專利名稱：船舶貨艙溫度無線遙測系統(tǒng)的制作方法
船舶貨艙溫度無線遙測系統(tǒng)所屬領域本發(fā)明屬于測試技術領域。特別涉及一種適用于遠洋船舶貨艙溫度測量的無線遙測系統(tǒng)。
背景技術：
船舶貨艙火災可能造成巨大損失。若能及時探測貨艙溫度異常并報警，則可大幅減少甚至避免火災損失。而船舶航行中，貨艙通常處于封閉狀態(tài)且可能缺氧或有毒氣體濃度過高，船員不可能頻繁出入貨艙實地檢測。貨艙火警監(jiān)測，目前一般是煙霧探測，一旦貨艙火警，需待煙霧傳送至駕駛臺才檢測報警，延時較長，可能已形成火災。所以貨艙溫度監(jiān)測報警至關重要。目前，船用溫度遙測與報警系統(tǒng)依然以煙霧探測為主，國內外產品不足之處有其一，測試系統(tǒng)全部是有線傳輸，造價高且維護不便；其二，溫度傳感器只能固定安裝(例如在艙頂和艙壁)而不能隨意移動，而遠洋運輸某些因外界氣溫高易誘發(fā)自燃的特殊貨物需在貨艙不同位置和貨物不同深度安裝溫度傳感器；其三某些獨自測溫及電子屏顯示的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，只能獨立報警，不能與全船監(jiān)測系統(tǒng)對接，主要原因是上位機、下位機的接入形式技術難度大、前期開發(fā)的工作量大。則限制了信號的進一步傳輸和處理，限定了全船報警系統(tǒng)的系統(tǒng)性、聯動性。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是克服現有技術存在的上述不足，提供一種船舶貨艙溫度無線遙測系統(tǒng)。此系統(tǒng)可與全船監(jiān)測、報警系統(tǒng)對接，使PC機極大利用了被測量的資源。本發(fā)明提供的船舶貨艙溫度無線遙測系統(tǒng)包括貨艙部分和控制室部分；貨艙部分有溫度傳感器(含連接線)、發(fā)射單片機、編碼芯片、無線發(fā)射器(DF)、天線和電源等；溫度傳感器，用于感知周圍溫度，并轉換成帶符號的數字量信號；溫度傳感器采用DS18B20 (含連接線)，可根據特殊貨物需要，安裝在貨艙不同位置和貨物不同深度。發(fā)射單片機，每貨艙一個，用于采集該貨艙內設置的多個溫度傳感器送來的信號、檢測電池電量并把這些數字信號和狀態(tài)信息送給編碼芯片PT2262。電池電量的檢測功能集成在單片機系統(tǒng)里，無需外界干涉。編碼芯片和無線發(fā)射器將發(fā)射單片機送來的數字信號和狀態(tài)信息進行編碼并發(fā)射；所述的編碼芯片、發(fā)射單片機、無線發(fā)射器(DF)、天線和電源設置在一個控制箱內，除電源以外其余都集成在一塊電路板上，電路板和電池裝在一個控制箱內?？刂葡涓鶕總€船艙的實際情況可以安裝在艙內、艙外或艙口都行，控制箱可掛裝，水平安裝都可以。供電電源在設計上采用電池向發(fā)射單片機、編碼芯片(PT2262)和無線發(fā)射器供電。電池的選擇只要保證電壓范圍為擴12V即可。本系統(tǒng)采用的是湯淺NP系列電池，具體的型號是NP7-12，電池端電壓是12V，7Ah，無游離酸，電池可倒放90°安全使用。電池設計壽命5年。電池的主要耗電是發(fā)射數據的功耗，其他的功耗很低可以不計，發(fā)射時大約需要55mA電流，持續(xù)發(fā)射的時間大約是10ms?？刂葡鋾须娏繖z測和提示的功能，將要沒電的時候會提前提示，將這些信息在每次發(fā)射溫度數據的時候一起發(fā)射到PC機(人機界面)。控制室部分有天線、無線接收器、解碼芯片、接收單片機、RS232電平轉換器和PC機等；控制室各組件由船舶電網供電，不另設電源。由此，構成探測、顯示、記錄貨艙溫度，以及貨艙高溫報警系統(tǒng)。無線接收器和解碼芯片，接收貨艙部分發(fā)射的信號、拆包并解碼，將解碼的信號送給接收單片機。接收單片機，通過RS232電平轉換器，將解碼芯片PT2272傳來的信號轉換成PC機(人機界面)可接受的信號從而在PC機的人機界面顯示，同時PC機記錄探測結果并報警，以及顯示電池電量信息；接收單片機通過串口與PC機通信，不僅在PC機中可靈活的編制報警程序，也可使得PC機極大利用了被測量的資源，利于整個船舶自控與測量系統(tǒng)的統(tǒng)一管理。PC機與單片機的串行通信用VB實現。接收部分的AT89C2051單片機通過RS232接口和PC機進行通信，因VB有自帶的通信控件MsComm，可用VB完成串行通信，所以由單片機采集外部溫度數據，然后送入PC機進行數據處理。發(fā)射單片機和接收單片機均采用AT89C2051，體積小，功耗低，抗干擾能力強；本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果本發(fā)明系統(tǒng)的傳感器，采用無線遙測方式，可隨意安裝在貨艙的任一位置，可方便地檢測并記錄(T+100°C范圍內的溫度。無線數據傳輸距離可達200 300米，且可在有障礙物，如墻壁、房間的情況下，仍能很好的接收數據，傳感器的單點測量誤差在O. 5°C以內。由于采用了 DF無線數據傳輸方式及與PC采用串口通信，不僅在PC機中可靈活地編制報警程序，也可使得PC機極大利用被測量的資源，有利于整個船舶自控與測量系統(tǒng)的統(tǒng)一管理。且此設計可與全船監(jiān)測、報警系統(tǒng)對接。該系統(tǒng)的傳感器，采用無線遙測方式，可隨意安裝在貨艙的任一位置，具有安裝方便、數字化程度高、精度好、適應性強、性價比高等特點，亦可在多種溫度檢測中應用。本發(fā)明由于采用了 DF無線數據傳輸方式，克服了有線傳輸的地域限制，可隨意安裝在貨艙的任一位置，且安裝方便、數字化程度高、精度好、適應性強、可方便地檢測并記錄(T+10(TC范圍內的溫度。性價比高，亦可在多種溫度檢測中應用。本發(fā)明由于與PC機采用串口通信，不僅在PC機中可靈活地編制報警程序，也可使得PC機極大利用被測量的資源，有利于整個船舶自控與測量系統(tǒng)的統(tǒng)一管理。且本設計對這種上下位機的形式給出了很具體的硬件通訊形式，同時對軟件通訊協議、軟件編程都給出了詳細的、產品化講解。對同類產品的升級有很好的參考作用。


圖1是船舶貨艙溫度無線遙測系統(tǒng)發(fā)射和接收裝置電路圖。圖2是系統(tǒng)程序流程圖。圖3是發(fā)射端邏輯上層示意圖。圖4是發(fā)射端邏輯底層示意圖。圖5是信號傳輸簡圖。圖6是編碼芯片PT2262與DF無線發(fā)射電路的接口方式接線示意圖。
具體實施例方式實施例本發(fā)明提供的船舶貨艙溫度無線遙測系統(tǒng)包括貨艙部分和控制室部分；貨艙部分有溫度傳感器(含連接線)、發(fā)射單片機、編碼芯片、無線發(fā)射器(DF)、天線和電源等；溫度傳感器，用于感知周圍溫度，并轉換成帶符號的數字量信號；溫度傳感器采用DS18B20 (含連接線)，可根據特殊貨物需要，安裝在貨艙不同位置和貨物不同深度。發(fā)射單片機，每貨艙一個，用于采集該貨艙內設置的多個溫度傳感器送來的信號、檢測電池電量并把這些數字信號和狀態(tài)信息送給編碼芯片PT2262。電池電量的檢測功能集成在單片機系統(tǒng)里，無需外界干涉。編碼芯片和無線發(fā)射器將發(fā)射單片機送來的數字信號和狀態(tài)信息進行編碼并發(fā)射；所述的編碼芯片、發(fā)射單片機、無線發(fā)射器(DF)、天線和電源設置在一個控制箱內，除電源以外其余都集成在一塊電路板上，電路板和電池裝在一個控制箱內?？刂葡涓鶕總€船艙的實際情況可以安裝在艙內、艙外或艙口都行，控制箱可掛裝，水平安裝都可以?？刂剖也糠钟刑炀€、無線接收器、解碼芯片、接收單片機、RS232電平轉換器和PC機等；控制室各組件由船舶電網供電，不另設電源。由此，構成探測、顯示、記錄貨艙溫度，以及貨艙高溫報警系統(tǒng)。無線接收器和解碼芯片，接收貨艙部分發(fā)射的信號、拆包并解碼，將解碼的信號送給接收單片機。接收單片機，通過RS232電平轉換器，將解碼芯片PT2272傳來的信號轉換成PC機(人機界面)可接受的信號從而在PC機的人機界面顯示，同時PC機記錄探測結果并報警，以及顯示電池電量信息。本發(fā)明船舶貨艙溫度無線遙測系統(tǒng)發(fā)射和接收裝置電路如圖1所
/Jn ο本發(fā)明供電電源采用電池向發(fā)射單片機、編碼芯片(PT2262)和無線發(fā)射器供電。電池的選擇只要保證電壓范圍為擴12V即可。本系統(tǒng)采用的是湯淺NP系列電池，具體的型號是NP7-12，電池端電壓是12V，7Ah，無游離酸，電池可倒放90°安全使用。電池設計壽命5年。電池的主要耗電是發(fā)射數據的功耗，其他的功耗很低可以不計，發(fā)射時大約需要55mA電流，持續(xù)發(fā)射的時間大約是10ms。供電電池按照NP7-12的容量計算，假設控制箱10分鐘發(fā)射一次船艙溫度數據(采集溫度數據在PC機界面上可以設置的)，電池的更換周期大約是80天左右的?？梢愿鼡Q電量更大的電池，只要保證電壓在9 12V就行，同時控制箱會有電量檢測和提示的功能，將要沒電的時候會提前提示，將這些信息在每次發(fā)射溫度數據的時候一起發(fā)射到PC機(人機界面)。編碼芯片PT2262和解碼芯片PT2272，內部頻率發(fā)生器采用電阻振蕩方式，使用PT2262必須配合PT2272設計。無線發(fā)射-接收器采用通用的DF無線傳輸模塊，調幅AM通訊,便宜耐用，頻率穩(wěn)定度極高。控制室部分的無線接收器(DF)和解碼芯片PT2272、接收單片機(AT89C2051)、RS232電平轉換器、人機界面(可使用船舶原有的)，包括天線，布置、安裝都沒問題。貨艙部分的溫度傳感器、發(fā)射單片機(AT89C2051)、編碼芯片(PT2262)和無線發(fā)射器(DF)、天線、電池等的布置、安裝每個貨艙布置一個控制箱,控制箱的尺寸長150mm、寬150mm、高150mm?？刂葡涞膬蓚攘粲羞B接溫度傳感器和天線接口。控制箱根據每個船艙的實際情況可以安裝在艙口內、艙外或艙口都行，控制箱可掛裝，水平安裝都可以。天線和電路板采用同軸電纜連接，如果控制箱裝在船艙的內部的情況下要保證天線通過同軸線纜安裝在船艙的外面。一個控制箱，理論上可以帶很多(同時連接多個)DS18B20溫度傳感器，但考慮實際的單片機的程序負擔、電池供電等問題，所以設定一個發(fā)射器單元帶32個DS18B20溫度傳感器。如果采用普通的I平方毫米的多芯線纜DS18B20可置于離控制箱150米以內的任何地方，如果稍稍的增加一點成本的話采用同軸屏蔽線纜DS18B20可置于離控制箱300米以內的任何地方。傳感器布置的一般規(guī)律是可視范圍內30米一個，如果不可視的重要位置就要一個位置一個了。傳感器冗余的線纜要盤起來綁好。基本原則就是突出重點，照顧全面。重點的地方多放幾個傳感器同時要盡量分布廣泛。因為每個傳感器的測溫精度是O. 5度，所以在一個密閉的空間里稍有問題的話溫度會升高的很快的，稍有溫度變化馬上就會感知到的。無需添加外部元件。無線接收部分與計算機通信是采用RS232接口。本系統(tǒng)采用單工單發(fā)單收，采用邏輯分層(上下兩層)，好處在于編程時不必考慮怎樣實現分層，降低編程難度。發(fā)射端，上層是打包數據層，底層是無線發(fā)送層。發(fā)射端邏輯上層如圖3，把一組8位溫度數據打包。首先，兩個字節(jié)的起始字；后接可擴展一字節(jié)的幀類型和兩字節(jié)的幀長度；后面就是測量而得的數據(長度由“幀長度”字節(jié)指定)；把測量數據和幀長度字節(jié)進行異或得到校驗和字節(jié)。發(fā)射端邏輯底層如圖4，把上層打包組成的數組的8位字節(jié)元素拆分成4個4位DF發(fā)射數據，4位數據的前兩位作為幀號。接收端與發(fā)射端相反，上層是拆包數據幀,底層是無線接收層,把接收的4位DF格式的數據組合成8位數據。發(fā)射器與接收器采用無線通訊，單工模式(單向傳輸模式)。信號傳輸如圖5所示。編碼芯片PT2262與DF無線發(fā)射電路的接口方式如圖6所示，沒有數據要發(fā)送時P3. O 口輸出高電平關閉發(fā)射電路節(jié)省電量。PT2272與DF模塊的連接和圖6基本相同，把PT2272的DIN腳與DF接收器的波形輸出腳相連，電阻R為200K，另外VT腳輸出給單片機中斷腳P3. 2。海面上的電磁環(huán)境是個很復雜、很惡劣的環(huán)境，電磁波干擾嚴重。對無線傳輸的干擾很厲害。所以國內的同類產品都不能突破這個問題而采用有線連接。為了應對復雜的海面電磁環(huán)境，我們采取的措施分硬件措施和軟件措施。硬件方面的措施電路板加裝屏蔽罩，屏蔽外來的電磁波，從空間上阻斷電磁波的干擾途徑。在電路板上對無線通訊用的315MHz以外的所有頻率電磁波進行強制的幅值衰減,減少這些電磁波對通訊電路的干擾。從線纜的傳輸途徑上阻斷電磁波的干擾。軟件方面的措施采用多重數字濾波，在實際的應用中，選用濾波器應視具體的情況而定，選擇濾波器種類不當、濾波因子不當都會影響濾波效果、降低傳感器的靈敏度。本系統(tǒng)采用的是包括限幅濾波、中值濾波、算術平均濾波在內的多重濾波方式。首先采用限幅濾波濾除大的隨機干擾或偏離實際值太遠的數據。其次是中值濾波濾除脈沖干擾等偶然因素引發(fā)的干擾。最后算術平均濾波濾除周期性的干擾。濾波因子是經過大量的實驗后平衡傳感器的靈敏度和可靠性之后確定的，具有很強的適用性。采用以上的措施為溫度采集及數據傳輸保駕護航。也克服了同類產品都是有線傳輸的不足，省去了部分線纜減低了成本。為了傳感器也能適應液貨艙液體的環(huán)境，要對其進行封裝。在保證不影響它的感溫靈敏度和絕緣性的雙重要求下用不銹鋼管對其用導熱絕緣物進行填充封裝。其難點是封裝工藝和長導線情況下信號傳輸。封裝工藝在不銹鋼管內壁貼導熱矽膠片、放入已經連好線的傳感器、填充導熱硅月旨、最后用環(huán)氧樹脂封口。對長導線信號傳輸采用全差分信號傳輸方式，克服了長線信號傳輸的畸變。封裝后的傳感器長100_，直徑8_，體積小巧、擴大了原傳感器的感溫面積。更重要的是非常方便固定，簡單的一個帶吸盤的線扣都能固定它。更換布置位置很方便，能監(jiān)測液體溫度。克服了同類傳感器的這方面的不足。本發(fā)明設計中，硬件電路均按照夠用、實用的原則選擇元件，整套硬件(一套船艙控制箱+4個傳感器+ —套控制室的接受器)不過一百多元，若多艙配備多傳感-發(fā)射器的話，每增加一個傳感-發(fā)射器只不過增加十幾元。某些國內同類產品都是獨自測溫及電子屏顯示的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，只能獨立報警，不能與全船監(jiān)測系統(tǒng)對接的主要原因是本文介紹的上位機、下位機的形式技術難度大、前期開發(fā)的工作量大。技術難度大除了上面提的以外，還有軟件方面的難度。上位機軟件要能融入全船監(jiān)測系統(tǒng)就要求這部分軟件的要有極高的模塊化，好的可移植性。對于編程人員是個考驗。工作量大體現在要了解現有全船監(jiān)測系統(tǒng)的功能，甚至要讀這部分軟件的源代碼以便能做到無縫接入。本設計對這種上下位機的形式給出了很具體的硬件通訊形式，同時對軟件通訊協議、軟件編程都給出了詳細的、產品化講解。對同類產品的升級有很好的參考作用。
權利要求
1.一種船舶貨艙溫度無線遙測系統(tǒng)，其特征在于該遙測系統(tǒng)的組成包括貨艙部分和控制室部分； 貨艙部分包括溫度傳感器、發(fā)射單片機、編碼芯片、無線發(fā)射器、天線和電源；其中 溫度傳感器，用于感知周圍溫度，并轉換成帶符號的數字量信號； 發(fā)射單片機，每貨艙一個，用于采集該貨艙內設置的多個溫度傳感器送來的信號、檢測電池電量并把這些數字信號和狀態(tài)信息送給編碼芯片； 編碼芯片和無線發(fā)射器，將發(fā)射單片機送來的數字信號和狀態(tài)信息進行編碼并發(fā)射； 控制室部分包括天線、無線接收器、解碼芯片、接收單片機、RS232電平轉換器和PC機； 無線接收器和解碼芯片，貨艙部分發(fā)射的信號，拆包并解碼，將解碼的信號送給接收單片機； 接收單片機，通過RS232電平轉換器，將解碼芯片傳來的信號轉換成PC機可接受的信號從而在PC機的人機界面顯示，同時PC機記錄探測結果并報警，以及顯示電池電量信息。
2.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的編碼芯片、發(fā)射單片機、無線發(fā)射器、天線和電源設置在一個控制箱內，除電源以外其余都集成在一塊電路板上，電路板和電源裝在一個控制箱內；控制箱根據每個船艙的實際情況安裝在艙內、艙外或艙口，控制箱采用掛裝或水平安裝。
3.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的溫度傳感器采用DS18B20，根據特殊貨物需要，溫度傳感器安裝在貨艙不同位置和貨物不同深度。
4.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的發(fā)射單片機和接收單片機均采用AT89C2051。
5.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的接收單片機通過串口與PC機通信，不僅在PC機中能夠靈活的編制報警程序，也能夠使PC機極大利用被測量的資源，利于整個船舶自控與測量系統(tǒng)的統(tǒng)一管理。
6.根據權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的接收單片機與PC機之間的串行通信用VB實現。
7.根據權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的電源采用電池向發(fā)射單片機、編碼芯片和無線發(fā)射器供電。
全文摘要
一種船舶貨艙溫度無線遙測系統(tǒng)。包括貨艙部分和控制室部分；貨艙部分有溫度傳感器、發(fā)射單片機、編碼芯片、無線發(fā)射器、天線和電源；控制室部分有天線、無線接收器、解碼芯片、接收單片機、RS232電平轉換器和PC機；溫度傳感器根據特殊貨物需要，安裝在貨艙不同位置和貨物不同深度。發(fā)射單片機，每貨艙一個，用于采集該貨艙內設置的多個溫度傳感器送來的信號、檢測電源電量并把這些數字信號和狀態(tài)信息送給編碼芯片，然后由無線發(fā)射器發(fā)射。無線接收器和解碼芯片，接收發(fā)射的信號、拆包并解碼，然后經接收單片機送入PC機。本發(fā)明具有安裝方便、數字化程度高、精度好、適應性強、性價比高等特點，亦可在多種溫度檢測中應用。
文檔編號G05B19/418GK103034189SQ20121050568
公開日2013年4月10日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權日2012年11月30日
發(fā)明者李葒娜 申請人:天津理工大學