CN110635811B - 船舶主轴多参数在线检测无线发射装置电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶主轴多参数在线检测无线发射装置电路。本发明包括信号检测模块电路、信号滤波放大模块电路、模拟信号转换数字信号模块电路、无线传输模块电路、LCD液晶显示模块电路、串口转换电路、基准电源模块电路、按键模块电路。本发明可以实时检测主轴的多个参数情况和健康状态，动态的检测和评估轴系的健康状况，有效的评估轴系的状态和推断船机桨的匹配情况，能提前预测轴系故障的发生，提高设备利用率，降低维修费用，大大提高了船舶动力系统的可靠性和安全性。

Description

船舶主轴多参数在线检测无线发射装置电路

技术领域

本发明属于船舶柴油机轴多参数在线检测以及性能评估技术领域，具体涉及船舶主轴多参数在线检测与无线通讯装置电路。

背景技术

随着船舶机舱自动化技术的快速发展，对船舶报警系统的要求越来越高。船舶主机传动轴作为船舶动力的一个重要的设备其参数反映其安全工作状态具有重要意义。船舶轴系将船舶主机的功率传递给船舶螺旋桨使船舶螺旋桨转动产生动力，船舶螺旋桨转动产生反推力传递给船体使船行驶。船舶主轴功率检测是船舶动力检测的重要参数之一，通过检测船舶轴功率能够给船舶动力检测提供重要参数数据。同时船舶主轴的温度和转速也是反映其安全工作状态的重要指标。通过在线检测船舶主轴的多个参数可以有利于船舶主机性能的推断、轴系的性能评估和船机桨的匹配的检测从而提高船的运行的稳定性和可靠性。

现有船舶轴测试装置性能单一，多数只能检测船舶轴的一个参数，无法准确的推断出影响其工作状态的确切参数；无线传输信号损失较严重，而且需要人工参与实时性差，不适合动态评估轴系状态及推断船机桨的匹配情况，通用性不强。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种船舶主轴多参数在线检测无线发射装置电路。

本发明包括信号检测模块电路、信号滤波放大模块电路、模拟信号转换数字信号模块电路、无线传输模块电路、LCD液晶显示模块电路、串口转换电路、基准电源模块电路、按键模块电路。

进一步的，所述信号检测模块电路包括应变片高精度压力传感器，应变片压力传感器引脚1为电源接入口，应变片压力传感器引脚2接地，引脚3和引脚4与模拟信号滤波模块电路的IN+和IN-接口相连，还包括以及DS12B20温度传感器和光纤式转速传感器。

进一步的，所述模拟信号滤波放大模块电路包括两片OP07运算放大器、一片ICL7660开关稳压器芯片、一片TL431精密可控稳压源、电源接插件P6、P7、P8、P9，电阻R16、R18、R20、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R30，电容C24、C25、C26、C27、C28、C29、C30、C31、C32，LED灯D8；排插P6的5脚与TL431的2、3脚相连同时与电阻R16相连接电源，与电容C24相连接地,TL431的1脚接地；排插P6的3脚与电阻R23相连接地与电阻R21相连和R24相连接OP07的2脚IN-；排插P6的2脚接地；排插P6的4脚与电容C27相连接地，与电阻R25相连接OP07的3脚；R28与OP07的3脚相连接地，OP07的1脚和8脚接排插1脚和3脚，7脚接VCC，4脚接ICL7660开关稳压器芯片的8号脚，ICL7660的2脚和4脚跨接一个电容C31；3脚接地，5接通过一个电容接地同时与OP07的4脚相连，8脚通过一个电容C28与OP07C的4脚相连；OP07的6脚与电阻R26相连与OP07C的3脚相连,同时与一个电容C26相连接地，6脚接一个电阻R27输出接排插P9；LED阳极接电源，阴极通过一个电阻R30接地。

进一步的，所述模拟信号转换数字信号模块电路和无线传输模块电路包括一片CC2530F256芯片、电容C3、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C14、C15、C16、C17、C19、C20、C21、C22、C23,电感L1、L2,以及晶振Y2、Y3；CC2530F256芯片1、2、3、4脚接地，21脚接电感L1接电源旁接电容C6，24脚接电感接电容C7；CC2530F256芯片27脚、28脚、29脚接电容C9、C10；CC2530F256芯片31脚接电容C11；CC2530F256芯片25脚接电容C14接电感L2接地再接电容C15再接电感L3再接电容C17和电容C16接芯片26脚，芯片32脚和33脚跨接晶振Y3相连与电容C22和电容C23接地；芯片22脚和23脚跨接晶振Y2相连与电容C20和电容C21接地；芯片40脚通过电容C19接地；30脚通过电阻R10接地；芯片41脚接地。

进一步的，所述串口转换电路包括芯片PL2303，电阻R3、R4、R5、R6、R7，电容C4、C12、C13、C18和USB接口，芯片4脚接电源3.3v，芯片13脚和14脚分别接电阻R3和R4接电源3.3v，芯片27脚和28脚跨接晶振Y1与两个电容C4和C12相连接地；芯片26脚、25脚、23脚、22脚、21脚、18脚接地；芯片20脚接5v电压；USB口1脚接VCC电源，2脚通过电阻R4接芯片16脚，USB口3脚通过电阻R6接芯片15脚，通过电阻R7接芯片17脚，USB口5脚通过电容C18接芯片17脚。

进一步的，所述基准电源模块电路电路包括基准源芯片AMS117，二极管IN4734、电容C1、C2，可调精密电阻R1和开关SW-PWR，基准源芯片AMS1173脚接二极管IN4734的阴极和电容C1接地，同时接电压正5v,芯片2脚输出电压3.3v同时接电容C2接地，芯片1脚接地；芯片3脚接可调电阻R1接开关。

进一步的，所述按键模块电路包括S2、S3、S4开关，开关的一端分别与芯片CC2530F256的P1_0口，P2_0口和RESET口相连，通过电阻R15、R17、R19上拉至3.3v电源，另一端与地相连接。

进一步的，所述LCD液晶显示模块电路1脚接地，2脚与3.3v电压相连，3脚与芯片CC2530F256的P1_2相连，4脚与芯片CC2530F256的P1_3口相连，5脚与芯片CC2530F256的P1_7口相连，6脚接芯片P0_0口。

本发明采用OP07低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。以及美国半导体有限公司德州仪器(TI)的CC2530 ZigBee芯片。

本发明有益效果如下：本发明通过应变片压力传感器、DS18B20温度传感器、光纤式转速传感器直接检测船舶轴系的受压应力、温度、扭矩、功率、转速多个参数，全面检测船舶主轴的参数。并自带A/D模拟数字转换模块电路，与CC2530芯片实现数据传输，抗干扰性能强，传输速度快，能够精确的检测和传输数据，并通过ZigBee无线传输的方式实现点对点的无线传输。本发明可以实时检测主轴的多个参数情况和健康状态，动态的检测和评估轴系的健康状况，有效的评估轴系的状态和推断船机桨的匹配情况，能提前预测轴系故障的发生，提高设备利用率，降低维修费用，大大提高了船舶动力系统的可靠性和安全性。

附图说明

图1、模拟信号滤波放大模块电路；

图2、模拟信号转换数字信号模块电路和无线传输模块电路；

图3、串口转换电路；

图4、基准电源模块电路；

图5、按键模块电路；

图6、LCD显示模块电路。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，模拟信号滤波放大模块电路实现模拟电压信号的滤波和放大功能，排插P6的5脚与TL431的2、3脚相连同时与电阻R16相连接电源，与电容C24相连接地,TL431的1脚接地；排插P6的3脚与电阻R23相连接地与电阻R21相连和R24相连接OP07的2脚IN-；排插P6的2脚接地；排插P6的4脚与电容C27相连接地，与电阻R25相连接OP07的3脚；R28与OP07的3脚相连接地，OP07的1脚和8脚接排插1脚和3脚，7脚接VCC，4脚接ICL7660开关稳压器芯片的8号脚，ICL7660的2脚和4脚跨接一个电容C31；3脚接地，5接通过一个电容接地同时与OP07的4脚相连，8脚通过一个电容C28与OP07C的4脚相连；LED阳极接电源，阴极通过一个电阻R30接地；OP07的6脚与电阻R26相连与OP07C的3脚相连,同时与一个电容C26相连接地，6脚接一个电阻R27输出接排插P9。

如图2所示，为模拟信号转换数字信号模块电路和无线传输模块电路，CC2530F256芯片一共41个引脚里面包含了51单片机的内核与Zigbee技术，而且TI提供了很好的Zigbee协议栈以及决解方案。CC2530F256芯片27脚、28脚、29脚接电容C9、C10；CC2530F256芯片31脚接电容C11；CC2530F256芯片25脚接电容C14接电感L2接地再接电容C15再接电感L3再接电容C17和电容C16接芯片26脚，芯片32脚和33脚跨接晶振Y3相连与电容C22和电容C23接地；芯片22脚和23脚跨接晶振Y2相连与电容C20和电容C21接地；CC2530F256芯片1、2、3、4脚接地，21脚接电感L1接电源旁接电容C6，24脚接电感接电容C7；芯片40脚通过电容C19接地；30脚通过电阻R10接地；芯片41脚接地。

如图3所示，为串口转换模块电路，PL2303是Prolific公司生产的一种高度集成的RS232-USB接口转换器，可提供一个RS232全双工异步串行通信装置与USB功能接口便利联接的解决方案。

如图4所示，为基准电源模块电路，基准源芯片AMS1173脚接二极管IN4734的阴极和电容C1接地，同时接电压正5v,芯片2脚输出电压3.3v同时接电容C2接地，芯片1脚接地；芯片3脚接可调电阻R1接开关。

如图5所示，按键模块电路，开关的一端分别与芯片CC2530F256的P1_0口，P2_0口和RESET口相连，通过电阻R15、R17、R19上拉至3.3v电源，另一端与地相连接。

如图6所示，LCD显示模块电路1脚接地，2脚与3.3v电压相连，3脚与芯片CC2530F256的P1_2相连，4脚与芯片CC2530F256的P1_3口相连，5脚与芯片CC2530F256的P1_7口相连，6脚接芯片P0_0口。

本发明工作过程如下：

1)信号检测模块电路

采用精密应变力电阻式压力传感器，将电压信号经过模拟信号滤波放大模块电路进行信号滤波和放大处理。采用数字温度传感器DS18B20，精度0.5℃，性能可靠。传感器和主控芯片之间只需一根总线既可以完成信号的读写，DS18B20本身供电、数据的读写和温度变换所需要的功率全来自于这根总线，无需另外的电源所以大大减少系统的功耗。转速检测采用光纤式转速传感器实现对轴转速的测量，较为稳定准确，测量范围较大适合各种工况下使用。Op07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性(双电源供电)运算放大器集成电路。OP07具有非常低的输入失调电压所有不需要额外的调零措施。同时具有输入偏置电流低、开环增益高等特特点，适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。将微弱的压力信号放大并将电源纹波器件的噪声干扰等滤除提高信号的干净度和稳定度。

2)模拟信号转换数字信号模块电路和无线传输模块电路

采用美国半导体有限公司德州仪器(TI)的CC2530的ZigBee芯片，包含了51单片机的内核与Zigbee技术，功耗低并实现点对点的数据传输，内置ADC，可以将模拟电压信号转换成数字信号实现A/D转换，将数字信号以无线的点对点的方式传输，相对传统的模拟信号的传输抗干扰能力强，抗干扰能力强信号损失较小，可以实现轴多参数的实时检测和动态评估，提高轴系的安全性和可靠性。

3)LCD显示模块电路

LCD液晶显示屏实时显示传输数据，实现良好的人机交互。

本发明船舶主轴多参数在线检测无线发射装置电路可以实时采集船舶动力传动主轴的温度、转速、扭矩、功率等多个参数并通过无线的方式传输信号，并在上位机上实时显示轴系性能和船机桨的匹配情况，提高船动力系统的安全性和可靠性。

本发明具有的具体技术指标如下：

(1)系统供电电压：5V；

(2)输出电压范围：0V～5V；

(3)检测精度：0.001V；

(4)应变片疲劳寿命：>10000000次；

(5)检测范围100m。

综上，本发明针对现有的船舶轴在线检测电路性能单一、精度低、抗干扰性差信号损失严重、传输速度慢通讯不及时，提供了一种基于应变片压力传感器、DS18B20温度传感器、光纤式转速传感器、ZigBee无线传输装置电路，可在线实时检测船舶主轴的扭矩、转速、功率、温度参数经过A/D转换后通过ZigBee进行无线传送数据。

Claims (1)

1.船舶主轴多参数在线检测无线发射装置电路，包括信号检测模块电路、模拟信号滤波放大模块电路、模拟信号转换数字信号模块电路、无线传输模块电路、LCD液晶显示模块电路、串口转换电路、基准电源模块电路、按键模块电路，其特征在于：

所述信号检测模块电路包括应变片高精度压力传感器，应变片高精度压力传感器引脚1为电源接入口，应变片高精度压力传感器引脚2接地，引脚3和引脚4与模拟信号滤波放大模块电路的IN+和IN-接口相连；还包括DS12B20温度传感器和光纤式转速传感器，通过应变片高精度压力传感器、DS12B20温度传感器、光纤式转速传感器直接检测船舶轴系的受压应力、温度、扭矩、功率和转速；三个传感器的信号输入至模拟信号滤波放大模块电路进行信号滤波放大，然后进入模拟信号转换数字信号模块电路和无线传输模块电路；

所述模拟信号滤波放大模块包括两片OP07运算放大器、一片ICL7660开关稳压器芯片、一片TL431精密可控稳压源、排插P6、P7、P8、P9，电阻R16、R18、R20、R21、R22、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R30，电容C24、C25、C26、C27、C28、C29、C30、C31、C32，LED灯D8；排插P6的5脚与TL431的2、3脚相连，排插P6的5脚与电阻R16的一端相连，电阻R16的另一端连接电源，排插P6的5脚与电容C24的一端连接，电容C24的另一端接地，TL431的1脚接地；排插P6的3脚与电阻R23一端连接，电阻R23另一端接地，排插P6的3脚与电阻R21一端连接，电阻R21另一端连接电阻R22的一端，电阻R22的另一端接排插P6的4脚，排插P6的3脚与电阻R24的一端连接，电阻R24的另一端与第一片OP07的2脚IN-连接；排插P6的2脚接地；排插P6的4脚与电容C27的一端连接，电容C27的另一端接地，排插P6的4脚与电阻R25一端连接，电阻R25另一端连接第一片OP07的3脚；电阻R28的一端与第一片OP07的3脚连接，电阻R28的另一端接地；第一片OP07的1脚和8脚接排插P7的1脚和3脚，第一片OP07的7脚接VCC，第一片OP07的4脚接ICL7660开关稳压器芯片的5脚，ICL7660的2脚和4脚跨接一个电容C31；ICL7660的3脚接地，ICL7660的5脚通过电容C32接地同时与第一片OP07的4脚相连，ICL7660的8脚通过电容C28与第二片OP07的4脚相连，电容C29的正极、LED灯D8的正极并联在8脚与电容C28之间，LED灯D8的负极通过电阻R30接地，电容C29的负极直接接地；

第一片OP07的6脚与电阻R26的一端、电阻R29的一端相连，电阻R26的另一端与第二片OP07的3脚、电容C26的一端相连，电容C26的另一端接地，电阻R29的另一端与第一片OP07的2脚连接；第二片OP07的6脚接电阻R27的一端、排插P8的3脚，电阻R27的另一端接排插P9的3脚，排插P9的1脚接地、3脚接VCC；排插P8的1、2脚接电阻R18的一端，电阻R18的另一端接电阻R20的一端、第二片OP07的2脚，电阻R20的另一端接地；第二片OP07的7脚接电容C25的一端，电容C25的另一端接地；排插P6的型号为Header 5×2、排插P7、P8和P9的型号均为Header 3；

所述模拟信号转换数字信号模块电路和无线传输模块电路包括一片CC2530F256芯片、电容C3、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C14、C15、C16、C17、C19、C20、C21、C22、C23,电感L1、L2,以及晶振Y2、Y3；CC2530F256芯片1、2、3、4脚接地，

CC2530F256芯片21脚接电感L1的一端、电容C6的一端，电感L1的另一端接电源、电容C6的另一端接地；CC2530F256芯片24脚接电感L1的一端、电容C7的一端，电容C7的另一端接地；CC2530F256芯片27脚、28脚、29脚接电感L1的一端、电容C9、C10的一端，电容C9、C10的另一端接地；CC2530F256芯片31脚接电感L1的一端、电容C11的一端，电容C11的另一端接地；CC2530F256芯片25脚接电容C14的一端，电容C14的另一端分别与电感L2的一端、电容C15的一端连接，电感L2的另一端接地；电容C15的另一端与电感L3的一端连接，电感L3的另一端分别与电容C17的一端、电容C16的一端连接，电容C17的另一端接地，电容C16的另一端接CC2530F256芯片26脚；

CC2530F256芯片32脚分别与电容C23的一端、晶振Y3的一端连接，CC2530F256芯片33脚分别与电容C22的一端、晶振Y3的另一端连接，电容C23的另一端、电容C22的另一端接地；CC2530F256芯片22脚分别与电容C21的一端、晶振Y2的一端连接，CC2530F256芯片23脚分别与电容C20的一端、晶振Y2的另一端连接，电容C21的另一端、电容C20的另一端接地；CC2530F256芯片40脚通过电容C19接地；CC2530F256芯片30脚通过电阻R10接地；CC2530F256芯片41脚接地；

CC2530F256芯片的DVDD脚通过电容C3接地，CC2530F256芯片的AVDD_DREG脚通过电容C5接地，电容C8的一端与电感L1的一端连接，电容C8的另一端接地；

所述串口转换电路包括芯片PL2303，电阻R3、R4、R5、R6、R7，电容C4、C12、C13、C18和USB接口，PL2303芯片4脚接电源3.3v，PL2303芯片13脚通过电阻R3接电源3.3v，PL2303芯片14脚通过电阻R5接电源3.3v，PL2303芯片27脚分别接晶振Y1的一端、电容C12的一端，PL2303芯片28脚分别接晶振Y1的另一端、电容C4的一端；电容C12的另一端、电容C4的另一端接地；

PL2303芯片26脚、25脚、23脚、22脚、21脚、18脚接地；PL2303芯片20脚接5v电压；USB接口1脚接VCC电源，USB接口2脚通过电阻R4接PL2303芯片16脚，USB口接口3脚通过电阻R6接PL2303芯片15脚，通过电阻R7接PL2303芯片17脚，USB接口5脚通过电容C18接PL2303芯片17脚，电容C13的一端接PL2303芯片21脚、电容C13的另一端接PL2303芯片20脚；

所述基准电源模块电路包括基准源芯片AMS1117，二极管IN4734、电容C1、C2，可调精密电阻R1和开关SW-PWR，基准源芯片AMS1117的3脚接二极管IN4734的阴极、电容C1一端和电压正5v，二极管IN4734的正极、电容C1的另一端接地，基准源芯片AMS1117的2脚输出电压3.3v和电容C2的一端，电容C2的另一端接地，基准源芯片AMS1117的1脚接地；基准源芯片AMS1117的3脚接可调电阻R1的一端，可调电阻R1的另一端接开关SW-PWR；

所述按键模块电路包括开关 S2、S3、S4，开关S2的一端与芯片CC2530F256的P1_0口相连，开关S3的一端与芯片CC2530F256的P2_0口相连，开关S4的一端与芯片CC2530F256的RESET口相连，开关S2、S3、S4的一端分别通过电阻R15、R17、R19上拉至3.3v电源，开关S2、S3、S4的另一端与地相连接；

所述LCD液晶显示模块电路1脚接地，2脚与3.3v电压相连，3脚与芯片CC2530F256的P1_2相连，4脚与芯片CC2530F256的P1_3口相连，5脚与芯片CC2530F256的P1_7口相连，6脚接芯片P0_0口。

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