CN2864760Y

CN2864760Y - 柴油机监控电路板

Info

Publication number: CN2864760Y
Application number: CN 200520047049
Authority: CN
Inventors: 陈亚杰; 邬韦; 周正萍; 陈天平; 周航; 袁木; 简庆年; 余天玲
Original assignee: 711th Research Institute of CSIC
Current assignee: 711th Research Institute of CSIC
Priority date: 2005-11-29
Filing date: 2005-11-29
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2015-11-29

Abstract

本实用新型公开一种柴油机监控电路板，安装于柴油机监控箱内，与一主机操作单元、显示仪表以及CAN总线相连接，CAN总线上连接有柴油机控制系统，其包括：开关量输入模块，用于输入主机操作单元的操作指令；至少一个CAN接口模块，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；微处理器，用于采集开关量输入信号、并经由CAN总线与所述柴油机控制系统通信；DAC模拟量输出模块，用于输出模拟量信号供所述显示仪表使用；存储模块。该监控板具有安装尺寸小、功耗低、抗干扰能力强、温度范围宽(0℃到55℃，适于船用)、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

柴油机监控电路板

技术领域

本实用新型涉及一种适用于船舶驾驶室控制主机的柴油机监控电路板。

背景技术

工业应用中经常需要实现控制室的控制主机与各分散的控制系统之间的通信。例如在船舶上，主机操作单元设在驾驶室中，柴油机距控制主机数百米，柴油机的机旁控制系统ECS就在柴油机上，在以往的控制主机中，实现控制主机和ECS的数百米的信号连接是用上百根I/O电缆，不仅施工不便、调试维护困难。此外，控制主机还包括各种显示仪表和控制各照明灯或指示灯的灯板、监控显示板等，要实现对这些设备的控制，仅靠I/O电缆有限的信息传输率是无法满足的，并且难以实现自动化和智能化。

现场总线技术是为解决这一问题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系统，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。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于现场总线，抗干扰能力强、可靠性高、数据传输速度快、维修更换方便的柴油机监控电路板。

本实用新型为解决上述技术问题而而提供一种柴油机监控电路板，安装于柴油机监控箱内，与驾驶室操纵平台的一主机操作单元、显示仪表以及CAN总线相连接，所述CAN总线上连接有柴油机控制系统，它包括微处理器、存储模块、至少一个CAN总线接口模块、开关量输入模块和DAC模拟量输出模块。其中：

开关量输入模块，与所述主机操作单元连接，用于输入主机操作单元的操作指令；

至少一个CAN接口模块，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；

微处理器，分别与所述开关量输入模块和所述至少一个CAN总线接口模块连接，用于采集开关量输入信号、并经由CAN总线与所述柴油机控制系统通信；

DAC模拟量输出模块，其输入口与所述微处理器连接，其输出口与所述显示仪表连接，用于输出模拟量信号供所述显示仪表使用；

存储模块，与所述微处理器连接。

所述的柴油机监控电路板还包括开关量输出驱动模块，其输入端与所述微处理器连接，其输出端与一灯板连接，用于控制与灯板连接的灯。

所述的柴油机监控电路板还包括具有多个译码输出端的地址译码器，其输入口与所述微处理器连接，其多个译码输出端分别连接到所述存储模块、至少一个CAN总线接口模块以及开关量输出驱动模块连接。

所述的柴油机监控电路板包括缺省CAN总线接口模块和冗余CAN总线接口模块，还包括具有两路电源输出的电源隔离模块，所述电源隔离模块的两路电源输出分别与所述的缺省现场CAN接口模块和冗余CAN总线接口模块连接。

所述的柴油机监控电路板还包括一作为监控电路板输入输出口的连接器，所述连接器分别与所述开关量输入模块、DAC模拟量输出模块和至少一个CAN总线接口模块连接。

所述的柴油机监控电路板还包括一作为监控电路板输入输出口的连接器，所述连接器分别与所述开关量输入模块、开关量输出驱动模块、DAC模拟量输出模块和至少一个CAN总线接口模块连接，以实现和外部设备的高速通信。

所述的柴油机监控电路板还包括一复位电路模块，分别与所述微处理器及至少一个CAN总线接口模块连接。

上述的CAN总线上还连接一监测显示单元，所述微处理器监测所述CAN总线接口模块是否正常工作，并将结果经由CAN总线传输给所述监测显示单元显示和使用。

上述的开关量输入模块还包括多个用于监测控制主机工作电源的电源监测信号输入口，所述微处理器将监测结果传输给所述监测显示单元显示和使用。

概括说来，该柴油机监控电路板具有的两路CAN接口，负责将驾驶室的主机操作单元的各种操作指令转换成CAN数字信号传送到柴油机控制系统ECS，接收由ECS传送的数字信号并转换后输出模拟量和开关量信号供驾驶室的显示仪表、灯板指示用；还具有系统工作电源监测功能、网络诊断切换功能(能准确地诊断出网上哪一处设备故障)，并将监测报警信号通过总线送至监测显示单元进行显示和应用；另外具有调光和试灯功能。该监控板板采用贴片元件，采用快速连接器，具有安装尺寸小、功耗低、抗干扰能力强、温度范围宽(0℃到55℃，适于船用)、功能齐全、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是包括本实用新型柴油机监控板一个实施例的驾驶室控制主机连接示意图；

图2是图1中主机操作单元示意图；

图3是图1所示实施例的柴油机监控板结构框图；

图4是图1所示实施例的柴油机监控板电原理图。

具体实施方式

图1是包括本实用新型柴油机监控板一个实施例的驾驶室控制主机连接示意图，在图1中，CAN总线400(Controller Area Network)是现场总线的一种，它具有抗干扰能力强的特点，其上连接有本实用新型柴油机监控板100、柴油机控制系统ECS 500和一监测显示单元600。本实用新型柴油机监控板100与主机操作单元200、显示仪表310和灯板320连接。监控板100接收ECS 500的一准备就绪的信号，通知主机操作单元200使其上的操作备便灯亮，指示操作人员可输入操作指令，例如启动、停止指令，监控板100将这些指令转换成CAN数字信号传送到ECS 500，接收由ECS 500传送的数字信号并转换后输出模拟量和开关量信号分别供显示仪表310和灯板320使用，显示仪表310可显示柴油机工作时的诸如转速等参数。在一个实施例中，如图2，主机操作单元200上包括对灯板的加亮度、减亮度和试灯(所有的带灯亮且蜂鸣器鸣音，用于系统检查)按钮，以通过监控板100实现对与灯板320连接的各灯的控制。在一个实施例中，监测显示单元600用于显示CAN总线状态以及电源监测和报警，这将在以下说明书中描述。

请参阅图2，本实施例柴油机监控板100包括微处理器102、存储模块104、开关量输入模块106、DAC模拟量输出模块108、开关量输出驱动模块110、CAN接口模块112和113，以及地址译码器114。

开关量输入模块106用于采集操作输入信号输入给微处理器102，微处理器102根据操作指令输出相应数据经由CAN总线(400或410)传输给ECS 500以控制柴油机。ECS 500可经由总线(400或410)返回柴油机的诸如转速等相关工作信息，微处理器102处理这些信息，并由DAC模拟量输出模块108和开关量输出驱动模块110分别输出模拟量信号和开关量信号，DAC模拟量输出模块108将DAC后的模拟量信号的输出放大，供显示仪表310使用，开关量输出驱动模块110用于开关量信号的锁存、输出驱动连接在灯板320上的灯。存储模块104是作为微处理器102的存储扩展，用于存放现场数据和中间运算结果。CAN接口模块112和113用于向CAN总线400和410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。

监控板100还可包括地址译码器114，它与微处理器102的地址线相连接，用于译出不同的选通地址，输出给存储模块104、开关量输出驱动模块110和CAN接口模块112和113作为选通信号。当然，地址译码器114并不是必须的，只要微处理器102的地址线足够，就可不必利用地址译码器114来产生选通信号，地址译码器114不应理解为本实用新型的限定。

现结合图3的电原理图详细说明本实用新型的实施例。图中信号接线端的“×”表示数字电源，“o”表示模拟电源。

在图3中，微处理器102可采用ADUC812，即图中的D1，ADUC812是全集成的12位数据采集系统，它包含了自校准多通道ADC和两个DAC，并包含3个I/O口P0、P1、P2，其中P0作为数据接口，P2作为地址接口，而P0口复用为低位地址与P2构成16位地址A0-A15，以便寻址较大的外接存储器。存储模块104包括一型号为CY6264-70SC的RAM D3，其具有8K的存储容量，因此需要至少13位寻址。其数据接口D0-D7与数据总线120连接，地址接口与地址总线122的A0-A12地址线连接，并且存储模块104还包括一锁存器D2，用于锁存低位地址信号A0-A7。

地址译码器114由一片型号为74HC139的二/四译码器D4、一个电容组成，它与A13-A15地址线连接，用于译码出不同的选通地址，地址分别为存储模块104的0000H、缺省CAN接口模块112的2000H、冗余CAN接口模块113的4000H和开关量输出驱动模块110的6000H。

开关量输入模块106具有6路作为操作指令输入开关量信号输入端，分别为柴油机的启动、停止、灯板的加亮度、减亮度和试灯以及报警应答。开关量输入模块106由两片型号为74HC14的六施密特触发反相器D7和D8、一片型号为TLP621-4的四路光电耦合器D11、一只9-8*1K排阻、若干电阻组成。其中操作指令直接从反相器输入端输入。

DAC模拟量输出模块108可由一片型号为LM158的放大器构成，其输入与微处理器102的两路DAC连接，其输出供显示仪表使用。开关量输出驱动模块110，由一片型号为74HC373的八D锁存器D12、四片型号为55452的正与非门驱动器D13、D14、D15和D16、一片型号为74HC02的四或非门D17(借用其中一路，即1/4D17)、一个电容组成。其中有两路输出可变脉宽信号用于灯板320的调光，还有两路输出用于灯板320的试灯，还有其他用于驱动仪表照明灯的输出。

为了使CAN接口可靠地工作，监控板100设有冗余的CAN接口模块113。在正常工作时，两CAN接口模块112和113都同样地传输数据，但以CAN接口模块112及CAN总线400作为默认数据传输通道。一旦监测到此通道出现故障(监测的过程将在以下说明)，则采用冗余的CAN接口模块113及CAN总线410所传输的数据。反之，如果冗余CAN接口模块113出现故障，则切换到缺省CAN接口模块112。CAN接口模块113具有与CAN接口模块112相似的电路结构。

CAN接口模块112(或113)的电路图请参阅图3所示，它可包括一片型号为SJA1000的CAN控制器D5(或D6)、一片型号为82C250的CAN控制器接口D9(或D10)、2只型号为6N137的光电耦合器V1和V2(或V3和V4)、一个晶体振荡器，还包括若干电阻和电容。其中的光电耦合器V1和V2(或V3和V4)采用光隔电源供电。为保证两路CAN总线400和410是相互隔离的，并且CAN总线与监控板100在电气上是隔离的。监控板100包括电源隔离模块115，用于把输入的5V数字电源电压隔离为两个5V工作电压5V1和5V2，分别作为CAN总线400和CAN 410的光隔电源。电源隔离模块115由两片型号为DUP75-05S05的电源模块U1和U2组成，其输出5V1和5V2对CAN接口模块112的光电耦合器V1、V2和CAN接口模块113的光电耦合器V3、V4供电。

电源过滤模块116用于利用输入的数字电源隔离出一模拟电源，为微处理器102的DAC提供稳定的电源。电源过滤模块116可由互相串联的一电感、一电阻、一第一电容与一第二电容并联组成。复位电路模块117用于产生一个由高变低和一个由低变高的电平信号，分别对上述的微处理器102和CAN接口模块112和113上的SJA1000CAN控制器D5和D6进行初始上电复位。该复位电路模块117由一片型号为74HC14的六施密特触发反相器(借用其中一路)和一片型号为74HC02的四或非门D8(借用其中一路)、一个电阻、两个电容组成。当然，复位电路模块117也可采用专门的复位芯片。微处理器102和CAN接口模块112和113上的SJA1000CAN控制器D5和D6也可各自采用电阻、电容构成复位电路而不需要共用一个复位电路模块。

监控板100还包括一快速连接器118，快速连接器118具有可靠性高、数据传输速度快、维修更换方便等特点，它作为整个监控板100的输入输出接口。上述的开关量输入模块106、DAC模拟量输出模块108、开关量输出驱动模块110以及CAN接口模块112、113均与连接器118连接，并经由连接器118连接到各自的外部设备中。

监控板100通过CAN总线(400及/或410)连接监测显示单元600，监控板100具有系统工作电源监测功能、网络诊断切换功能，并将监测报警信号和应答信号通过总线送至监测显示单元600进行显示和应用，以下描述这些功能：

为实现系统工作电源监测功能，监控板100的开关量输入模块106连接有用于系统工作电源监测的3个电源信号，电源监测信号通过连接在上述的施密特触发反相器输入端的光电耦合器D11输入。微处理器102经由P1.1、P1.0、P3.5口接收这些信号，处理这些监测信号并将相应数据经由CAN总线(400及/或410)传输给监测显示单元600显示。

微处理器102可通过读取CAN控制器D5内的控制寄存器和状态寄存器来判定CAN控制器D5和CAN总线400是否正常工作。如果微处理器102判定CAN控制器D5出现故障，则CAN控制器D5所在的CAN总线400不能正常工作，因此微处理器102将采用CAN总线410作为数据传输的总线，反之，若CAN总线410出现故障，则采用CAN总线400作为数据传输的总线。微处理器102还可采用软件的方法监测CAN总线上连接的其他设备是否正常工作，具体过程为：每个设备有明确的节点地址，设备的两个CAN接口每隔一周期发送一个网络激活信号，该信号是一个特殊的CAN报文，这样在两条总线上都能独立监测每个设备的网络状态，可以监测设备是否处于活动状态。监控板100将监测结果通过CAN总线(400及/或410)送至监测显示单元600进行显示和应用。

如果有设备出现故障，则监测显示单元600可显示报警状态，并通过与其连接的扬声器发出报警信号，如图2所示，主机操作单元200上设有一报警应答按钮，按下此按钮，信号经由监控板100的开关量输入模块106输入给微处理器102，以通知监测显示单元解除报警状态。

上述监控板100的各实施例均采用贴片元件构成，具有安装尺寸小的特点。

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

1.一种柴油机监控电路板，安装于柴油机监控箱内，与驾驶室操纵平台的一主机操作单元、显示仪表以及CAN总线相连接，所述CAN总线上连接有柴油机控制系统，其特征在于包括：

存储模块，与所述微处理器连接。

2.如权利要求1所述的柴油机监控电路板，其特征在于，还包括开关量输出驱动模块，其输入端与所述微处理器连接，其输出端与一灯板连接。

3.如权利要求2所述的柴油机监控电路板，其特征在于，还包括具有多个译码输出端的地址译码器，其输入口与所述微处理器连接，其多个译码输出端分别连接到所述存储模块、至少一个CAN总线接口模块以及开关量输出驱动模块。

4.如权利要求1所述的柴油机监控电路板，其特征在于，包括缺省CAN总线接口模块和冗余CAN总线接口模块。

5.如权利要求4所述的柴油机监控电路板，其特征在于，包括具有两路电源输出的电源隔离模块，所述电源隔离模块的两路电源输出分别与所述的缺省现场CAN接口模块和冗余CAN总线接口模块连接。

6.如权利要求1所述的柴油机监控电路板，其特征在于，还包括一作为监控电路板输入输出口的连接器，所述连接器分别与所述开关量输入模块、DAC模拟量输出模块和至少一个CAN总线接口模块连接。

7.如权利要求2所述的柴油机监控电路板，其特征在于，还包括一作为监控电路板输入输出口的连接器，所述连接器分别与所述开关量输入模块、开关量输出驱动模块、DAC模拟量输出模块和至少一个CAN总线接口模块连接。

8.如权利要求1所述的柴油机监控电路板，其特征在于，还包括一复位电路模块，分别与所述微处理器及至少一个CAN总线接口模块连接。

9.如权利要求1所述的柴油机监控电路板，其特征在于，所述CAN总线上还连接一监测显示单元，所述微处理器监测所述CAN总线接口模块是否正常工作，并将结果经由CAN总线传输给所述监测显示单元显示和使用。

10.如权利要求9所述的柴油机监控电路板，其特征在于，所述开关量输入模块还包括多个用于监测控制主机工作电源的电源监测信号输入口，所述微处理器将监测结果传输给所述监测显示单元显示和使用。