CN208206094U - 一种高防护可调光数字舵角指示系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及船舶仪器设备技术领域，尤其涉及一种高防护可调光数字舵角指示系统，包括控制部分和显示部分，控制部分包括发讯单元和控制单元，发讯单元与舵机的舵叶相连，发讯单元用于把舵叶转动的方向和角度转换为数字信号，发讯单元将舵叶转动的方向和角度的数字信号传输给控制单元，控制单元将接收到的舵叶转动的方向和角度的数字信号传输给显示部分，控制单元还用于调节显示部分的显示亮度。本实用新型提供了一种专业的高防护可调光数字舵角指示系统，性能稳定，结构简单，大小适中，具有高精度、高防护等级、低功耗、低故障率等特点，可调光，可灵活的配置设备，简单便捷的安装、操作和维修。

Description

一种高防护可调光数字舵角指示系统

技术领域

本实用新型涉及船舶仪器设备技术领域，尤其涉及一种高防护可调光数字舵角指示系统。

背景技术

舵角指示系统是一种将船舶航行时舵叶转动方向和角度实时准确地在驾驶室、机控室、舵机室等场所显示出来的仪器系统。现有的舵角指示器主要有以下几种：电感式舵角指示器、碳刷电位器式舵角指示器、自整角机式舵角指示器、数字编码式舵角指示器等。电感式舵角指示器由于受船体磁场等因素影响，安装维护难度大已被淘汰；碳刷电位器式舵角指示器由于成本较低，在民用船舶上使用较多，但由于是模拟信号传递，同时用指针的形式进行舵角显示，导致仪器存在指示精度低，可靠性差，信号传输距离短，不便于记录且无法自主调节显示亮度等问题，且碳刷电位器式易受海上烟雾、潮气等因素影响，常会出现显示失灵、指针漂移等现象；自整角机式舵角指示器机械结构较为复杂，舵角值存在累计误差，且无法进行校正，还存在机械寿命短，施工难度大，体积大成本高且噪音大等缺点；数字编码式舵角指示器由于技术复杂，易受船体振动影响，同时精度越高，成本就越高，使用很少。

实用新型内容

本实用新型提供了一种专业的高防护可调光数字舵角指示系统，性能稳定，结构简单，大小适中，具有高精度、高防护等级、低功耗、低故障率等特点，可调光，可灵活的配置设备，简单便捷的安装、操作和维修。

为了实现本实用新型的目的，所采用的技术方案是：一种高防护可调光数字舵角指示系统，包括控制部分和显示部分，控制部分包括发讯单元和控制单元，发讯单元与舵机的舵叶相连，发讯单元用于把舵叶转动的方向和角度转换为数字信号，发讯单元将舵叶转动的方向和角度的数字信号传输给控制单元，控制单元将接收到的舵叶转动的方向和角度的数字信号传输给显示部分。

作为本实用新型的优化方案，高防护可调光数字舵角指示系统还包括调光单元，调光单元通过控制单元控制显示部分的显示亮度。

作为本实用新型的优化方案，发讯单元通过连杆与舵机的舵叶相连，舵机的舵叶带动连杆转动，发讯单元与连杆的连接处安装有采样电位器。

作为本实用新型的优化方案，显示部分包括三面舵角显示单元和若干单面舵角显示单元，三面舵角显示单元悬挂和嵌入式安装在驾驶室或机控室或舵机室；单面舵角显示单元悬挂和嵌入式安装在驾驶室或机控室或舵机室。

作为本实用新型的优化方案，显示部分采用步进电机带动指针转动进行模拟显示。

本实用新型具有积极的效果：1)本系统采用数字信号传递舵角信息，所以不受信号传输距离约束，且不受磁场以及其它设备影响，实时显示舵角信息，抗干扰性好，可靠性高；

2)本系统没有复杂的机械结构，性能稳定，不会因船体磁场和振动等外界因素的影响而导致测量不准确，故障率低，使用寿命长；

3)本系统结构简单，大小适中，便于安装、操作和维护；

4)本系统根据各单元的安装和使用环境，对发讯单元、尺寸为192*192mm的单面舵角显示单元和尺寸为144*144的单面舵角显示单元均进行高防护设计，使其防护等级达IP56，不受烟雾、潮气等因素影响；

5)本系统设有多种规格的显示单元，可由用户根据需求进行灵活的配置；

6)本系统采用数字和模拟的形式显示舵角，显示值由CPU控制，可精确到0.1；

7)本系统各显示单元均采用步进电机带动指针转动进行模拟显示，使得显示的舵角值不会产生累计误差，很好的锁定指针，不会因船体振动而导致指针抖动显示不准。

8)本系统提供两路NMEA0183标准数字输出接口，可将测量的舵角信息和报警信号传送给VDR、船用报警系统及其它外部设备，便于记录和复显数据、以及警示船员。

9)本系统的各显示单元均可单独调节显示部分亮度，也可通过调光单元连接控制单元，调节调光单元，由控制单元统一控制各显示部分亮度，当用户配置多个显示部分时，无需对每个显示部分都进行调光操作，只需调节一个调光单元即可统一控制所有显示部分的亮度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型的整体结构图；

图2是发讯单元的连接图；

图3是发讯单元CPU板电路原理框图；

图4是控制单元的原理框图。

其中：11、发讯单元，12、控制单元，3、调光单元，21、三面舵角显示单元，22、单面舵角显示单元。

具体实施方式

如图1-2所示，本实用新型公开了一种高防护可调光数字舵角指示系统，包括控制部分和显示部分，控制部分包括发讯单元11和控制单元12，发讯单元11与舵机的舵叶相连，发讯单元11用于把舵叶转动的方向和角度的模拟信号转换为数字信号，发讯单元11将舵叶转动的方向和角度的数字信号传输给控制单元12，控制单元12将接收到的舵叶转动的方向和角度的数字信号传输给显示部分，控制单元12还用于调节显示部分的显示亮度。其中，发讯单元11支持校准功能，防护等级高达IP56；控制单元12还可以为其它单元提供供电电源。

高防护可调光数字舵角指示系统还包括调光单元3，调光单元3通过控制单元12控制显示部分的显示亮度。其中，调光单元3安装在驾驶室和舵机室，可嵌入式安装。

如图2所示，发讯单元11通过连杆与舵机的舵叶相连，舵机的舵叶带动连杆转动，发讯单元11与连杆的连接处安装有采样电位器。发讯单元的工作原理：发讯单元11与舵机通过连杆连接，舵机的舵叶转动带动连杆转动，构成一个矩形或者一个平行四边形。舵机转臂转过的角度θ2，根据平行四边形的特性，连杆转过角度θ1＝θ2；在发讯单元11与连杆的连接处装有采样电位器，此处采用高寿命精密电位器，将转动角度θ1转化为电压变化，传送给发讯单元11中的CPU，由CPU根据电压与舵角值的线性关系计算出实际的转动角度，从而得到1:1的实时舵角数字信号。

如图3所示，发讯单元11中含有一块CPU板，CPU板上设有微控制芯片、存储芯片、RS485信号收发芯片、LED显示驱动芯片、七段数码管、三个校准设定按钮，以及连接电位器端口、程序烧写端口、两路数字信号收发端口。微控制芯片采用STM32F051C8T6单片机，作用是接收并处理采样电位器给来的舵角模拟信号，计算出舵角数字信号，将舵角数字信号发送给控制单元和显示单元，实现校准功能。存储芯片采用AT240C02D-SSHM存储器，作用是存储设定好的校准值。RS485数字信号收发芯片采用TD301D485H集成隔离电源收发模块，作用是实现RS485数字信号收发功能，特点是电气隔离、电源隔离，抗电磁干扰性高。LED显示驱动芯片采用MAX7219EWG，作用是驱动七段数码管显示。七段数码管用于显示校准角度值。三个校准设定按钮分别为左舷校准按钮(PS键)、右舷校准按钮(SB键)、确认按钮(ENT键)，用于选择校准状态和校准确定。如发现显示的舵角度数和舵机的实际角度超出误差范围，就需要通过发讯单元11进行舵角度数校准。

如图4所示，控制单元12含有一块CPU板，CPU板上设有微控制芯片、RS485数字信号收发芯片、交流电源控制电路、直流电源控制电路，以及连接两路电源输入端口、程序烧写端口、数字信号收发端口、一路调光接入端口。微控制芯片采用STM32F051C8T6单片机，作用是接收发讯单元传送过来的舵角数字信号，统一控制各显示单元的亮度。RS485数字信号收发芯片采用TD301D485H集成隔离电源收发模块，作用是实现RS485数字信号收发功能，特点是电气隔离、电源隔离，抗电磁干扰性高。交流电源控制电路是对外部供进的交流电源进行滤波、宽压等处理，可通过调换变压器来兼容AC110V和AC220V，提供电源指示，当选择AC110V变压器但接入AC220V时保险丝会熔断来保护后面电路，以免损坏后面的电路。直流电源控制电路是对外部供进的直流电源DC24V进行宽压、限流、低压保护、高压保护等处理。交直流电源在不断电的情况下可实现自动切换，以保证整个系统的电源供电稳定。两路电源输入端口，一路接入AC110/220V电源，另一路接入DC24V电源。调光接入端口连接调光单元，接入调光单元给的调光信号。数字信号收发端口中，一路数字信号输入端口，连接发讯单元11，给发讯单元11供电，并接收发讯单元11传送来的舵角数字信号；两路NMEA0183数字信号输出端口，连接外部设备，给外部设备(如：VDR、ECS等)提供测量出的舵角信号，也可给船用报警系统提供舵角报警信号；六路显示器接入端口，可按需要连接多个不同规格的显示单元，为显示单元供电，并发送舵角数字信号和亮度信号，供显示单元显示并控制亮度。

显示部分包括三面舵角显示单元21和若干单面舵角显示单元22，三面舵角显示单元21悬挂和嵌入式安装在驾驶室或机控室或舵机室；单面舵角显示单元22悬挂和嵌入式安装在驾驶室或机控室或舵机室。显示部分采用步进电机带动指针转动进行模拟显示。三面舵角显示单元21用于模拟和数字显示舵叶转动的方向和角度，安装在驾驶室，可悬挂安装。其中，三面舵角显示单元21由夹角为90度的三个舵角显示单元组成，船员可从3个不同角度观测舵叶转动的方向和角度(可观测距离3米)。三面舵角显示单元21通常安装在驾驶室的天花板上。当控制单元12传送过来的舵角值为左舷36.2°时，三面指针均匀转动到PS区域并且停在刻度盘36.2°的位置，同时三面的数码管也亮起左边的红灯并显示为36.2°，数字模拟同时显示直观又准确。三面的刻度盘均有背光设计，使得刻度盘背光和数码管的亮度均可受到控制单元的统一控制进行亮度调节，这样可保证船员在无论在白天的强光下还是在夜晚的黑暗中都能够清楚舒适地观测到舵角的显示值。三面舵角显示单元21还实现每次通电开机可自动校零的功能。

三面舵角显示单元21含有一块CPU板和三块显示驱动板。CPU板上设有微控制芯片、电源控制模块、RS485数字信号收发芯片、步进电机驱动芯片、若干发光二极管。微控制芯片采用STM32F051C8T6单片机，作用是接收并解析出控制单元传送来的舵角数字信号值，根据舵角值控制步进电机带动指针转动到相应位置，同时控制刻度盘背光亮度，并且给三块显示驱动板发送显示信号和亮度信号。电源控制模块采用URB2412YMD-10WR3电源模块，对控制单元给来的电源信号进行稳压、限流、保护等处理。RS485数字信号收发芯片采用TD301D485H集成隔离电源收发模块，实现RS485数字信号收发功能，特点是电气隔离、电源隔离，抗电磁干扰性高。步进电机驱动芯片采用A4988SETTR-T步进电机驱动器，作用是使指示舵角值的指针转动不会产生累计误差，很好的锁定指针，不会因船体振动而导致指针抖动显示不准。若干发光二极管作为刻度盘的背光，接受微控制芯片统一控制，亮度多级可调。显示驱动板上设有LED显示驱动芯片、七段数码管、红色方灯和绿色方灯。LED显示驱动芯片采用MAX7219EWG，作用是驱动七段数码管显示。七段数码管用于显示舵叶的角度值。红色方灯和绿色方灯用于表示舵叶的方向，红色方灯代表左舷，绿色方灯代表右舷。七段数码管和两个方灯的亮度同样接受微控制芯片统一控制，亮度多级可调，这样显示舵角清晰明了。

尺寸为192*192mm的单面舵角显示单元：用于模拟和数字显示舵叶转动的方向和角度，安装在驾驶室，可桌面、悬挂、嵌入式安装，防护等级高达IP56。

尺寸为144*144mm的单面舵角显示单元：用于模拟和数字显示舵叶转动的方向和角度，安装在驾驶室、机控室、舵机室，可桌面、悬挂、嵌入式安装，防护等级高达IP56。

尺寸为96*96mm的单面舵角显示单元：用于模拟显示舵叶转动的方向和角度，安装在驾驶室、机控室，可嵌入式安装。三种规格的单面舵角显示单元内部电路基本相同，均含有CPU板和显示驱动板。CPU板上设有微控制芯片、电源控制模块、RS485数字信号收发芯片、步进电机驱动芯片、若干发光二极管。显示驱动板上设有LED显示驱动芯片、七段数码管。七段数码管和刻度盘背光的亮度均接受微控制芯片统一控制，亮度多级可调。尺寸为192*192mm的单面舵角显示单元和尺寸为144*144mm的单面舵角显示单元还设计有上、下两个按键，可供用户根据安装位置的光线强度单独调节亮度。

调光单元3设有旋钮，供用户自由调节亮度，操作简单，安装方便。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高防护可调光数字舵角指示系统，包括控制部分和显示部分，其特征在于：所述的控制部分包括发讯单元(11)和控制单元(12)，所述的发讯单元(11)与舵机的舵叶相连，所述的发讯单元(11)用于把舵叶转动的方向和角度转换为数字信号，所述的发讯单元(11)将舵叶转动的方向和角度的数字信号传输给控制单元(12)，所述的控制单元(12)将接收到的舵叶转动的方向和角度的数字信号传输给显示部分。

2.根据权利要求1所述的一种高防护可调光数字舵角指示系统，其特征在于：所述的高防护可调光数字舵角指示系统还包括调光单元(3)，所述的调光单元(3)通过控制单元(12)控制显示部分的显示亮度。

3.根据权利要求2所述的一种高防护可调光数字舵角指示系统，其特征在于：所述的发讯单元(11)通过连杆与舵机的舵叶相连，舵机的舵叶带动连杆转动，发讯单元(11)与连杆的连接处安装有采样电位器。

4.根据权利要求2或3所述的一种高防护可调光数字舵角指示系统，其特征在于：所述的显示部分包括三面舵角显示单元(21)和若干单面舵角显示单元(22)，所述的三面舵角显示单元(21)悬挂和嵌入式安装在驾驶室或机控室或舵机室；所述的单面舵角显示单元(22)悬挂和嵌入式安装在驾驶室或机控室或舵机室。

5.根据权利要求4所述的一种高防护可调光数字舵角指示系统，其特征在于：所述的显示部分采用步进电机带动指针转动进行模拟显示。