当前故障的级别与将要显示的内容并在显示屏15上进行操作提示，然后由延伸报警模块13将微处理芯片6的信号放大为蜂鸣器信号并发出报警，当前报警状态可以使用按键进行确认，此时微处理芯片6记录报警确认状态，如果报警被确认或者被关闭则执行相应动作，并将该状态反馈给存储芯片9进行数据记录、保存。本发明实时监测双冗余CAN网各个模块的状态，所有数据记录信息均可以从主机的存储芯片9中读取。

如图5所示，微处理器通过信号BELL进行控制光耦O5的通断，（光耦主要起对信号进行光电隔离的作用），信号通过光耦进入三极管Q1进行放大后用来控制蜂鸣器U1，图中二极管D1的作用是防止电流反向流通；当微处理器输入信号BELL为高电平，此时蜂鸣器U1关闭，当微处理器输入信号BELL为低电平，此时蜂鸣器U1打开，即发出报警声。

Claims (3)

1.一种基于双冗余CAN网带报警功能的操舵罗经显示装置，其特征在于，该显示装置包括主机（1）和显示器（2），所述主机（1）与显示器（2）之间通过串口进行数据交换，所述主机（1）通过双冗余CAN网（4）接收输入信息，主机（1）将接收的输入信息经过数据处理后分析当前数据状态，并通过串口将信息传输给显示器（2），所述显示器（2）包括显示屏（15）和设置在显示器上的按键，主机（1）通过按键接收操作人员的指令，主机（1）通过显示屏（15）向操作人员显示所需的信息；所述按键包括状态显示按键（16），第一调光按键（17），第二调光按键（18），消音按键（19）和模式切换按键（20），所述第一调光按键为光线减弱的调光按键，第二调光按键为光线增强的调光按键；

所述主机（1）包括微处理芯片（6）、电源模块（7）、复位芯片（8）、时钟芯片（9）、存储芯片（10）、双冗余CAN通信模块（11）、串口通信模块（12）、延伸报警模块（13）、按键处理模块（14）；所述电源模块（7）通过将外部24V电压输入依次通过直流稳压模块（7-1）、自恢复保险丝（7-2）后，经电压转换器（7-3）转换为3.3V电压输入主机（1）供电，复位芯片（8）上通电后为微处理芯片（6）提供同步信号，使其启动，时钟芯片（9）为微处理芯片（6）提供时钟基准，供主机（1）定时使用，所述存储芯片（10）接收并存储微处理芯片（6）发送来的数据，存储芯片（10）存储的数据被微处理芯片（6）读取，双冗余CAN通信模块（11）包含第一总线驱动器（11-1）和第二总线驱动器（11-2），所述第一总线驱动器（11-1）和第二总线驱动器（11-2）分别与微处理芯片（6）的第一CAN控制器（11-3）和第二CAN控制器（11-4）相连，所述微处理芯片（6）同时控制两路总线，通信模块（12）通过串口将需要显示的数据发送给显示屏（15），实现显示屏（15）与微处理芯片（6）的数据交换，延伸报警模块（13）将微处理芯片（6）的信号放大为蜂鸣器信号，按键处理模块（14）采集按键状态，并将按键状态发送给微处理芯片（6）；

所述输入信息包括实际航向信息、指令航向信息、实际舵角信息、指令舵角信息、回转速率信息、系统选择信息、模式选择信息，以及若干模块状态信息；所述按键为薄膜按键；所述显示屏（15）所显示的界面包括白天模式正常显示界面、白天模式状态显示界面、白天模式报警界面、夜航模式正常显示界面、夜航模式状态显示界面和夜航模式报警界面。

2.根据权利要求1所述的基于双冗余CAN网带报警功能的操舵罗经显示装置，其特征在于，所述双冗余CAN网（4）以双绞线为传输介质；该双冗余CAN网（4）中的每一路至少能连接110个模块。

3.一种权利要求2所述的基于双冗余CAN网带报警功能的操舵罗经显示装置的报警流程，其特征在于，所述微处理芯片（6）根据当前所选择的CAN网实时提供当前操舵装置的状态信息，当操舵装置的某个设备在报警定时时间周期内出现故障，或者在报警定时时间周期到时检测不到对应的CAN数据帧，则报警计数加1，如果所有的CAN数据都收到且数据正确，则对应的报警标志位置0，如果在规定时间内该路数据重新收到则报警计数标志重新计数，当报警计数标志达到规定值时，该路报警标志位置1；当某路CAN数据超过规定偏差时，该路报警标志位也会置1；当检测到有报警标志位置1时，微处理芯片（6）开始统计当前出现故障的信息然后保存到存储芯片（10），所述存储芯片（10）根据故障信息的重要程度确定报警优先级，微处理芯片（6）开始检测消音按键（19）的状态，确认当前报警有无被确认，微处理芯片（6）通过分析故障信息与报警状态，确定当前故障的级别与将要显示的内容并在显示屏（15）上进行操作提示，然后由延伸报警模块（13）将微处理芯片（6）的信号放大为蜂鸣器信号并发出报警，当前报警状态可以使用按键进行确认，此时微处理芯片（6）记录报警确认状态，如果报警被确认或者被关闭则执行相应动作，并将该状态反馈给存储芯片（9）进行数据记录、保存。