專利名稱：一種水上助航設(shè)施二線式多參數(shù)測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種水上助航設(shè)施的多參數(shù)測量裝置，特別是一種水上助 航設(shè)施的二線式多參數(shù)測量裝置。
背景技術(shù)：
水上助航設(shè)施是指供船舶定位、導(dǎo)航或者用于其他專用目的的輔助設(shè)施， 包括視覺航標(biāo)(航標(biāo)燈)、無線電導(dǎo)航設(shè)施和音響航標(biāo)等，是保障水上交通安全 的最基本設(shè)施，對支持水上交通運(yùn)輸、海洋開發(fā)、漁業(yè)捕撈、國防建設(shè)和維護(hù) 國家主權(quán)均起著重要作用。水上助航設(shè)施作為傳統(tǒng)的目測導(dǎo)航工具之一，仍在 我國各港口和航道中扮演著重要角色，其安裝位置一般離供電電網(wǎng)較遠(yuǎn)，甚至 電網(wǎng)達(dá)不到的地方(如江中、海上、島嶼)，因此通常采用太陽能供電系統(tǒng)為水 上助航設(shè)施提供電能。白天，由太陽能電池為蓄電池供電，水上助航設(shè)施不工 作。到了晚上，水上助航設(shè)施自動(dòng)啟動(dòng)，發(fā)出預(yù)先設(shè)置好的亮暗間歇的提示信 號，即為一種標(biāo)準(zhǔn)燈質(zhì)，通過光色、燈光節(jié)奏和燈光周期指示該位置的狀況及 航道。我國航標(biāo)維護(hù)和管理仍然停留在勞動(dòng)密集型階段，主要依靠巡檢船定時(shí) 巡檢和過往船只的義務(wù)報(bào)告等形式進(jìn)行維護(hù)，航標(biāo)維護(hù)周期長，特別是由于自 然或人為的突發(fā)因素，造成航標(biāo)損壞、漂離，電池老化或水上助航設(shè)施器損壞 等情況時(shí)，往往不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修復(fù)，給來往的船只造成危險(xiǎn)，極大地影響航 道安全和航道的使用率。這種維護(hù)方式已經(jīng)明顯滯后于航運(yùn)發(fā)展的需要，迫切 需要提高航道管理和航標(biāo)維護(hù)的水平，實(shí)行航標(biāo)維護(hù)和管理的自動(dòng)化、智能化。
為了實(shí)現(xiàn)航標(biāo)維護(hù)人員足不出戶，在電腦前就可了解幾百公里外的水上助航設(shè)施當(dāng)前狀態(tài)(包括蓄電池電壓、水上助航設(shè)施工作電流、燈質(zhì)等參數(shù))，及 時(shí)地預(yù)見和了解遠(yuǎn)程航標(biāo)將會(huì)出現(xiàn)或已經(jīng)出現(xiàn)的問題，并及時(shí)進(jìn)行針對性的維 護(hù)，這對避免盲目性、減少維護(hù)費(fèi)用、保障航道安全具有重要的意義。實(shí)用新
型專利(ZL 200620110833.4)發(fā)明了一種航標(biāo)遙測遙控裝置，通過GPRS將航 標(biāo)的各種異常狀態(tài)信息發(fā)送控制中心；實(shí)用新型專利(ZL 200620112495.8)發(fā) 明了一種航標(biāo)燈燈質(zhì)測量的信號預(yù)處理裝置，微處理器兩個(gè)A/D端分別連接到 燈泡的供電端和參考電壓，根據(jù)A/D結(jié)果的判斷完成對燈質(zhì)信號的調(diào)理；專利 (申請?zhí)?00610074413.X)公開了一種航標(biāo)燈燈質(zhì)測量的信號調(diào)理裝置，微 處理器內(nèi)部一個(gè)比較器分別連接到燈泡的供電端和參考電壓，根據(jù)比較器輸出 電平的判斷以期實(shí)現(xiàn)對燈質(zhì)信號的調(diào)理；專利(申請?zhí)?00710009152.8)公開 了一種航標(biāo)遙測終端的三線串入式接口方法，終端和蓄電池、航標(biāo)燈之間僅需 三根線連接，即可實(shí)現(xiàn)對蓄電池電壓、工作電流、以及燈質(zhì)等航標(biāo)參數(shù)的測量。 總體來看，這些發(fā)明裝置都需要對原有水上助航設(shè)施進(jìn)行多多少少地改造，屬 于串入式的連接方式，即需要剪斷原有水上助航設(shè)施的電源線路串入到裝置電 流測量電路中，實(shí)現(xiàn)水上助航設(shè)施工作電流以及燈質(zhì)等參數(shù)測量。由于裝置與 水上助航設(shè)施串聯(lián)，工作環(huán)境惡劣，接線頭易老化、接觸不良、電流測量電路 中出故障均會(huì)引起水上助航設(shè)施不能正常工作，必然存在著影響船舶航運(yùn)的安 全隱患。 發(fā)明內(nèi)容
任何一組蓄電池都有一定大小的內(nèi)阻，當(dāng)水上助航設(shè)施工作時(shí)亮暗變化(工 作電流時(shí)大時(shí)小)，蓄電池端電壓必然存在一定大小的電壓變化，而電壓變化的 規(guī)律與水上助航設(shè)施的工作一致，電壓變化的幅度與水上助航設(shè)施的工作電流 成正比，因此，只需要監(jiān)測蓄電池端電壓的變化情況，就能夠?qū)崿F(xiàn)對水上助航設(shè)施的工作與工作電流的測量，無需改動(dòng)水上助航設(shè)施的任何連接線，即實(shí)現(xiàn) 二線式的監(jiān)測方法。因而本實(shí)用新型目的在于提供一種水上助航設(shè)施二線式多 參數(shù)測量裝置，無需對原有水上助航設(shè)施的連接線進(jìn)行任何改動(dòng)，完成對水上 助航設(shè)施工作電流、燈質(zhì)、蓄電池工作電壓等參數(shù)的測量，具有安裝更加簡單、 可靠性高、可適應(yīng)不同工作電壓、不同類型水上助航設(shè)施等優(yōu)點(diǎn)，克服了現(xiàn)有 測量裝置串入式連接的缺點(diǎn)。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案和措施是
測量裝置由電橋取樣電路、差分放大器、電壓-電流-電壓變換電路、增益控 制電路、信號整形電路、恒流放電電路、微處理器、ADC電路、供電電路、蓄
電池電壓采樣電路、RS232通信電路、GPRS模塊、GPS模塊組成。其中電橋取 樣電路、差分放大器、電壓-電流-電壓變換電路、增益控制電路、ADC電路、 蓄電池電壓采樣電路依次順序串聯(lián)，同時(shí)ADC電路、GPS模塊、GPRS模塊、 RS232通信電路、供電電路、恒流放電電路、信號整形電路分別與微處理器相連。
通過電橋取樣電路一方面將蓄電池端電壓的電壓變化取樣輸出，另一方面 作為差分放大器的直流偏置電路；經(jīng)差分放大器放大后的信號含有一定的直流 分量，不宜直接與ADC直連接，電壓-電流-電壓變換電路將直流分量去掉，只 留下交流分量；增益控制電路用于調(diào)節(jié)電壓-電流-電壓變換電路的變換系數(shù)，使 輸入到ADC的電壓不超過參考電壓，因此測量裝置可適應(yīng)不同工作電壓、不同 類型水上助航設(shè)施實(shí)現(xiàn)了工作電流的監(jiān)測；信號整形電路將電壓-電流-電壓變換 電路輸出的信號進(jìn)行整形，實(shí)現(xiàn)了水上助航設(shè)施燈質(zhì)的監(jiān)測；恒流放電電路用 于對水上助航設(shè)施工作電流監(jiān)測作定標(biāo)；蓄電池電壓釆樣電路將蓄電池端電壓 進(jìn)行分壓后輸出給ADC電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)蓄電池工作電壓的監(jiān)測。本實(shí)用新型的有益效果是不需要改動(dòng)原有水上助航設(shè)施的任何連接線， 只要將測量裝置的電源引線與蓄電池的正負(fù)極相連接，實(shí)現(xiàn)了水上助航設(shè)施工 作電流、燈質(zhì)、蓄電池工作電壓等參數(shù)的測量，具有安裝更加簡單、可靠性高、 可適應(yīng)不同工作電壓、不同類型水上助航設(shè)施。

圖1是本實(shí)用新型所述的水上助航設(shè)施二線式多參數(shù)測量裝置安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型所述的水上助航設(shè)施二線式多參數(shù)測量裝置組成框圖。 圖3是本實(shí)用新型所述的水上助航設(shè)施二線式多參數(shù)測量裝置電橋取樣電 路原理圖。
圖4是本實(shí)用新型所述的水上助航設(shè)施二線式多參數(shù)測量裝置電壓-電流-電壓變換電路原理圖。
圖5是本實(shí)用新型所述的水上助航設(shè)施二線式多參數(shù)測量裝置定標(biāo)、水上 助航設(shè)施工作電流、蓄電池端電壓測量軟件流程圖。
具體實(shí)施方式

為了進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
，下面將結(jié)合附圖，詳細(xì)敘述 本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)和實(shí)施例。
圖1中，l是測量裝置，2是水上助航設(shè)施，3是蓄電池。其中蓄電池3的 正負(fù)極輸出端分別與測量裝置1、水上助航設(shè)施2的電源輸入端相連接。
圖2中，201是電橋取樣電路、202是差分放大器、203是電壓-電流-電壓 變換電路、204是增益控制電路、205是ADC電路、206是蓄電池電壓采樣電路、 207是微處理器、208是GPS模塊、209是GPRS模塊、210是RS232通信電路、 211是供電電路、212是恒流放電電路、213是信號整形電路。其中電橋取樣電路201、差分放大器202、電壓-電流-電壓變換電路203、增益控制電路204、 ADC 電路205、蓄電池電壓采樣電路206依次順序串聯(lián)，同時(shí)ADC電路205、 GPS 模塊208、 GPRS模塊209、 RS232通信電路210、供電電路211、恒流放電電路 212、信號整形電路213分別與微處理器207相連。
圖3中，由電阻R1、電阻R3、電阻R4、電阻R5構(gòu)成電橋結(jié)構(gòu)。其中電 容Cl與Rl并聯(lián)且一端接地另一端電源正極輸入端；電容C3與電阻R4并聯(lián)后 一端接地另一端通過電阻R3與電源正極輸入端相連。這樣電容C3與電阻R4 并聯(lián)得到1/2W"的平灼電壓仏作為參考電壓，使單電源供電的運(yùn)放工作于線性 區(qū)。電容d與電阻Ri并聯(lián)，其時(shí)間常數(shù)
r = / l||7 8xCl =50xl03 x220xl0—6 =1柳
使得^ / =厶4，不會(huì)受R1、 R5分壓導(dǎo)致Af/。^lAP;，信號幅度變小的問 題。電阻R8和電容C4作為一階低通濾波，上限截止頻率
/ =丄 =159陶
消除水上助航設(shè)施中開關(guān)電源高頻脈沖電流導(dǎo)致的高頻干擾。 圖4中，由運(yùn)放U1B、 U3A、 U3B、 U4B，電阻R6、 R9、 RIO、 Rll、 R12、 R15、 R16，電容C8、 CIO， 二極管D3構(gòu)成電壓-電流-電壓變換電路。其中U1B 的7腳與CIO、 D3相連；CIO、 D3的另一端與U1B的6腳、U3B的5腳、R6、 C8相連；U3B的7腳與6腳、Rll相連；U3A的1與RIO、 R15相連；U3A的 2月卻與R9、 R10的另一端相連；U3A的3腳與R11另一端、R12相連；U4B的 7膽P與6腳、R12的另一端相連；U4B的5腳與R15的另一端、R16相連。
由于差分放大器輸出的信號^/。=-10Af/。+"，含有直流分量Ub-l/2V,"因此無法直接與ADC電路直接連接，必須將直流電壓仏去掉，只留下純交流分量:
△(7。 一10AC/。
運(yùn)放U1B、 U3B和電阻R6、電容C8、電容CIO、 D3構(gòu)成峰值跟蹤電路， 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連續(xù)跟蹤輸入信號f4的峰值電壓，以確保電壓-電流-電壓變換電路正 常工作。電阻R6與電容C8決定了當(dāng)^的峰值電壓下降時(shí)連續(xù)跟蹤的速度T，
當(dāng)某燈質(zhì)的周期較長時(shí)大于1S，也能基本保持^的峰值電壓。
U3A、 U4B和電阻R9 電阻R12、電阻R15構(gòu)成電壓-電流變換電路，其中
U4B為電壓跟隨器，提高電壓-電流的轉(zhuǎn)換精度，不受U3A、后級電路輸入電阻
的影響。輸出電流/。為
從/。電流表達(dá)式可見，輸出的電流/。與R16無關(guān)。通過電阻R16將電流/ 轉(zhuǎn) 換成電壓輸出純交流電壓分量輸出，直流分量為O。
t;。 =/。 《雄
At/,. *扁/
可見，只要改電阻R16與電阻R15的比值，也可以改變電壓-電流-電壓變
換電路的增益。
實(shí)施過程包括附圖5所屬的以下步驟
歩驟501:微處理器啟動(dòng)，初始化各I/0口及內(nèi)、外部功能模塊及器件。 步驟502:蓄電池內(nèi)阻隨著容量的變化而變化，蓄電池端電壓變化幅度與輸
出電流的關(guān)系也發(fā)生了變化，為了準(zhǔn)確測量水上助航設(shè)施的工作電流，需要在 一定的時(shí)間內(nèi)作定標(biāo)，修正蓄電池端電壓變化幅度與輸出電流的關(guān)系系數(shù)。判斷定標(biāo)時(shí)間到，則執(zhí)行步驟503，否則執(zhí)行步驟510。
步驟503:所設(shè)定的定標(biāo)時(shí)間到，則需要進(jìn)行定標(biāo)；定標(biāo)時(shí)用一個(gè)已知的恒 流源讓蓄電池放電，測量蓄電池端電壓變化幅度，以得到蓄電池端電壓變化幅 度與輸出電流的關(guān)系系數(shù)；所以需要避開水上助航設(shè)施的工作期間(即亮期間)， 判斷是否在水上助航設(shè)施的暗期間，則執(zhí)行步驟504，否則執(zhí)行步驟510。
步驟504:水上助航設(shè)施在暗期間，則開啟恒流放電電路。
步驟505:啟動(dòng)ADC電路，采集蓄電池端電壓的變化幅度。
步驟506:采集結(jié)束后，關(guān)閉恒流放電電路。
步驟507:計(jì)算蓄電池端電壓變化幅度與輸出電流的關(guān)系系數(shù)。
步驟508:復(fù)位定標(biāo)時(shí)間。
步驟509:退出定標(biāo)任務(wù)，執(zhí)行其它任務(wù)。
步驟510:上一步驟502判斷定標(biāo)時(shí)間沒到，判斷水上助航設(shè)施在亮期間， 則執(zhí)行步驟511，否則執(zhí)行步驟509。
步驟511:啟動(dòng)ADC電路，采集蓄電池端電壓的變化幅度。 步驟512:再次啟動(dòng)ADC電路，采集蓄電池端電壓。
步驟513:根據(jù)蓄電池端電壓變化幅度與輸出電流的關(guān)系系數(shù)，計(jì)算水上助 航設(shè)施工作電流，下一步驟執(zhí)行509。
權(quán)利要求1、一種水上助航設(shè)施二線式多參數(shù)測量裝置，由水上助航設(shè)施和蓄電池構(gòu)成，其特征是在蓄電池上連接了測量裝置，其中(1)裝置由電橋取樣電路、差分放大器、電壓-電流-電壓變換電路、增益控制電路、信號整形電路、恒流放電電路、微處理器、ADC電路、供電電路、蓄電池電壓采樣電路、RS232通信電路、GPRS模塊、GPS模塊組成；(2)電橋取樣電路、差分放大器、電壓-電流-電壓變換電路、增益控制電路、ADC電路、蓄電池電壓采樣電路(206)依次順序串聯(lián)，同時(shí)ADC電路(205)、GPS模塊(208)、GPRS模塊(209)、RS232通信電路(210)、供電電路(211)、恒流放電電路(212)、信號整形電路(213)分別與微處理器(207)相連。
2、 按照權(quán)利要求l所述的一種水上助航設(shè)施二線式多參數(shù)測量裝置，其特征是 由電阻R1、電阻R3、電阻R4、電阻R5構(gòu)成電橋結(jié)構(gòu)，其中電容C1與R1并 聯(lián)且一端接地另一端電源正極輸入端；電容C3與電阻R4并聯(lián)后一端接地另一 端通過電阻R3與電源正極輸入端相連。
3、 按照權(quán)利要求l所述的一種水上助航設(shè)施二線式多參數(shù)測量裝置，其特征是 由運(yùn)放U1B、 U3A、 U3B、 U4B，電阻R6、 R9、 RIO、 Rll、 R12、 R15、 R16, 電容C8、C10， 二極管D3構(gòu)成電壓-電流-電壓變換電路,其中:UlB的7腳與CIO、 D3相連；CIO、 D3的另一端與U1B的6腳、U3B的5腳、R6、 C8相連；U3B 的7腳與6腳、Rll相連；U3A的1與RIO、 R15相連；U3A的2腳與R9、 R10 的另一端相連；U3A的3腳與R11另一端、R12相連；U4B的7腳與6腳、R12 的另一端相連；U4B的5腳與R15的另一端、R16相連。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種水上助航設(shè)施的二線式多參數(shù)測量裝置。裝置由電橋取樣電路、差分放大器、電壓-電流-電壓變換電路、增益控制電路、信號整形電路、恒流放電電路、微處理器、ADC電路、供電電路、蓄電池電壓采樣電路、RS232通信電路、GPRS模塊、GPS模塊組成；電橋取樣電路、差分放大器、電壓-電流-電壓變換電路、增益控制電路、ADC電路、蓄電池電壓采樣電路依次串聯(lián)，同時(shí)ADC電路、GPS模塊、GPRS模塊、RS232通信電路、供電電路、恒流放電電路、信號整形電路與微處理器相連。該裝置無需對原有水上助航設(shè)施的連接線進(jìn)行任何改動(dòng)，完成對工作電流、燈質(zhì)、蓄電池工作電壓等參數(shù)的測量，具有安裝簡單、可靠性高、可適應(yīng)不同工作電壓、不同類型水上助航設(shè)施等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01R31/44GK201359622SQ200920136889
公開日2009年12月9日 申請日期2009年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月3日
發(fā)明者劉華松, 宇 盧, 吳允平, 吳并輝, 吳進(jìn)營, 李汪彪, 林錦霞, 蘇偉達(dá), 蔡聲鎮(zhèn), 陳俊毅 申請人:福建師范大學(xué);福州閩郵吉星數(shù)碼科技有限公司