CN200986664Y - 船用主机遥控操作装置的主机板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种船用主机遥控操作装置的主机板，用于与CAN总线、控制手柄、转速表以及主机遥控操作装置的操纵面板相连，该主机板包括处理器以及与处理器相连的CAN总线收发器、模拟量驱动器、数据锁存器等，处理器采集来自操纵面板和控制手柄的操作信号，据此输出总线数据至CAN总线，以及采集来自CAN总线的数据，据此输出供操纵面板及转速表显示的显示信号。本实用新型的船用主机遥控操作装置的主机板通过现场总线网络将驾驶室部位的发令控制单元、集控室部位的回令控制单元、以及机舱部位的执行控制单元联系起来，实现能应对不同船型的主机遥控系统的灵活组配和低成本迅速构建。

Description

船用主机遥控操作装置的主机板

技术领域

本实用新型涉及一种船用主机遥控操作装置，尤其涉及一种船用主机遥控操作装置的主机板。

背景技术

随着现场总线(CAN)的应用，使船舶自控技术有了突破性进展，应用数字化网络化技术改变了传统的主机遥控模式。首先应用现场总线网络取代了大量I/O信号线缆(例如过去从驾驶室到机旁长达数百米的信号连接是用上百根I/O电缆，施工不便调试维护困难重量增加，而采用数字化技术后只需要2路冗余总线(每路2根)就可传递大量的监控信息，并且扩充了过去由于接线数量限制而无法传递的主机信息)，其次由带有总线接口的智能模块取代了过去体积较大的信号采集控制单元如分站，第三冗余总线网络上的任一设备都具有网络故障诊断自动切换功能，在任一时刻保证数据的可靠性。

由于CAN总线的大量使用，要求连接于CAN总线上的设备、尤其是船用主机遥控操作装置也具有与CAN总线兼容的能力。因此开发出具有以上数字化特点的主机遥控操作主机板，以应用于模块化的船用主机遥控操作装置中，是本领域的迫切要求。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种兼容于现场总线的主机板，应用于模块化的船用主机遥控操作装置中。

本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种船用主机遥控操作装置的主机板，用于与CAN总线、控制手柄、转速表以及所述主机遥控操作装置的操纵面板相连，所述主机板包括：处理器，采集来自所述操纵面板和所述控制手柄的操作信号，据此输出总线数据至所述CAN总线，以及采集来自所述CAN总线的数据，据此输出供所述操纵面板及转速表显示的显示信号；CAN总线收发器，连接于所述处理器和所述CAN总线之间，用于处理CAN总线数据的收发；模拟量驱动器，与所述处理器、控制手柄、转速表及所述操纵面板连接，用于对所述操纵面板和所述控制手柄输入所述处理器的操作信号进行变换，以及对所述处理器输出给所述转速表的显示信号进行变换；数据锁存器，与所述处理器和所述操纵面板连接，用于锁存且输出所述处理器给操作面板的显示信号。

所述的船用主机遥控操作装置的主机板，其中，所述CAN总线收发器包括分别连接一路CAN总线的缺省CAN总线收发器和冗余CAN总线收发器。

所述的船用主机遥控操作装置的主机板，其中，所述缺省CAN总线收发器和冗余CAN总线收发器分别包括一连接于所述处理器的CAN控制器、一连接于CAN控制器的光电耦合器、以及一连接于光电耦合器的CAN物理驱动接口，所述CAN物理驱动接口与一路CAN总线连接。

所述的船用主机遥控操作装置的主机板，其中，还包括地址锁存器，连接于所述处理器和所述操纵面板之间，用于锁存所述处理器输出至所述操纵面板的地址信号。

所述的船用主机遥控操作装置的主机板，其中，还包括地址译码器，其输入端与所述处理器连接，其输出端分别与所述CAN总线收发器和数据锁存器连接。

所述的船用主机遥控操作装置的主机板，其中，还包括时钟模块，与所述处理器相连，用于提供实时时钟信号。

所述的船用主机遥控操作装置的主机板，其中，所述模拟量驱动器包括：ADC模拟量输入调整模块，其输入端与所述控制手柄连接，其输出端与所述处理器连接；DAC模拟量输出调整模块，其输入端与所述处理器连接，其输出端与所述转速表连接。

所述的船用主机遥控操作装置的主机板，其中，所述处理器由ADUC832单片机构成。

本实用新型的船用主机遥控操作装置的主机板通过现场总线网络将驾驶室部位的发令控制单元、集控室部位的回令控制单元、以及机舱部位的执行控制单元起来，并采用标准化的硬件，实现能应对不同船型的主机遥控系统的灵活组配和低成本迅速构建；它不仅能够实现在驾驶室或集控室对柴油机、齿轮箱的远程安全操控，还能通过设置在驾驶室或集控室的人机交互界面远程对控制参数的设定、修改，以达到优化的控制效果。

附图说明

以下结合附图和具体实施例说明本实用新型的特征和优点，其中：

图1是本实用新型船用主机遥控操作装置的主机板的结构框图；

图2A、图2B是本实用新型船用主机遥控操作装置的主机板的电原理图；

图3是本实用新型船用主机遥控操作装置的主机板的应用示意图。

具体实施方式

本实用新型的船用主机遥控操作装置的主机板用于与CAN总线、控制手柄、转速表以及所述主机遥控操作装置的操纵面板相连，其中CAN总线上连接有柴油机的机旁控制箱，操纵面板上有显示屏、指示灯及操作按钮。主机板的任务在于将操纵面板及控制手柄的操作指令转换为CAN数字信号传送到机旁控制箱，接收由机旁控制箱传送的数字信号并转换后输出显示信号供操纵面板的显示屏和转速表显示用。

请参阅图1，本实用新型的船用主机遥控操作装置的主机板包括处理器1、CAN总线收发器2、模拟量驱动器3、数据锁存器4、地址锁存器5、地址译码器6、以及时钟模块7。其中：

处理器1用于采集来自操纵面板和控制手柄的操作信号，据此输出总线数据至CAN总线，并采集来自CAN总线的数据，根据来自CAN总线的数据进行处理和运算，输出供操纵面板和转速表显示的显示信号。其中用于显示屏显示的为数字信号，用于转速表显示的为模拟信号。在一个实施例中，处理器1主要由ADUC832单片机构成，ADUC832单片机是一个非常灵活的前端传感器，芯片内集成了高性能的12位自校准ADC，双12位DAC，以及8位可编程微控制单元。芯片内提供62KB非易失片内闪速/电擦除程序存储器，4KB非易失片内闪速/电擦除数据存储器，256字节RAM，和2K字节的扩展RAM。ADUC832单片机还提供其他额外的模拟功能，如2个12位DAC以提供额外的模拟功能。利用该单片机提供的模数、数模转换功能，可实现处理器1对输入的操纵信号的模数转换，及数模转换后输出给转速表的显示信号。处理器1的数据/地址输入和输出组成数据/地址总线。

CAN总线收发器2连接于处理器1和CAN总线之间，用于向CAN总线提供差动发送功能和差动接收功能，并按标准自动完成物理层和数据链路层的所有功能，处理器1利用CAN总线收发器2与CAN总线通信。CAN总线收发器2由依次连接的CAN总线控制器21、光电耦合器22和CAN物理驱动接口23构成。在一个实施例中，CAN总线收发器设置两个，包括分别连接一路CAN总线的缺省CAN总线收发器和冗余CAN总线收发器。两个CAN总线收发器传输同样的信号，当其中一个CAN总线收发器出现故障时，另一个CAN总线收发器可以继续使用。

模拟量驱动器3与处理器1、控制手柄及操纵面板连接，用于接收操纵面板和控制手柄的操作信号，将其进行变换后输入给处理器1，以及将处理器1输出给转速表的显示信号进行变换，然后输出。变换的目的是使信号满足所输入的器件(例如处理器1)的电压要求。

数据锁存器4输入端与处理器1连接，输出端与操纵面板连接，用于锁存处理器1输出给操纵面板的显示屏的显示信号。

处理器1通过地址译码器6进行寻址，地址译码器6的输入端与处理器连接，输出端分别与CAN总线收发器2、数据锁存器4以及时钟模块7连接，以对它们输出选中信号。此外，当操纵面板中需要与处理器1连接的设备较多时，可使用连接于处理器1和操纵面板之间的地址锁存器5，将所述处理器输出的地址信号进行锁存，以供操纵面板接收。

时钟模块7，与处理器1相连，用于提供实时时钟信号。

图2A、图2B是本实用新型船用主机遥控操作装置的主机板的电原理图。在图2A、图2B中，为避免连线过于复杂，如果没有特别说明的话，标记相同的信号端表示相互电连接。如图2A、图2B所示，处理器1进一步包括电源过滤模块10、电源隔离模块11、复位电路模块12、以及第一连接器13和第二连接器14。其中：

电源过滤模块10用于把数字电源与模拟电源分开，为处理器1的DAC提供稳定的电源，电源过滤模块10由一个电感L1、一个电阻R1、两个电容C2、C10组成。

电源隔离模块11包括隔离模块U1、U2、U3，其中隔离模块U1用于隔离24V电源电压作为主机遥控操作主机板的的工作电源，隔离模块U1由型号为ZUW10-2405的电源模块组成。隔离模块U2，U3作为CAN总线收发器2的光隔电源，保证CAN总线与本系统在电气上的互相隔离。隔离模块U2、U3由两片型号为DUP75-05S05的电源模块组成。

复位电路模块12用于产生一个由高变低和一个由低变高的电平信号，分别对上述的处理器1上的ADUC832单片机和上述的CAN总线收发器2上的SJA1000CAN控制器进行初始上电复位。复位电路模块12由一片型号为74HC14的六施密特触发反相器(占用其中一路)和一片型号为74HC02的四或非门(占用其中一路)、一个电阻R19、一个电容C1组成，它与电源过滤模块10、微处理器1以及两路CAN总线收发器2相连。

主机板的处理器1由一片型号为ADUC832的单片机，一只晶体振荡器G1，一只电阻和7只电容组成。ADUC832单片机具有复用的数据/低位地址端AD0～AD7和高位地址端AD8～AD15，其中数据/低位地址端AD0～AD7用以输入/输出数据信号D0～D7，以及输出低位地址信号A0～A7；ADUC832单片机并具有模数转换输入端ADC0～ADC4和数模转换输入端DAC0、DAC1，用以输入/输出模拟量信号。

两路CAN总线收发器2由两片型号为SJA1000 CAN控制器D5、D6、两片型号为82C250的CAN物理驱动接口D9、D10、4只型号为6N137的光电耦合器V1～V4、两只晶体振荡器G2、G3以及若干电阻、电容组成。其中SJA1000 CAN控制器D5、光电耦合器V1、V2、CAN物理驱动接口D9、以及晶体振荡器G2和若干电阻、电容组成一路CAN总线收发器，SJA1000 CAN控制器D6、光电耦合器V3、V4、CAN物理驱动接口D10、以及晶体振荡器G3和若干电阻、电容组成另一路CAN总线收发器。SJA1000 CAN控制器D5、D6与处理器1连接，与处理器1之间发送和接收数据信号。

主机板的模拟量驱动器3包括：

ADC模拟量输入调整模块31，用于操作手柄的模拟量信号的输入变换，其由一片型号为LM124的放大器组成，其具有四路输出，分别与处理器1的模数转换输入端ADC0～ADC4相连，其中两路用于输入操作手柄的模拟量信号。

DAC模拟量输出调整模块32，用于转速表的模拟量信号的输出变换，其由一片型号为LM158的放大器组成，其具有两路输入，分别与处理器的数模转换输入端DAC0、DAC1相连，用于将微处理器输出的0-2.5V电压信号跟随后输出，其输出用于驱动转速表。

数据锁存器4由一片74LS573芯片D7，一个电容组成。

地址锁存器5由一片74HC573芯片D2和一个电容构成，用于锁存从ADUC832单片机的低位地址端AD0～AD7输出的地址，并输出三位地址信号A0～A2。

地址译码器6用于对地址总线的高位地址译码，以选通数据锁存器4、CAN总线控制器D5、D6以及时钟模块7。地址译码器6由一片型号为74HC139的二/四译码器D4、一个电容组成，它的输入端与处理器1相连，输出端与数据锁存器4、CAN总线控制器D5、D6以及时钟模块7相连。

时钟模块7由一片DS12C887芯片D8，一个电容组成，它与处理器1相连。

此外，本主机板通过第一连接器13和第二连接器14与外部的CAN总线、控制手柄和操纵面板连接。第一连接器13与上述的双CAN总线收发器2、以及ADC模拟量输入调整模块31的一路输入相连。该ADC模拟量输入调整模块31的一路输入连接一反映上述控制手柄的操作指令的电位器。第二连接器14与数据锁存器4、地址锁存器5、DAC模拟量输出模块32的输出端、以及ADC模拟量输入调整模块31的三路输入相连，并连接到驾驶室操纵面板，用于实现本主机板与驾驶室操纵面板的通信。

图3是本实用新型船用主机遥控操作装置的主机板的应用示意图。本实用新型的主机板与操纵面板组合成遥控操作板100、该遥控操作板100可设于船舶的驾驶室或者集控室中，与控制手柄200相连，并且通过两路总线CAN1、CAN2连接到柴油机的机旁控制箱400。遥控操作板100的主机板将操纵面板及控制手柄200的操作指令转换为CAN数字信号，经两路总线CAN1、CAN2传送到机旁控制箱400，接收由机旁控制箱400传送的数字信号并转换后输出显示信号供操纵面板的显示屏显示，以及转速表300显示。

由于采用了上述方案，即选用全集成的12位数据采集系统器件，以及现场总线和贴片技术，使本实用新型印刷电路板尺寸小、功能全，具有高精度和高稳定性，并具有低的价格性能比等特点。特别是采用现场总线技术，使得该实用新型更能适应新型主机遥控系统的需要。

以上的实施例说明仅为本实用新型的较佳实施例说明，本领域技术人员可依据本实用新型的上述实施例说明而作出其它种种等效的替换及修改。然而这些依据本实用新型实施例所作的种种等效替换及修改，属于本实用新型的发明精神及由权利要求所界定的专利范围内。

Claims (8)

1.一种船用主机遥控操作装置的主机板，用于与CAN总线、控制手柄、转速表以及所述主机遥控操作装置的操纵面板相连，其特征在于，所述主机板包括：

处理器，采集来自所述操纵面板和所述控制手柄的操作信号，据此输出总线数据至所述CAN总线，以及采集来自所述CAN总线的数据，据此输出供所述操纵面板及转速表显示的显示信号；

CAN总线收发器，连接于所述处理器和所述CAN总线之间，用于处理CAN总线数据的收发；

模拟量驱动器，与所述处理器、控制手柄、转速表及所述操纵面板连接，用于对所述操纵面板和所述控制手柄输入所述处理器的操作信号进行变换，以及对所述处理器输出给所述转速表的显示信号进行变换；

数据锁存器，与所述处理器和所述操纵面板连接，用于锁存且输出所述处理器给操作面板的显示信号。

2.如权利要求1所述的船用主机遥控操作装置的主机板，其特征在于，所述CAN总线收发器包括分别连接一路CAN总线的缺省CAN总线收发器和冗余CAN总线收发器。

3.如权利要求2所述的船用主机遥控操作装置的主机板，其特征在于，所述缺省CAN总线收发器和冗余CAN总线收发器分别包括一连接于所述处理器的CAN控制器、一连接于CAN控制器的光电耦合器、以及一连接于光电耦合器的CAN物理驱动接口，所述CAN物理驱动接口与一路CAN总线连接。

4.如权利要求1所述的船用主机遥控操作装置的主机板，其特征在于，还包括地址锁存器，连接于所述处理器和所述操纵面板之间，用于锁存所述处理器输出至所述操纵面板的地址信号。

5.如权利要求1所述的船用主机遥控操作装置的主机板，其特征在于，还包括地址译码器，其输入端与所述处理器连接，其输出端分别与所述CAN总线收发器和数据锁存器连接。

6.如权利要求1所述的船用主机遥控操作装置的主机板，其特征在于，还包括时钟模块，与所述处理器相连，用于提供实时时钟信号。

7.如权利要求1所述的船用主机遥控操作装置的主机板，其特征在于，所述模拟量驱动器包括：

ADC模拟量输入调整模块，其输入端与所述控制手柄连接，其输出端与所述处理器连接；

DAC模拟量输出调整模块，其输入端与所述处理器连接，其输出端与所述转速表连接。

8.如权利要求1所述的船用主机遥控操作装置的主机板，其特征在于，所述处理器由ADUC832单片机构成。

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