CN2840226Y - 燃油齿条位置指示器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于现场总线的燃油齿条位置指示器，其分别与现场总线网络、传感器以及其他外部设备相连接。该燃油齿条位置指示器包括微处理器以及分别与之相连的ADC模拟量输入模块、DAC模拟量输出模块、开关量输入模块、继电器输出模块和CAN接口模块。微处理器根据经由ADC模拟量输入模块输入的传感器测量的燃油齿条位置信号进行数据处理和运算并输出燃油齿条位置的模拟信号和数字信号分别经由DAC模拟量输出模块和CAN接口模块传送给所述外部设备和所述现场总线网络。此外，本实用新型采用快速连接器，电路板由贴片元件组成，具有安装尺寸小、功耗低、抗干扰能力强、功能齐全、可靠性高、数据传输速度快、维修更换方便等特点。

Description

燃油齿条位置指示器

技术领域

本实用新型涉及一种燃油齿条位置指示器，尤其涉及一种基于现场总线的燃油齿条位置指示器。

背景技术

燃油齿条位置指示器通常被运用在船舶中，其用来测量和显示燃油齿条与传感器间的相对位移，燃油齿条与传感器间的位移与船舶马达的转速有对应关系，因而可以由此得知船舶马达的运转速度。通常给指示器预设定两个相对位移的临界值，当测量值达到临界值时，指示器自带的警报器会发出警报，提醒相关人员调整马达转速以防止因马达超负荷运转带来的事故。指示器通常需要把测量的位置值传输给显示设备使用，通常的做法是采用I/O电缆来实现信号传输，这样不仅造成施工不便、调试维护困难和传输速率低下，而且此数据也难以传输给其他部门，难以实现整个船舶系统的自动化和智能化。现有技术还存在传感器测到的信号精度不高以及调整临界值困难等问题。

现场总线技术是为实现系统的自动化和智能化而产生的一种控制网络，它将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自具有了数字计算和数字通讯能力，采用可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量或控制系统连接成网络系统，并按公开、规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际需要的自动控制系统。

发明内容

为解决上述以往燃油齿条位置指示器传输方式落后、信号精度不高以及调整临界值困难的问题，本实用新型提供一种基于上述的现场总线技术的燃油齿条位置指示器，分别与现场总线网络、传感器以及其他外部设备相连接，其中包括：

微处理器，主要包括单片微处理器、晶体振荡器，用于根据传感器输入的燃油齿条位置信号进行数据处理和运算并输出燃油齿条位置的模拟信号和数据信号分别传送给所述外部设备和所述现场总线网络；

ADC模拟量输入模块，由放大器组成，其输入端与所述传感器连接，其输出端与所述微处理器连接，用于将所述传感器测到的关于所述燃油齿条位置的模拟量传送给微处理器；

DAC模拟量输出模块，由放大器组成，其输入端与所述微处理器连接，其输出端连接到所述外部设备，用于将微处理器处理所得的模拟量传送给所述外部设备；

开关量输入模块，包括排阻和连接器，其与所述微处理器相连，用于设定所述燃油齿条位置的临界值；

CAN接口模块，主要包括顺序连接的CAN控制器、光电耦合器和CAN物理驱动接口，其中CAN控制器与微处理器连接，CAN物理驱动接口连接到现场总线网络，用于向现场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用于将所述微处理器处理后的数据传送给现场总线网络；以及

电源模块，用于提供所述燃油齿条位置指示器各部件电源。

在上述的燃油齿条位置指示器中，所述电源模块包括第一电源隔离模块，其输出对所述传感器供电；第二电源隔离模块，其输出为第一微处理器及其周边元件供电；第三电源隔离模块，其输出为CAN接口模块的光电耦合器供电。在上述的燃油齿条位置指示器中，所述电源模块还包括电源过滤模块，与第二电源隔离模块输出端连接，其利用第二电源隔离模块输出的数字电源过滤出一模拟电源与所述ADC模拟量输入模块以及所述DAC模拟量输出模块相连，用于对此二者供电。

上述的燃油齿条位置指示器还包括继电器输出模块，还包括用于发出警报的继电器输出模块，与所述微处理器相连，其包括驱动器以及由驱动器驱动的继电器和发光二极管。

上述的燃油齿条位置指示器还包括复位电路模块，与所述微处理器和CAN接口模块相连，用于对所述微处理器和所述CAN接口模块的CAN控制器进行初始上电复位。

上述的燃油齿条位置指示器还包括一连接器，所述CAN接口模块、所述ADC模拟量输入调整模块、所述DAC模拟量输出模块以及所述继电输出模块均与所述连接器相连，并经由所述连接器连接到各自的外部设备中。

在上述的燃油齿条位置指示器中，所述ADC模拟量输入模块的输出端与所述DAC模拟量输出模块的输入端之间连接有一跳线装置。

本实用新型燃油齿条位置指示器由ADC模拟量输入模块输入传感器测量的燃油齿条位置信号，由微处理器运算和修正后，经由CAN总线接口模块传送到整个现场总线网络，并接收总线上发来的控制报文，同时还经由DAC模拟量输出模块输出燃油齿条位置模拟信号供其他设备使用。当位置测量值达到设定的临界值时，由继电器驱动模块驱动的警报器发出警报。当微处理器出现故障时，可利用跳线装置使ADC模拟量输入模块的输出端与所述DAC模拟量输出模块连接直接输出燃油齿条位置信号。

因此采用了上述技术方案的本实用新型具有精度高、可调整位置临界值、抗干扰能力强(CAN总线的特点)、可靠性高、数据传输速度快、维修更换方便等特点。

附图说明

以下结合附图说明本实用新型的具体实施方式，其中：

图1是本实用新型燃油齿条位置指示器实施例的主要部件结构框图；

图2是图1所示实施例的电路图。

具体实施方式

请同时参照图1和图2，本实施例的燃油齿条位置指示器包括电源隔离模块2、电源过滤模块1、微处理器3、ADC模拟量输入模块7、DAC模拟量输出模块8、开关量输入模块5、继电器输出模块6、复位电路模块9、CAN接口模块4以及快速连接器10。

电源隔离模块2包括第一电源隔离模块U1、第二电源隔离模块U2和第三电源隔离模块U3。第一电源隔离模块U1由型号为ZUW6-2412的供电模块和桥堆组成，用于隔离24V电源电压作为位移传感器(图未示)的工作电源，供电模块ZUW6-2412带有极性接反保护。第二电源隔离模块U2与第三电源隔离模块U3分别由型号为DUP75-05S05的供电模块组成，前者用于隔离5V电源电压为工作电压，为微处理器及其周边元件供电，后者作为CAN接口模块4的光隔电源，由此保证CAN总线与本系统在电气上的互相隔离。

第二电源隔离模块U2输出端还连接有一电源过滤模块1，其是由电感L1、电阻R39、电容C17的串联电路与电容C16并联而构成的滤波电路，用于从第二电源隔离模块U2输出的数字电源过滤出一模拟电源，用于与ADC模拟量输入模块7以及DAC模拟量输出模块8相连，以对它们供电。

电源隔离模块2和电源过滤模块1共同组成本实用新型的电源模块。

微处理器3主要由一片型号为ADμC812的单片机D1、一只晶体振荡器G1、以及辅助电路组成，用于根据输入的燃油齿条位置信号进行数据处理和运算并输出该位置信号的模拟信号和数据信号分别传送给外部设备和现场总线网络。由图2可以看出，微处理器自带ADC和DAC接口，可以将外部的模拟信号转换成数字信号以及将处理完毕的数字信号转换成模拟信号输出。在本实施例中，微处理器3由ADC接口接收传感器测量的燃油齿条位置信号，该信号是由传感器将位置信号转化而成的电压或电流信号，由于转化过程不可避免带有非线性，影响了测量精度。因此本实用新型的微处理器3还可利用串行通信接口与PC或其他运算设备通信，PC处理微处理器3输入其中的数据，即传感器测得的电压值与电流值，并返回燃油齿条的实际位置值，用以提高燃油齿条位置的测量精度。具体步骤如下：

(1)得到传感器特性曲线：由游标卡尺测得多个电压/电流值对应的燃油齿条与传感器间的相对位移，同时记录对应的传感器输出电压/电流值，由此得到该电压/电流值与相对位移间的关系，即电压/电流与位移的关系曲线；

(2)将特性曲线分段线性化：根据不同的精度要求将特性曲线分段，将各段中的点用线性拟合，取得各段电压/电流与其位移间的线性化参数；

(3)得到相对位移的实际值：根据线性化参数，将待测位置的电压/电流值转化为对应的相对位移的实际值；

(4)取得参考值：调整燃油齿条到0mm(零位)及30mm(满偏)，取得传感器在这两点测得的电压/电流值并以此作为参考值。

由此，可根据不同精度的要求，得到更为精确的燃油齿条位置。

ADC模拟量输入模块7是由放大器1/4N1和电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6和变阻器RP1、RP2组成的同相负反馈放大电路，且放大倍数可调。图中R4、R5、R6和RP2组成的电路是零位校准电路。其中1/4N1意思是采用运放芯片N1的其中一路，N1是一片型号为LM324的运放芯片，同样地，图中其他标号也是如此。ADC模拟量输入模块7连接在传感器(图未示)与微处理器3间，用于将传感器测到的关于燃油齿条位置的模拟量传送给微处理器。DAC模拟量输出模块8其连接于微处理器与外部设备间，用于将微处理器输出的0-2.5V电压信号分别变换为4-20mA电流信号和0-10V电压信号传送给外部设备，图2中所示由运放芯片N1的三路放大器串联构成电压电路转换电路，由运放芯片N2的两路放大器构成电压放大电路，由于这两个电路采用通用的标准电路，因此不再详细描述。ADC模拟量输入模块7输出端与DAC模拟量输出模块8输入端之间连接有一个跳线装置J5，在微处理器3出现故障时，跳线装置J5闭合以使ADC模拟量输入模块7与DAC模拟量输出模块8连通。

开关量输入模块5由一只6-5*1K排阻和连接器J4组成。其输出端与微处理器3相连，通过对其连接器的各开关的调整来设定燃油齿条位置的临界值。

继电器输出模块6主要由两个继电器K1、K2、一片型号为74LS14的六反相器D5的其中两路1/6D5、型号为75452的正与非门驱动器D4组成，两个反相器1/6D5的输入端与微处理器3相连，由继电器K1、K2驱动警报器发出警报。当然，微处理器3可通过现场总线连接其他报警设备来实现报警功能。这不应作为本实用新型的限定。

CAN接口模块4主要由型号为SJA1000的CAN控制器D2、型号为82C250的CAN物理驱动接口D3、2只型号为6N137的光电耦合器V5和V6、一只晶体振荡器G2组成。CAN接口模块4连接在微处理器与现场总线网络间，用于向现场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。CAN接口模块4将微处理器处理后的数据传送给现场总线网络，CAN接口模块4还可接收来自CAN总线的控制报文。

复位电路模块9由六反相器D5的其中二路、电阻R34、电容C12和一手动开关K9组成，其中第一个反相器D5的输出端2与单片机D1相连接，用于对单片机D1提供一下降沿复位信号。第二个反相器1/6D5的输出端4与CAN控制器D2相连接，用于对CAN控制器D2提供一上升沿复位信号。开关K9用于手动上电复位。

本实施例的燃油齿条位置指示器还包括快速连接器10，CAN接口模块4、ADC模拟量输入调整模块7、DAC模拟量输出模块8以及继电输出模块6均与连接器10相连，并经由连接器10连接到各自的外部设备中。

此外，指示器的电路板中的电阻、电容、电感等元件采用贴片元件，缩小了安装尺寸。

燃油齿条位置指示器的具体工作流程为：工作人员在开关量输入模块5中设定两个临界值(例如2mm与28mm)，传感器通过ADC模拟量输入模块7将其测得的对应齿条位置的电压/电流值传输到微处理器3中，微处理器3通过其自带的串行通信接口，将电压/电流信号传给PC，经过PC的处理得到燃油齿条位置值返回微处理器3，然后微处理器3将此数据通过CAN接口模块4传送给现场总线系统，由此需要此数据的各设备均可得到此数据。同时此数据可通过DAC模拟量输出模块8传送给需要模拟量的设备。当此数据值超过两个临界值(即大于28mm或小于2mm)时，微处理器3产生报警信号传送给继电器输出模块6，继电器输出模块6驱动与之连接的警报器发出警报，提醒相关人员调整马达转速以防止因马达超负荷运转带来的事故，当微处理器3发生故障时，输入模块7的跳线装置J5将数据传给与其另一端相连的DAC模拟量输出模块8相连，这样就可避免因微处理器3出现故障而造成的数据丢失的危险。

以上的实施例说明仅为本实用新型的较佳实施例说明，本领域普通技术人员可根据本实用新型的上述实施例说明作出其它种种的修改及变化。然而这些根据本实用新型实施例所作的种种修改及变化，属于本实用新型的权利要求所界定的专利范围内。

Claims (10)

1.一种燃油齿条位置指示器，分别与现场总线网络、传感器以及其他外部设备相连接，其特征在于，包括：

微处理器，用于根据传感器输入的燃油齿条位置信号进行数据处理和运算并输出燃油齿条位置的模拟信号和数字信号分别传送给所述外部设备和所述现场总线网络；

ADC模拟量输入模块，其输入端与所述传感器连接，其输出端与所述微处理器连接，用于将所述传感器测到的关于所述燃油齿条位置的模拟量传送给微处理器；

DAC模拟量输出模块，其输入端与所述微处理器连接，其输出端连接到所述外部设备，用于将微处理器处理所得的模拟量传送给所述外部设备；

开关量输入模块，与所述微处理器相连，用于设定所述燃油齿条位置的临界值；

CAN接口模块，包括顺序连接的CAN控制器、光电耦合器和CAN物理驱动接口，其中CAN控制器与微处理器连接，CAN物理驱动接口连接到现场总线网络，用于向现场总线网络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用于实现所述微处理器与现场总线网络之间的通信；以及

电源模块，用于对所述燃油齿条位置指示器各部件供电。

2.如权利要求1所述的燃油齿条位置指示器，其特征在于，所述ADC模拟量输入模块由放大器构成。

3.如权利要求1所述的燃油齿条位置指示器，其特征在于，所述DAC模拟量输出模块由放大器构成。

4.如权利要求1所述的燃油齿条位置指示器，其特征在于，所述电源模块包括：

第一电源隔离模块，其输出对所述传感器供电；

第二电源隔离模块，其输出为微处理器及其周边元件供电；

第三电源隔离模块，其输出为所述CAN接口模块的光电耦合器供电。

5.如权利要求4所述的燃油齿条位置指示器，其特征在于，所述电源模块还包括电源过滤模块，与所述第二电源隔离模块输出端连接，其利用第二电源隔离模块输出的数字电源过滤出一模拟电源与所述ADC模拟量输入模块以及所述DAC模拟量输出模块相连，用于对所述ADC模拟量输入模块和所述DAC模拟量输出模块供电。

6.如权利要求1所述的燃油齿条位置指示器，其特征在于，还包括用于发出警报的继电器输出模块，与所述微处理器相连，其包括与所述微处理器连接的驱动器以及由驱动器驱动的继电器和发光二极管。

7.如权利要求1所述的燃油齿条位置指示器，其特征在于，还包括复位电路模块，与所述微处理器和CAN接口模块相连，用于对所述微处理器和所述CAN接口模块的CAN控制器进行初始上电复位。

8.如权利要求1所述的燃油齿条位置指示器，其特征在于，还包括一连接器，所述CAN接口模块、ADC模拟量输入模块以及DAC模拟量输出模块均与所述连接器相连，并经由所述连接器连接到各自的外部设备中。

9.如权利要求6所述的的燃油齿条位置指示器，其特征在于，还包括一连接器，所述CAN接口模块、ADC模拟量输入模块、所述继电器输出模块以及DAC模拟量输出模块均与所述连接器相连，并经由所述连接器连接到各自的外部设备中。

10.如权利要求1所述的燃油齿条位置指示器，其特征在于，所述ADC模拟量输入模块的输出端与所述DAC模拟量输出模块的输入端之间连接有一跳线装置。

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