CN108828994B - 一种动力定位系统操纵杆面板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力定位系统操纵杆面板，包括面板壳体，USB通信端口、USB备用供电端口和无源触点信号接口，设置在面板壳体上的操纵杆和按键，以及设置在面板壳体内部的USB端口管理单元、按键采集单元、无源触点信号控制单元、ARM处理器、背光控制单元和报警控制单元。本发明通过在ARM处理器和USB通信端口之间设置USB端口管理单元，可将USB端口扩展为两个端口，其中一个完成USB通信；另一个用于USB通信端口供电功率不足时的面板供电，无通信功能。USB通信端口完成按键信号、无源触点信号以及控制信号的交互。同时动力定位系统操纵杆面板也可对按键的背光亮度进行调节，适应船舶的工作环境。

Description

一种动力定位系统操纵杆面板

技术领域

本发明涉及船舶操纵控制技术领域，特别是涉及一种动力定位系统操纵杆面板。

背景技术

动力定位系统是一种利用船舶自身的推进器，根据操纵人员输入的控制指令，参照传感器的测量数据，抵抗海洋环境风、浪和海流的干扰，保持船舶在设定定位位置，或沿着预定的航迹运动的船舶控制系统。动力定位系统市场长期由国外供应商垄断，为了打破国外垄断，提升国内动力定位系统产品水平，进行了动力定位系统研制。在系统整个工作过程中，工作站是主要的人机交互部位，需要在工作站上快速完成系统工作模式切换、操纵控制指令输入，并完成系统及相关设备的工作状态指示。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，设计出一种动力定位系统操纵杆面板。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种动力定位系统操纵杆面板，包括面板壳体，设置在面板壳体上的操纵杆和按键，USB通信端口、USB备用供电端口和无源触点信号接口，以及设置在面板壳体内部的USB端口管理单元、按键采集单元、无源触点信号控制单元、ARM处理器、背光控制单元和报警控制单元，

所述USB通信端口、USB备用供电端口分别与USB端口管理单元连接，USB端口管理单元与ARM处理器连接，

所述操纵杆，与ARM处理器的信号输入端连接，用于向ARM处理器发送船舶操纵指令；

所述按键采集单元，其信号输入端与所述按键相连、信号输出端与ARM处理器的信号输入端相连，用于采集按键动作并将动作按键的键值传输给ARM处理器；

所述无源触点信号控制单元，分别与无源触点信号接口和ARM处理器相连，用于采集从无源触点信号接口输入的无源触点信号并将该信号传输给ARM处理器，或接收ARM处理器发送的开关指令使该指令从无源触点信号接口输出；

所述ARM处理器，用于对接收到的按键键值或船舶操纵指令或无源触点信号进行编码，生成键盘编码值，并将键盘编码值对应传输给USB端口管理单元或背光控制单元，还可通过USB通信端口和USB端口管理单元获取外部控制信号并根据该信号向报警控制单元发送报警指令；

所述背光控制单元，用于根据ARM处理器发送的键盘编码值控制位于按键下方的背光灯的背光亮度；

所述报警控制单元，用于根据ARM处理器发送的报警指令控制蜂鸣器报警。

作为优选地，所述背光灯的亮度为10级，背光灯的亮度等级由调光按键的连续按键次数控制；工作站计算机调光指令经USB通信端口和USB端口管理单元传输给ARM处理器，ARM处理器对接收到的信号进行处理并向背光控制单元发出控制指令，背光控制单元控制相应按键背光灯的背光亮度。

作为优选地，所述无源触点信号接口包括四路无源触点输入接口和四路无源触点输出接口。

作为优选地，所述USB端口管理单元将USB端口扩展为两个端口，分别为USB通信端口和USB备用供电端口，其中USB通信端口用于完成面板与工作站计算机的通信，USB备用供电端口用于USB通信端口供电功率不足时提供额外的功率需求。

作为优选地，所述USB通信端口采用免驱动的HID协议。

作为优选地，所述船舶操纵指令包括船舶横向控制指令、纵向控制指令或和艏向控制指令。

本发明的积极有益效果：本发明是以操纵杆、按键和蜂鸣器为主的操纵面板，通过按键快速实现系统工作站工作模式的切换，通过按键结合操纵杆快速实现操纵控制指令输入，通过蜂鸣器和按键背光控制系统及相关设备工作状态。通过在ARM处理器和USB通信端口之间设置USB端口管理单元，可将USB通信端口扩展为两个端口，从而将按键信号、外部无源触点信号以及控制信号全部通过一个物理USB端口来完成，提高了数据的传输速度，同时动力定位系统操纵杆面板也可对按键的背光亮度进行调节，适应船舶的工作环境；且在面板上设置无源触点信号接口和无源触点信号控制单元，外部无源触点信号可直接通过操纵杆面板传输给动力定位系统，使用非常方便，提高了传输效率。

附图说明

为了更清楚得说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的电路原理框图。

图2为本发明的俯视图。

图3为本发明的侧视图。

图中标号的具体含义为：1为面板壳体，2为USB通信端口，3为USB备用供电端口，4为无源触点信号接口，5为操纵杆，6为按键。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。

结合图1说明本实施方式，本发明的结合图1说明本实施方式，本发明的动力定位系统操纵杆面板，包括面板壳体1，USB通信端口2、USB备用供电端口3和无源触点信号接口4，设置在面板壳体上的操纵杆5和按键6，以及设置在面板壳体1内部的USB端口管理单元、按键采集单元、无源触点信号控制单元、ARM处理器、背光控制单元和报警控制单元。

USB端口是整个键鼠面板的通信接口和供电端口，与USB端口管理单元连接。

所述USB端口管理单元采用的是USB HUB控制芯片，将USB端口扩展为两个端口，分别为USB通信端口和USB备用供电端口，其中USB通信端口用于完成面板与工作站计算机的通信，USB备用供电端口用于USB通信端口供电功率不足时提供额外的功率需求。这两个USB端口均与ARM处理器相连，按键信号、无源触点信号以及控制信号全部通过一个物理USB端口（即USB通信端口）来完成。所述USB通信端口为免驱动HID端口，用于完成动力定位系统操纵杆面板的配置和外部背光控制、报警控制数据的传送。

所述USB备用供电端口用于在USB通信端口供电功率不足的情况下为面板供电。

所述操纵杆，与ARM处理器的信号输入端连接，用于向ARM处理器发送船舶操纵指令，所述船舶操纵指令包括船舶横向控制指令、纵向控制指令或艏向控制指令。本实施例中，操纵杆为三轴操纵杆，通过左右推动手柄、上下推动手柄和转动手柄，实现船舶横向控制指令、纵向控制指令或艏向控制指令的输入，通过ARM处理器进行编码，经USB端口管理单元和USB通信端口上传给动力定位系统系统工作站，用于完成动力定位系统相关的控制。

所述键盘上设有21个按键，包括“MAN JOY、AUTO JOY、AUTO HDG、AUTO POS、CTRL、HOLD、←、→、↑、↓、↙、↘、DIMMIMG、MAN SURGER、MAN SWAY、CANCEL、SET HDG、SET POS、WARNING ACK、SALENCE”键，以及一个保留键，这些按键用于完成动力定位系统的工作模式切换、位置和艏向控制指令的发送、报警消音和报警确认等相关操作。每个按键均与按键采集单元电连接，且每个按键的下方均设有背光灯，键盘整体背光为黄色，MAN JOY、AUTOJOY、AUTO HDG、AUTO POS、CTRL、HOLD、MAN SURGER、MAN SWAY、CANCEL等按键状态指示背光为绿色， WARNING ACK和SALENCE等按键状态指示背光为红色，实现光报警。所有按键采用的均是薄膜按键，其薄膜为导光膜。

所述按键采集单元，其信号输出端与ARM处理器的信号输入端连接，用于采集键盘上的按键动作（即按键是否已按下），并将动作按键的键值传输给ARM处理器，由ARM处理器将对应的键值进行编码，形成符合要求的键盘编码值。所述按键采集单元采用的是矩阵按键扫描控制芯片对按键状态进行采集。

所述无源触点信号接口包括四路无源触点输入接口和四路无源触点输出接口，所有的无源触点输入接口和无源触点输出接口均与无源触点信号控制单元相连接。图3中，D0端口为四路无源触点输出接口，D1端口为四路无源触点输入接口。无源触点输入接口用于接收外部的无源触点信号（开关信号）。无源触点输出接口用于从ARM处理器接收开关指令，从而将接收到的开关指令输出。

所述无源触点信号控制单元，实际为一个放大电路，分别与无源触点信号接口和ARM处理器相连，用于采集从无源触点信号接口输入的无源触点信号，并将该信号传输给ARM处理器进行编码；或接收ARM处理器发送的开关指令使该指令从无源触点信号接口输出。

所述ARM处理器为整个面板的处理核心，用于对接收到的按键键值或船舶操纵指令或无源触点信号进行编码，生成键盘编码值，并将键盘编码值对应传输给USB端口管理单元或背光控制单元。当接收到的是调光组合按键的指令信号时，ARM处理器将处理后生成的键盘编码值传输给背光控制单元，通过背光控制单元控制背光灯的背光亮度；当接收到的是除调光组合按键以外的其他功能按键的指令信号、或船舶操纵指令或无源触点信号时，ARM处理器将处理后生成的键盘编码值传输给USB端口管理单元，然后将数据从USB通信端口发送出去。ARM处理器还可通过USB通信端口和USB端口管理单元获取外部控制信号，若外部控制信号为报警信号时，ARM处理器根据该信号向报警控制单元发送报警指令，报警控制单元控制蜂鸣器实现声音报警，蜂鸣器7具有不鸣、鸣和闪鸣三个状态；若外部控制信号为开关信号时，ARM处理器根据该信号向无源触点信号控制单元发出开关指令，无源触点信号控制单元控制该信号从无源触点输出接口输出。

所述背光控制单元，用于根据ARM处理器发送的键盘编码值控制所有背光灯的背光亮度，所有背光灯均与背光控制单元的信号输出端相连。背光灯的亮度自无光至最亮共为10级（0级无光，10级最亮），背光灯的亮度等级由调光按键的连续按键次数或工作站计算机发送的亮度调节指令控制。当采用调光按键调节背光灯亮度时，按键每按依次亮度变化一级，本实施例中，由BRILL和←或→的组合键来控制状态指示灯的亮度，BRILL和↙或↘的组合键来控制背光灯的亮度。

本发明的动力定位系统操纵杆面板的控制方法，具体如下：

当按下BRILL和←的组合键，或BRILL和→的组合键时，按键采集单元将采集到的动作按键的键值传输给ARM处理器，ARM处理器对相应键值进行编码，生成键盘编码值并传输给背光控制单元，背光控制单元根据接收到的控制指令控制状态指示灯的亮度。

当按下BRILL和↙的组合键，或BRILL和↘的组合键时，按键采集单元将采集到的动作按键的键值传输给ARM处理器，ARM处理器对相应键值进行编码，生成键盘编码值并传输给背光控制单元，背光控制单元根据接收到的控制指令控制所有背光灯的背光亮度。

当除调光组合按键以外的其他功能按键（例如工作模式切换按键或位置控制按键）时，按键采集单元将采集到的动作按键的键值传输给ARM处理器，ARM处理器对接收到的键值进行编码，将编码值传输给USB端口管理单元，再从USB通信端口发送出去。ARM处理器的计数器会按照一定周期循环计数，定时通过USB端口管理单元和USB通信端口向工作站计算机发送所述键鼠面板的工作状态（即整个面板是否处于正常工作状态）。

当操作者左右推动手柄、上下推动手柄或转动手柄时，操纵杆会向ARM处理器对应发送横向控制指令、纵向控制指令或艏向控制指令，ARM处理器对接收到的数据进行编码，将编码值传输给USB端口管理单元，再从USB通信端口发送出去。

无源触点信号控制单元从无源触点输入接口采集到外部的无源触点信号后，会将该信号传输给ARM处理器，ARM处理器对接收到的数据进行编码，将编码值传输给USB端口管理单元，再从USB通信端口发送出去。

作为优选地，所述动力定位系统操纵杆面板还可接收外部调光指令、报警指令或开关指令。当接收到的是调光指令时，调光指令经USB通信端口和USB端口管理单元传输给ARM处理器，ARM处理器对接收到的信号进行处理，向背光控制单元发出控制指令，背光控制单元控制相应按键背光灯的背光亮度。当接收到的是报警指令时，报警指令经USB通信端口和USB端口管理单元传输给ARM处理器，ARM处理器对接收到的信号进行处理，向报警控制单元发出控制指令，报警控制单元控制蜂鸣器发出报警。当接收到的是开关指令时，开关指令经USB通信端口和USB端口管理单元传输给ARM处理器，ARM处理器对接收到的信号进行处理，向无源触点信号控制单元发出开关指令，无源触点信号控制单元将该指令从无源触点信号接口发送出去。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (5)

1.一种动力定位系统操纵杆面板,其特征在于，包括面板壳体，设置在面板壳体上的操纵杆和按键，USB通信端口、USB备用供电端口和无源触点信号接口，以及设置在面板壳体内部的USB端口管理单元、按键采集单元、无源触点信号控制单元、ARM处理器、背光控制单元和报警控制单元，

所述USB通信端口、USB备用供电端口分别与USB端口管理单元连接，USB端口管理单元与ARM处理器连接，

所述操纵杆，与ARM处理器的信号输入端连接，用于向ARM处理器发送船舶操纵指令；

所述按键采集单元，其信号输入端与所述按键相连、信号输出端与ARM处理器的信号输入端相连，用于采集按键动作并将动作按键的键值传输给ARM处理器；

所述无源触点信号控制单元，分别与无源触点信号接口和ARM处理器相连，用于采集从无源触点信号接口输入的无源触点信号并将该信号传输给ARM处理器，或接收ARM处理器发送的开关指令使该指令从无源触点信号接口输出；

所述ARM处理器，用于对接收到的按键键值或船舶操纵指令或无源触点信号进行编码，生成键盘编码值，并将键盘编码值对应传输给USB端口管理单元或背光控制单元，还可通过USB通信端口和USB端口管理单元获取外部控制信号并根据该信号向报警控制单元发送报警指令；

所述背光控制单元，用于根据ARM处理器发送的键盘编码值控制位于按键下方的背光灯的背光亮度；

所述报警控制单元，用于根据ARM处理器发送的报警指令控制蜂鸣器报警；

所述USB端口管理单元将USB端口扩展为两个端口，分别为USB通信端口和USB备用供电端口，其中USB通信端口用于完成面板与工作站计算机的通信，USB备用供电端口用于USB通信端口供电功率不足时提供额外的功率需求。

2.根据权利要求1所述的动力定位系统操纵杆面板，其特征在于，所述背光灯的亮度为10级，背光灯的亮度等级由调光按键的连续按键次数或工作站计算机发送的亮度调节指令控制；

工作站计算机的调光指令经USB通信端口和USB端口管理单元传输给ARM处理器，ARM处理器对接收到的信号进行处理并向背光控制单元发出控制指令，背光控制单元控制相应按键背光灯的背光亮度。

3.根据权利要求1所述的动力定位系统操纵杆面板，其特征在于，所述无源触点信号接口包括四路无源触点输入接口和四路无源触点输出接口。

4.根据权利要求1所述的动力定位系统操纵杆面板，其特征在于，所述USB通信端口采用免驱动的HID协议。

5.根据权利要求1所述的动力定位系统操纵杆面板，其特征在于，所述船舶操纵指令包括船舶横向控制指令、纵向控制指令和艏向控制指令。