一種船用車令傳送及執(zhí)行裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種船用車令傳送及執(zhí)行裝置，其包括：中央處理器；若干個CAN網(wǎng)絡(luò)接口模塊，其分別與所述中央處理器雙向數(shù)據(jù)連接；開關(guān)量輸入隔離驅(qū)動模塊，其與所述中央處理器雙向數(shù)據(jù)連接；開關(guān)量輸出隔離驅(qū)動模塊，其與所述中央處理器雙向數(shù)據(jù)連接；模擬量輸入隔離驅(qū)動模塊，其與所述中央處理器雙向數(shù)據(jù)連接；模擬量輸出隔離驅(qū)動模塊，其與所述中央處理器雙向數(shù)據(jù)連接；外設(shè)接口模塊，其與所述中央處理器雙向數(shù)據(jù)連接；CAN總線地址ID接口，其與所述中央處理器雙向數(shù)據(jù)連接；CAN總線地址ID模塊，其與所述CAN總線地址ID接口連接；電源模塊，其為所述船用車令傳送及執(zhí)行裝置供電。該裝置能整合通訊和傳送及執(zhí)行船用車令。
【專利說明】一種船用車令傳送及執(zhí)行裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種船舶航行控制和船舶信息網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控設(shè)備，尤其涉及一種船用車令傳送及執(zhí)行裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著CAN總線在船舶領(lǐng)域的應(yīng)用，傳統(tǒng)的控制模式逐步被取代。首先，CAN總線網(wǎng)絡(luò)取代了大量的信號線纜；其次，帶有總線接口的智能模塊將會取代過去的體積龐大的信號采集分站；再次，冗余總線網(wǎng)絡(luò)上的任何一個設(shè)備都可以進(jìn)行故障診斷功能，方便維護(hù)和得到設(shè)備實(shí)時動態(tài)的工作狀態(tài)，在任何時刻都可以保證數(shù)據(jù)的可靠性。
[0003]現(xiàn)有船用系統(tǒng)中，有些系統(tǒng)采用了 CAN總線傳輸(例如車鐘系統(tǒng)和主機(jī)遙控系統(tǒng))，有些系統(tǒng)依然是采用模擬量傳輸，有些采用RS485/RS422傳輸，有些采用以太網(wǎng)傳輸，還有些是采用Profibus總線傳輸。隨著CAN總線在船用系統(tǒng)的普及以及大量使用，整合現(xiàn)有的所有系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)與主干網(wǎng)絡(luò)CAN總線的通訊成為了亟待解決的問題。
[0004]此外，現(xiàn)有船用系統(tǒng)的控制和監(jiān)控中，各個終端的控制、數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)交互都是通過中央集控室的主機(jī)完成，有時需要從機(jī)艙連接上百根線到中央集控室，施工和調(diào)試維護(hù)非常困難，并且一旦主機(jī)或者控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，就無法實(shí)現(xiàn)駕駛室、機(jī)艙和中央集控室之間的車令信號傳送和控制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種船用車令傳送及執(zhí)行裝置，其能整合現(xiàn)有的所有系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)與主干網(wǎng)絡(luò)CAN總線的通訊，同時具有船用車令的傳送及執(zhí)行功能。
[0006]為了達(dá)到上述實(shí)用新型的目的，本實(shí)用新型提供了一種船用車令傳送及執(zhí)行裝置，其包括:
[0007]中央處理器；
[0008]若干個CAN網(wǎng)絡(luò)接口模塊，其分別與所述中央處理器雙向數(shù)據(jù)連接；
[0009]開關(guān)量輸入隔離驅(qū)動模塊，其與所述中央處理器雙向數(shù)據(jù)連接；
[0010]開關(guān)量輸出隔離驅(qū)動模塊，其與所述中央處理器雙向數(shù)據(jù)連接；
[0011]模擬量輸入隔離驅(qū)動模塊，其與所述中央處理器雙向數(shù)據(jù)連接；
[0012]模擬量輸出隔離驅(qū)動模塊，其與所述中央處理器雙向數(shù)據(jù)連接；
[0013]外設(shè)接口模塊，其與所述中央處理器雙向數(shù)據(jù)連接；
[0014]CAN總線地址ID接口，其與所述中央處理器雙向數(shù)據(jù)連接；
[0015]CAN總線地址ID模塊，其與所述CAN總線地址ID接口連接；
[0016]電源模塊，其為所述船用車令傳送及執(zhí)行裝置供電。
[0017]隨著船用系統(tǒng)功能多元化發(fā)展，船內(nèi)電控系統(tǒng)不斷增加，這些電控設(shè)備都需要通過CAN總線與中央集控室相連，實(shí)現(xiàn)整個船舶的數(shù)據(jù)監(jiān)控。因此船舶上CAN總線往往不只一條，既有高速CAN總線也有低速CAN總線。如果將所有信息傳輸都合并為一條CAN總線，那么會大幅度增加CAN總線的負(fù)荷量，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。因此需要一個“CAN總線路由器”使得不同的CAN總線網(wǎng)絡(luò)之間可以互相進(jìn)行通信，從而降低CAN總線的負(fù)荷，并且可以根據(jù)需要很容易地添加CAN總線，實(shí)現(xiàn)各個設(shè)備之間的通信和監(jiān)控。
[0018]本實(shí)用新型所述的船用車令傳送及執(zhí)行裝置即是具有上述“CAN總線路由器”性質(zhì)的設(shè)備。本實(shí)用新型所述的船用車令傳送及執(zhí)行裝置中，若干個CAN網(wǎng)絡(luò)接口模塊通過中央處理器相連，實(shí)現(xiàn)與之相連的若干條CAN總線之間的數(shù)據(jù)互通；此外，所述裝置還具有與中央處理器相連的外設(shè)接口模塊，實(shí)現(xiàn)對外設(shè)系統(tǒng)的各網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信，從而整合現(xiàn)有的所有系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)與主干網(wǎng)絡(luò)CAN總線的通訊，并且可實(shí)現(xiàn)船用車令的傳送功能。同時，所述裝置還具有與中央處理器相連的開關(guān)量輸入隔離驅(qū)動模塊、開關(guān)量輸出隔離驅(qū)動模塊、模擬量輸入隔離驅(qū)動模塊以及模擬量輸出隔離驅(qū)動模塊，使得所述裝置可接包括按鍵、指示燈、電磁閥以及傳感器等各類開關(guān)量和模擬量，從而具有船用車令的執(zhí)行功能。CAN總線地址ID模塊用于儲存所述若干個CAN網(wǎng)絡(luò)接口模塊對應(yīng)的地址，CAN總線地址ID接口用于讀取所述CAN總線地址ID模塊中的地址。
[0019]進(jìn)一步地，本實(shí)用新型所述的船用車令傳送及執(zhí)行裝置中，所述外設(shè)接口模塊包括RS485/RS422接口模塊、以太網(wǎng)接口模塊、Profibus接口模塊的至少其中之一，所述各外設(shè)接口模塊分別與對應(yīng)外設(shè)的RS485/RS422網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)以及Profibus總線連接。
[0020]進(jìn)一步地，本實(shí)用新型所述的船用車令傳送及執(zhí)行裝置中，所述各CAN網(wǎng)絡(luò)接口模塊、夕卜設(shè)接口模塊、開關(guān)量輸入隔尚驅(qū)動模塊、開關(guān)量輸出隔尚驅(qū)動模塊、模擬量輸入隔離驅(qū)動模塊和模擬量輸出隔離驅(qū)動模塊的至少其中之一通過相應(yīng)的I/o接口與中央處理器雙向數(shù)據(jù)連接。
[0021]I/O接口在中央處理器和各模塊之間的數(shù)據(jù)交換中起到橋梁的作用，對不同的模塊匹配設(shè)計(jì)不同的I/o接口電路。
[0022]進(jìn)一步地，本實(shí)用新型所述的船用車令傳送及執(zhí)行裝置中，所述中央處理器設(shè)于集成電路母板上，所述各CAN網(wǎng)絡(luò)接口模塊、外設(shè)接口模塊、開關(guān)量輸入隔離驅(qū)動模塊、開關(guān)量輸出隔離驅(qū)動模塊、模擬量輸入隔離驅(qū)動模塊和模擬量輸出隔離驅(qū)動模塊連接于集成電路母板上以與所述中央處理器雙向數(shù)據(jù)連接。
[0023]更進(jìn)一步地，上述船用車令傳送及執(zhí)行裝置中，所述CAN總線地址ID接口設(shè)于集成電路母板上，所述CAN總線地址ID模塊與CAN總線地址ID接口可插拔地連接。
[0024]上述方案中，CAN總線地址ID模塊采用可插拔設(shè)計(jì)，主要原因是現(xiàn)有的船用系統(tǒng)中CAN總線地址ID被集成在相應(yīng)的設(shè)備上，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障需要更換新設(shè)備時，需要知道老設(shè)備的地址，并且要相應(yīng)的設(shè)置對該地址，才能使設(shè)備在系統(tǒng)中正常工作。但是由于現(xiàn)場工作人員有時候工作疏忽或者是利用其他一樣的設(shè)備互換進(jìn)行查找問題時，容易將地址撥碼撥亂，從而使設(shè)備連接回去不工作或者工作不正常。因此將CAN總線地址ID集成在可插拔的CAN總線地址ID模塊中，當(dāng)更換集成電路母板或者使用其他一樣的設(shè)備互換查找問題時，只需要將該CAN總線地址ID模塊拔下即可，在更換后將該CAN總線地址ID模塊再次插上便可順利工作，不會產(chǎn)生地址碼撥亂的現(xiàn)象。
[0025]進(jìn)一步地，本實(shí)用新型所述的船用車令傳送及執(zhí)行裝置還包括若干智能供電電路，其均分別與電源模塊和中央處理器連接，各智能供電電路分別對應(yīng)各CAN網(wǎng)絡(luò)接口模塊、夕卜設(shè)接口模塊、開關(guān)量輸入隔尚驅(qū)動模塊、開關(guān)量輸出隔尚驅(qū)動模塊、模擬量輸入隔尚驅(qū)動模塊和模擬量輸出隔離驅(qū)動模塊設(shè)置，中央處理器檢測各CAN網(wǎng)絡(luò)接口模塊、外設(shè)接口模塊、開關(guān)量輸入隔尚驅(qū)動模塊、開關(guān)量輸出隔尚驅(qū)動模塊、模擬量輸入隔尚驅(qū)動模塊和模擬量輸出隔離驅(qū)動模塊的安裝信號，并根據(jù)接收到的安裝信號控制各智能供電電路向與其對應(yīng)設(shè)置的各CAN網(wǎng)絡(luò)接口模塊、夕卜設(shè)接口模塊、開關(guān)量輸入隔尚驅(qū)動模塊、開關(guān)量輸出隔離驅(qū)動模塊、模擬量輸入隔離驅(qū)動模塊和模擬量輸出隔離驅(qū)動模塊供電。
[0026]更進(jìn)一步地，上述船用車令傳送及執(zhí)行裝置還包括報警電路，其與所述各智能供電電路和中央控制器連接。
[0027]進(jìn)一步地，本實(shí)用新型所述的船用車令傳送及執(zhí)行裝置還包括程序升級接口，用戶通過該接口可以實(shí)現(xiàn)程序的在線升級。
[0028]更進(jìn)一步地，上述船用車令傳送及執(zhí)行裝置中，所述程序升級接口包括藍(lán)牙電路和CAN總線電路，從而方便用戶以不同的信號傳輸方式升級程序。
[0029]更進(jìn)一步地，上述船用車令傳送及執(zhí)行裝置中，所述藍(lán)牙電路包括:藍(lán)牙控制器、藍(lán)牙射頻模塊、射頻匹配電路、天線、存儲器和電源模塊，其中中央控制器與藍(lán)牙控制器連接，藍(lán)牙控制器與藍(lán)牙射頻模塊連接，藍(lán)牙射頻模塊與射頻匹配電路連接，射頻匹配電路與天線連接，電源模塊為所述程序升級接口供電，用于存儲藍(lán)牙程序的存儲器與中央控制器連接。
[0030]本實(shí)用新型的船用車令傳送及執(zhí)行裝置由于采用了以上技術(shù)方案，其能整合現(xiàn)有的所有系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)與主干網(wǎng)絡(luò)CAN總線的通訊，同時可用于船用車令的傳送及執(zhí)行，其所具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果為:
[0031]I)具有路由功能，可以實(shí)現(xiàn)不同CAN總線網(wǎng)絡(luò)之間的通信和信息數(shù)據(jù)交換，減輕了單一 CAN總線的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載壓力；
[0032]2)可兼容現(xiàn)有的船上其他網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(如CAN總線、RS485/RS422、以太網(wǎng)以及Profibus網(wǎng)絡(luò))，可將現(xiàn)有的所有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)整合到CAN總線網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)類型之間的數(shù)據(jù)交換和信息共享，解決以往不同網(wǎng)絡(luò)類型互相不兼容的問題；
[0033]3)將開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、模擬量輸入以及模擬量輸出通過CAN總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一管理和控制，避免了傳統(tǒng)上布線的繁瑣，以及調(diào)試和維護(hù)的不易性；同時，可以實(shí)現(xiàn)在駕駛室、集控室就可以對傳感器、電磁閥、電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)距槳、操作按鍵以及指示燈等遠(yuǎn)程安全控制；
[0034]4)傳統(tǒng)的車令系統(tǒng)，車令的傳送只是在駕駛室、集控室、機(jī)艙之間進(jìn)行；而本裝置可以實(shí)現(xiàn)車令在多個系統(tǒng)中傳送(如車鐘系統(tǒng)、主機(jī)遙控系統(tǒng)、監(jiān)控中心、機(jī)旁控制系統(tǒng)等)，并根據(jù)車令的解析去進(jìn)行相應(yīng)的控制執(zhí)行和狀態(tài)監(jiān)測，使得車令的傳送和執(zhí)行具有充分的自由度；
[0035]5)具有程序在線升級功能，可以根據(jù)用戶不同的需求實(shí)時在線對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行程序升級；
[0036]6)具有故障診斷功能，可以診斷現(xiàn)場總線的狀態(tài)，以及外設(shè)的相應(yīng)狀態(tài)，并通過CAN總線傳輸給監(jiān)控中心，以便于全面監(jiān)控外設(shè)的工作狀態(tài)；
[0037]7)可以完全兼容船舶以前的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，用戶系統(tǒng)升級時，無需將所有設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)都做更換，極大的提高了現(xiàn)有設(shè)備的利用率，為用戶節(jié)約了很大的成本。
[0038]8)可以將駕駛室的發(fā)令裝置、集控室的回令裝置以及機(jī)艙的執(zhí)行單元和復(fù)示單元連接起來，并采用模塊化設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)不同船型的靈活組配和低成本構(gòu)建；它不僅可以根據(jù)傳送的車令去執(zhí)行相應(yīng)的操作，還可以根據(jù)駕駛室或者集控室相應(yīng)的按鈕自動生成相應(yīng)的車令傳送給機(jī)艙進(jìn)行執(zhí)行；可以將不同的車令系統(tǒng)進(jìn)行整合和互聯(lián)；還可以采集和控制相應(yīng)設(shè)備的狀態(tài)(如柴油機(jī)、蒸汽輪機(jī)、齒輪箱和調(diào)距槳)，用于實(shí)現(xiàn)自動駕駛；同時還可以采集相應(yīng)傳感器的狀態(tài)，用以實(shí)現(xiàn)PID自動反饋控制；由于可以方便的采集和控制相關(guān)設(shè)備和傳感器，可以用于實(shí)時的監(jiān)測各個設(shè)備和傳感器的工作狀態(tài)，使得駕駛室和集控室可以進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控和管理，從而大幅降低了用戶的維護(hù)成本，為實(shí)現(xiàn)機(jī)艙自動化提供了強(qiáng)有力的保障，符合船舶自動化技術(shù)發(fā)展的趨勢。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]圖1為本實(shí)用新型所述的船用車令傳送及執(zhí)行裝置在一種實(shí)施方式下的結(jié)構(gòu)框圖。
[0040]圖2為本實(shí)用新型所述的船用車令傳送及執(zhí)行裝置在一種實(shí)施方式下的模擬量輸入隔離驅(qū)動模塊電路圖。
[0041]圖3為本實(shí)用新型所述的船用車令傳送及執(zhí)行裝置在一種實(shí)施方式下的模擬量輸入隔離驅(qū)動模塊的前端信號調(diào)理電路的電壓輸入等效電路圖。
[0042]圖4為本實(shí)用新型所述的船用車令傳送及執(zhí)行裝置在一種實(shí)施方式下的模擬量輸入隔離驅(qū)動模塊的前端信號調(diào)理電路的電流輸入等效電路圖。
[0043]圖5為本實(shí)用新型所述的船用車令傳送及執(zhí)行裝置在一種實(shí)施方式下的模擬量輸出隔離驅(qū)動模塊電路圖。
[0044]圖6為本實(shí)用新型所述的船用車令傳送及執(zhí)行裝置在一種實(shí)施方式下的CAN網(wǎng)絡(luò)接口模塊電路圖。
[0045]圖7為本實(shí)用新型所述的船用車令傳送及執(zhí)行裝置在一種實(shí)施方式下的應(yīng)用示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0046]下面將結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例來對本實(shí)用新型所述的船用車令傳送及執(zhí)行裝置做出進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但是該說明并不構(gòu)成對于本實(shí)用新型技術(shù)方案的不當(dāng)限定。
[0047]圖1示出了本實(shí)用新型所述的船用車令傳送及執(zhí)行裝置在一種實(shí)施方式下的結(jié)構(gòu)框圖。
[0048]如圖1所示，本實(shí)施例的船用車令傳送及執(zhí)行裝置包括集成電路母板、CAN網(wǎng)絡(luò)接口模塊、RS485/RS422接口模塊、以太網(wǎng)接口模塊、Profibus接口模塊、開關(guān)量輸入隔離驅(qū)動模塊、開關(guān)量輸出隔尚驅(qū)動模塊、模擬量輸入隔尚驅(qū)動模塊、模擬量輸出隔尚驅(qū)動模塊、電源模塊、中央處理器、程序升級接口、各模塊智能供電電路(圖中未示出)、報警電路、各模塊與中央處理器通信的I/o接口以及CAN總線地址ID接口和CAN總線地址ID模塊。其連接關(guān)系如圖1所示，其中電源模塊給集成電路母板、各模塊智能供電電路、中央處理器、程序升級接口、報警電路、CAN總線地址ID接口和CAN總線地址ID模塊供電；各模塊智能供電電路給CAN網(wǎng)絡(luò)接口模塊、RS485/RS422接口模塊、以太網(wǎng)接口模塊、Profibus接口模塊、開關(guān)量輸入隔尚驅(qū)動模塊、開關(guān)量輸出隔尚驅(qū)動模塊、模擬量輸入隔尚驅(qū)動模塊、模擬量輸出隔離驅(qū)動模塊進(jìn)行供電。CAN網(wǎng)絡(luò)接口模塊、RS485/RS422接口模塊、以太網(wǎng)接口模塊、Profibus接口模塊、開關(guān)量輸入隔尚驅(qū)動模塊、開關(guān)量輸出隔尚驅(qū)動模塊、模擬量輸入隔尚驅(qū)動模塊、模擬量輸出隔離驅(qū)動模塊通過I/O接口與中央處理器連接；中央處理器與程序升級接口通過RS232接口和I/O接口進(jìn)行連接；中央處理器通過CAN總線地址ID接口，然后通過DB9插座與CAN總線地址ID模塊進(jìn)行連接；CAN總線地址ID模塊封裝在OMRON的DB9鋁制殼體中，并通過DB9公頭對外進(jìn)行連接。
[0049]本實(shí)施例的船用車令傳送及執(zhí)行裝置中，CAN網(wǎng)絡(luò)接口模塊可用于連接車鐘系統(tǒng)、柴油機(jī)網(wǎng)絡(luò)、損管系統(tǒng)、主機(jī)遙控系統(tǒng)、火警系統(tǒng)以及監(jiān)控中心等系統(tǒng)的CAN網(wǎng)絡(luò)；RS485/RS422接口模塊、以太網(wǎng)接口模塊、Profibus接口模塊可分別用于與外設(shè)的RS485/RS422網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)以及Profibus總線連接；開關(guān)量輸入隔離驅(qū)動模塊可用于與開關(guān)量傳感器、電磁閥開閉狀態(tài)反饋輸出、集控室/駕駛室/機(jī)艙的操作面板的操作按鈕等相連接；開關(guān)量輸出隔離驅(qū)動模塊可用于與集控室/駕駛室/機(jī)艙的操作面板的指示燈和報警裝置、電磁閥以及功率繼電器相連接；模擬量輸入隔離驅(qū)動模塊可用于與壓力/溫度/液位/流量傳感器、電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)距槳的轉(zhuǎn)速以及齒輪箱的反饋端相連接；模擬量輸出隔離驅(qū)動模塊可用于與電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)距槳、齒輪箱相連接。
[0050]本實(shí)施例的船用車令傳送及執(zhí)行裝置的主要功能是:1.實(shí)現(xiàn)不同CAN總線子網(wǎng)(如車鐘系統(tǒng)、柴油機(jī)網(wǎng)絡(luò)、損管系統(tǒng)、主機(jī)遙控系統(tǒng)、火警系統(tǒng)和監(jiān)控中心)之間的數(shù)據(jù)交換和信息共享，在中央處理器的控制下，不同子網(wǎng)絡(luò)之間交互的數(shù)據(jù)通過與中央處理器相連的各相應(yīng)CAN網(wǎng)絡(luò)接口模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，可以大幅減輕單一 CAN網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載壓力；2.兼容現(xiàn)有的RS485/RS422總線、以太網(wǎng)以及Profibus網(wǎng)絡(luò)的外設(shè)，通過中央處理器將現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)外設(shè)的數(shù)據(jù)采集之后轉(zhuǎn)換為CAN總線數(shù)據(jù)傳輸給集控室、駕駛室；同時，通過中央處理器將集控室、駕駛室通過CAN總線傳輸過來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換之后傳輸給現(xiàn)有RS485/RS422總線、以太網(wǎng)和Profibus網(wǎng)絡(luò)的外設(shè)；3.通過中央處理器將通過CAN總線傳輸過來的車令和其他數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為開關(guān)量輸出和模擬量輸出用以控制相應(yīng)的外設(shè)；4.通過開關(guān)量輸入和模擬量輸入接收外設(shè)輸入的開關(guān)信號和模擬信號，通過中央處理器將該信號轉(zhuǎn)換為CAN總線信號，通過CAN總線發(fā)送給相應(yīng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)；5.通過程序升級接口可以接收來自手持器、主機(jī)的程序升級信息，可以實(shí)現(xiàn)程序的在線升級以及升級后在線軟啟動。
[0051]圖2示出了本實(shí)施例的模擬量輸入隔離驅(qū)動模塊電路；圖3示出了本實(shí)施例的模擬量輸入隔離驅(qū)動模塊的前端信號調(diào)理電路的電壓輸入等效電路；圖4示出了本實(shí)施例的模擬量輸入隔離驅(qū)動模塊的前端信號調(diào)理電路的電流輸入等效電路。
[0052]如圖2所示，模擬量輸入電路既可以輸入電壓信號也可以輸入電流信號。當(dāng)輸入電壓信號時，輸入電壓連接C8和C7，不連接B8，那么前端信號調(diào)理電路100將等效成圖3中的電路，輸入電壓信號連接C8和C7 ;當(dāng)輸入電流信號時，輸入電流連接C8、B8和C7，同時將C8和B8短接，那么前端信號調(diào)理電路100將等效成圖4中的電路，輸入電流信號連接C8、B8和C7(其中C8和B8要求短接)，輸入電流經(jīng)過電阻R454將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。上述兩種輸入情況的電壓信號輸出均經(jīng)過電阻R240和電阻R248后連接差分模擬開關(guān)D63 (型號:MPC509AU)的差分輸入端+INl和-1Nl ；電容C252和C253起濾波作用，電容C98起信號耦合和阻抗匹配作用；差分模擬開關(guān)D63的輸出OUT+和OUT-連接精密儀表運(yùn)算放大器D40 (型號:AD620)的輸入端IN+和IN-，精密儀表運(yùn)算放大器D40的輸出電壓信號OUTPUT連接到16位串行A/D轉(zhuǎn)換器Dl (型號:ADS7807U)的輸入端RlIN上，16位串行A/D轉(zhuǎn)換器Dl將模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過接口 SCLK、SDATA、R/C和BUSY以及光耦隔離器件D16、D98和D8以及I/O接口傳輸給中央處理器。其中差分模擬開關(guān)D63為四路差分輸入，一路差分輸出，差分模擬開關(guān)D63中的控制信號AO和Al用于控制哪一路差分輸入與差分輸出相連接，控制信號AO和Al經(jīng)過光耦隔離器件D17以及I/O接口與中央處理器連接；差分模擬開關(guān)D63中的控制信號EN用于控制差分輸出端口是否有電壓輸出，當(dāng)EN為低電平時，差分輸出端口與輸入斷開無任何電壓輸出；EN通過光耦隔離器件D16以及I/O接口與中央處理器連接。精密儀表運(yùn)算放大器D40的RG為增益控制，電阻R278為增益反饋電阻；當(dāng)A30和A28短路時，D40提供10倍放大(用于轉(zhuǎn)換小信號輸入:_1V?+IV);當(dāng)A30和A28斷開時，D40提供I倍放大(用于轉(zhuǎn)換正常信號:_10V?+10V)。16位串行A/D轉(zhuǎn)換器Dl，將提供-1OV?+1V的模擬電壓輸入，其中RVl用于調(diào)整斜率，RV2用于調(diào)整偏置，RVl和RV2主要用于硬件斜率和偏置校準(zhǔn)。
[0053]圖5示出了本實(shí)施例的模擬量輸出隔離驅(qū)動模塊電路。
[0054]如圖5 所示，DI 為 12 位串行 D/A 轉(zhuǎn)換器 DAC7714UB，其中 RESET、CLK、SD1、L0ADDACS為輸入信號，其通過施密特觸發(fā)器、光耦隔離器件以及I/o接口連接中央處理器；12位串行D/A轉(zhuǎn)換器Dl將輸入的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為四路輸出模擬信號，四路輸出模擬電壓都可以單獨(dú)控制；施密特觸發(fā)器D12A、D12B、D12C以及D12D的作用就是增加驅(qū)動能力以及消除毛刺；12位串行D/A轉(zhuǎn)換器Dl的輸出電壓VOUTA和VOUTB經(jīng)過由電阻R18、R19、R20、R21和運(yùn)算放大器D17A以及電阻R22、R23、R24、R25和運(yùn)算放大器D17B組成的電壓跟隨器后，由X3_5和X3_13輸出電壓OV?1V ；電壓跟隨器目的是用于電路阻抗匹配。12位串行D/A轉(zhuǎn)換器Dl的輸出電壓VOUTC和VOUTD經(jīng)過精密電壓電流轉(zhuǎn)換器D15和D16 (型號:XTR110KU)、MOSFET開關(guān)管VT3和VT4以及整流二極管VD3和VD4后，在X4_3和X4_ll處輸出4?20mA電流；其中電位器RV7和RV9用于調(diào)整輸出電流的零位；電位器RV8和RVlO用于調(diào)整輸出電流滿量程。
[0055]CAN網(wǎng)絡(luò)接口模塊，用于通過I/O接口連接中央處理器和CAN總線網(wǎng)絡(luò)，用于處理CAN總線數(shù)據(jù)收發(fā)。每一個CAN網(wǎng)絡(luò)接口模塊均包括一個CAN總線缺省收發(fā)器和一個CAN總線冗余收發(fā)器。CAN總線缺省收發(fā)器和CAN總線冗余收發(fā)器均包括:CAN總線控制器、光電耦合器以及物理驅(qū)動器。其中，中央處理器連接CAN總線控制器，CAN總線控制器連接光電耦合器，光電耦合器連接于物理驅(qū)動器，物理驅(qū)動器用于連接CAN總線網(wǎng)絡(luò)。
[0056]圖6示出了一種實(shí)施方式下的CAN網(wǎng)絡(luò)接口模塊中的CAN總線缺省收發(fā)器或CAN總線冗余收發(fā)器的電路。如圖6所示，CAN網(wǎng)絡(luò)接口模塊電路包括CAN總線控制器D2(型號:SJA1000T)，雙向數(shù)字隔離器D5(型號:IL712)，物理驅(qū)動器D6(型號:PCA82C250)，電阻R2、R3 以及1?6，電容03、04、08、09、(:12、(:15 以及晶振 Y2(型號:16MHZ20ppm)，連接關(guān)系如圖6所示。該電路為本領(lǐng)域內(nèi)常用的CAN總線電路，故其工作原理在此不再詳細(xì)描述。
[0057]下面進(jìn)一步介紹下其它模塊:
[0058]RS485/RS422接口模塊，用于通過I/O接口連接中央處理器和RS485/RS422網(wǎng)路，兼容現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的RS485/RS422通信。RS485/RS422網(wǎng)絡(luò)包括一路缺省通信和一路冗余通信。RS485/RS422接口模塊包括光電耦合器以及物理驅(qū)動收發(fā)器。其中，中央處理器連接光電耦合器，然后連接于物理驅(qū)動收發(fā)器，物理驅(qū)動收發(fā)器連接于RS485/RS422網(wǎng)絡(luò)。
[0059]以太網(wǎng)接口模塊，用于通過I/O接口連接中央處理器和以太網(wǎng)，兼容現(xiàn)有的以太網(wǎng)通信。以太網(wǎng)通信包括一路缺省通信和一路冗余通信。以太網(wǎng)接口模塊包括單片機(jī)、以太網(wǎng)控制器，以太網(wǎng)物理驅(qū)動器、E2PR0M和隔離變壓器。其中，中央處理器通過雙口 SRAM連接至單片機(jī)，單片機(jī)連接以太網(wǎng)控制器和E2PR0M，以太網(wǎng)控制器連接物理驅(qū)動器，物理驅(qū)動器連接隔離變壓器，然后連接至以太網(wǎng)。
[0060]Profibus接口模塊，用于通過I/O接口連接到中央處理器和Profibus網(wǎng)絡(luò)，兼容現(xiàn)有的Profibus設(shè)備。Profibus接口模塊包括Profibus控制器、總線驅(qū)動以及光電隔離電路。其中，中央處理器連接Profibus控制器，然后連接光電隔離電路，再連接總線驅(qū)動電路。
[0061]程序升級接口，用于中央處理器程序升級。其包括藍(lán)牙電路和CAN總線電路。藍(lán)牙電路包括藍(lán)牙控制器、藍(lán)牙射頻模塊、藍(lán)牙射頻匹配電路、陶瓷天線、Flash存儲器和電源模塊；中央處理器通過RS232接口與藍(lán)牙控制器進(jìn)行連接，藍(lán)牙控制器連接于藍(lán)牙射頻模塊，之后連接到藍(lán)牙射頻匹配電路，然后連接到陶瓷天線，F(xiàn)lash中主要存儲藍(lán)牙程序，電源模塊給整個藍(lán)牙電路進(jìn)行供電；外部手持設(shè)備通過藍(lán)牙對中央處理器的程序進(jìn)行升級和診斷。CAN總線網(wǎng)絡(luò)連接方式上面已經(jīng)介紹過，不再贅述。
[0062]開關(guān)量輸入隔離驅(qū)動模塊和開關(guān)量輸出隔離驅(qū)動模塊通過I/O接口與中央處理器連接，包括驅(qū)動電路和光耦隔離電路。中央處理器連接光耦隔離電路，然后連接驅(qū)動電路。
[0063]模擬量輸入隔離驅(qū)動模塊和模擬量輸出隔離驅(qū)動模塊通過I/O接口與中央處理器連接，包括光耦隔離電路，轉(zhuǎn)換電路，信號調(diào)理電路。對于模擬量輸入來說，中央處理器連接光耦隔離電路，然后連接A/D轉(zhuǎn)換器，然后連接信號調(diào)理電路，再接匹配阻容網(wǎng)絡(luò)后，連接到外設(shè)的模擬輸出。對于模擬量輸出來說，中央處理器連接到光耦隔離電路，然后連接到D/A轉(zhuǎn)換器，之后再連接信號調(diào)理電路，然后接到外設(shè)的模擬輸入。
[0064]CAN總線地址ID接口，用于方便地讀取CAN總線地址ID模塊中的地址，主要包括光電隔離電路。
[0065]CAN總線地址ID模塊，利用DB9的外殼和接口被設(shè)計(jì)成一個獨(dú)立的鑰匙。由于該CAN總線地址ID模塊在實(shí)際使用中幾乎不會發(fā)生故障，在更換集成電路母板或者使用其他一樣的設(shè)備互換查找問題時，只需要將該地址ID模塊拔下即可。在更換后將該CAN總線地址ID模塊再次插上便可順利工作，不會導(dǎo)致地址碼撥亂的現(xiàn)象發(fā)生。
[0066]電源模塊，將輸入27V電壓經(jīng)過過流過壓保護(hù)，然后接隔離DC/DC，最終輸出+24V、+5V、+3.3V以及±12V電壓供整個裝置使用。
[0067]各模塊智能供電電路，將電源模塊輸出電壓連接到MOSFET開關(guān)管的S極，中央處理器通過光耦控制MOSFET開關(guān)管的G極，從而實(shí)現(xiàn)MOSFET開關(guān)管的導(dǎo)通，使得輸出電壓通過MOSFET開關(guān)管供電給各模塊。當(dāng)中央處理器通過I/O接口檢測到模塊已經(jīng)可靠安裝后，便使得MOSFET開關(guān)管導(dǎo)通，供電給各模塊，使各模塊正常工作。同時智能供電電路同時帶有報警指示，以檢測電壓是否正常供給各模塊。
[0068]報警電路，主要是監(jiān)測輸出電壓是否過壓和過流，如果發(fā)生過壓和過流，則報警，并且切斷輸出。
[0069]圖7為本實(shí)施例的應(yīng)用示意圖。
[0070]如圖7所示，在該應(yīng)用中，本實(shí)施例的船用車令傳送及執(zhí)行裝置有三個，分別設(shè)置在駕駛室、集控室和機(jī)艙。該裝置在駕駛室中通過CAN總線與車鐘系統(tǒng)連接；在集控室中通過CAN總線與主機(jī)遙控系統(tǒng)、監(jiān)控信息系統(tǒng)、車鐘系統(tǒng)連接；在機(jī)艙中通過CAN總線與外設(shè)、損管系統(tǒng)、柴油機(jī)網(wǎng)絡(luò)、車鐘系統(tǒng)連接。駕駛室、集控室和機(jī)艙通過兩路冗余CAN總線(CAN1和CAN2)進(jìn)行連接和傳輸數(shù)據(jù)。該裝置通過“CAN總線路由”功能將各個系統(tǒng)連接在一起進(jìn)行數(shù)據(jù)交換及數(shù)據(jù)共享，同時將駕駛室車鐘系統(tǒng)和集控室車鐘系統(tǒng)發(fā)送的各種車令通過機(jī)艙的船用車令傳送及執(zhí)行裝置轉(zhuǎn)發(fā)給機(jī)艙車鐘系統(tǒng)，同時根據(jù)相應(yīng)的車令去控制開關(guān)量輸入/輸出、模擬量輸入/輸出去完成相應(yīng)的操作。機(jī)艙的船用車令傳送及執(zhí)行裝置還可以將CAN總線數(shù)據(jù)通過RS485/R422接口模塊、以太網(wǎng)接口模塊以及Profibus接口模塊與相應(yīng)的接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從而控制相應(yīng)的外設(shè)。
[0071]具體來說，本實(shí)施例的船用車令傳送及執(zhí)行裝置中，中央處理器通過CAN總線可以接收來自車鐘系統(tǒng)、柴油機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、損管系統(tǒng)和其他信息系統(tǒng)(例如監(jiān)控信息系統(tǒng))的信息，對這些信息進(jìn)行解析和執(zhí)行。如果該信息是其他網(wǎng)絡(luò)的信息而不是船用車令傳送及執(zhí)行裝置的信息，那么該裝置將進(jìn)行路由功能，實(shí)現(xiàn)將信息傳送給相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)；如果信息是船用車令傳送及執(zhí)行裝置本身的信息，那么船用車令傳送及執(zhí)行裝置會解析并執(zhí)行相應(yīng)的操作。例如:1.通過開關(guān)量輸入隔離驅(qū)動模塊將外設(shè)開關(guān)量信息(例如開關(guān)量傳感器的開關(guān)狀態(tài)，電磁閥開閉狀態(tài)，集控室、駕駛室以及機(jī)艙的面板操作按鍵狀態(tài))采集回來，并通過CAN總線傳送給監(jiān)控信息系統(tǒng)，開關(guān)量輸出隔離驅(qū)動模塊、模擬量輸出隔離驅(qū)動模塊去執(zhí)行相應(yīng)的控制、信息交換以及在監(jiān)控信息系統(tǒng)實(shí)時顯示各種狀態(tài)；2.通過模擬量輸入隔離驅(qū)動模塊將外設(shè)模擬量信息(例如壓力、溫度、流量、液位傳感器以及電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、齒輪箱、調(diào)距槳的輸出模擬信號)采集回來，并通過CAN總線傳送給監(jiān)控信息系統(tǒng)，開關(guān)量輸出隔離驅(qū)動模塊、模擬量輸出隔離驅(qū)動模塊去執(zhí)行相應(yīng)的控制、信息交換以及在監(jiān)控信息系統(tǒng)實(shí)時顯示各種狀態(tài)；3.通過CAN總線接收來自監(jiān)控信息系統(tǒng)、車鐘系統(tǒng)、柴油機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及損管系統(tǒng)的控制信息，將控制信息傳送給開關(guān)量輸出隔離驅(qū)動模塊去控制集控室、駕駛室、機(jī)艙的面板指示燈，電磁閥的開閉以及功率繼電器的開合；同時將信息傳送給模擬量輸出隔離驅(qū)動模塊用于控制電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、齒輪箱、調(diào)距槳等控制類的外設(shè)。
[0072]本實(shí)施例的船用車令傳送及執(zhí)行裝置實(shí)現(xiàn)了:
[0073]1.接收駕駛室主車鐘和應(yīng)急車鐘的車令，并分析和解析車令，根據(jù)車令去完成相應(yīng)的控制；實(shí)現(xiàn)車令的傳送和轉(zhuǎn)發(fā)，將車令可以轉(zhuǎn)發(fā)給不同的設(shè)備，用于不同設(shè)備的控制；當(dāng)主車鐘和應(yīng)急車鐘發(fā)生故障時，還可以將駕駛室、集控室以及機(jī)艙面板上相應(yīng)的按鍵，通過分析處理轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的車令，去驅(qū)動其他的外圍設(shè)備進(jìn)行工作；
[0074]2.開關(guān)量/模擬量信號采集，通過CAN總線發(fā)送給相應(yīng)的設(shè)備，避免了大量I/O布線；由于裝置可以就近安裝在采集設(shè)備和控制設(shè)備的旁邊，同樣減少了線路傳輸?shù)乃p以及干擾；
[0075]3.具有很多開放的結(jié)構(gòu)，如以太網(wǎng)、RS485/RS422，Profibus等網(wǎng)絡(luò)接口，可以兼容目前系統(tǒng)的信息傳輸以及控制，而不需要用戶重新更換大量的設(shè)備，為用戶節(jié)約了成本和開支；
[0076]4.具有路由功能，可以將目前船上的各個CAN總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行整合，減輕了 CAN總線的負(fù)載壓力，同時很容易的增加CAN總線節(jié)點(diǎn)數(shù)目，可以方面的接入不同的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換；
[0077]5.由于所有的外設(shè)接口都采用模塊化(開關(guān)量輸入/輸出，模擬量輸入/輸出，通訊模塊選擇，路由功能選擇)的設(shè)計(jì)，所以用戶可以根據(jù)不同的功能選用不同配置；同時，用戶系統(tǒng)需要升級時，無須更換整個設(shè)備，只需要更換相應(yīng)模塊即可以完成設(shè)備升級，為用戶節(jié)省了開支；同時也帶來了維護(hù)的方便性，發(fā)生故障時只需要更換故障模塊即可；
[0078]6.遠(yuǎn)程升級功能，通過CAN總線可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)程序的遠(yuǎn)程升級，不需要將設(shè)備拆下來后，寄給廠家才可以升級；當(dāng)用戶改變需求時，自己通過CAN總線就可以將所有的船用車令傳送裝置進(jìn)行在線升級，而不必將設(shè)備拆下。
[0079]需要注意的是，以上列舉的僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，顯然本實(shí)用新型不限于以上實(shí)施例，隨之有著許多的類似變化。本領(lǐng)域的技術(shù)人員如果從本實(shí)用新型公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種船用車令傳送及執(zhí)行裝置，其特征在于，包括: 中央處理器； 若干個CAN網(wǎng)絡(luò)接口模塊，其分別與所述中央處理器雙向數(shù)據(jù)連接； 開關(guān)量輸入隔離驅(qū)動模塊，其與所述中央處理器雙向數(shù)據(jù)連接； 開關(guān)量輸出隔離驅(qū)動模塊，其與所述中央處理器雙向數(shù)據(jù)連接； 模擬量輸入隔離驅(qū)動模塊，其與所述中央處理器雙向數(shù)據(jù)連接； 模擬量輸出隔離驅(qū)動模塊，其與所述中央處理器雙向數(shù)據(jù)連接； 外設(shè)接口模塊，其與所述中央處理器雙向數(shù)據(jù)連接； CAN總線地址ID接口，其與所述中央處理器雙向數(shù)據(jù)連接； CAN總線地址ID模塊，其與所述CAN總線地址ID接口連接； 電源模塊，其為所述船用車令傳送及執(zhí)行裝置供電。
2.如權(quán)利要求1所述的船用車令傳送及執(zhí)行裝置，其特征在于:所述外設(shè)接口模塊包括RS485/RS422接口模塊、以太網(wǎng)接口模塊、Profibus接口模塊的至少其中之一。
3.如權(quán)利要求1所述的船用車令傳送及執(zhí)行裝置，其特征在于，所述各CAN網(wǎng)絡(luò)接口模塊、夕卜設(shè)接口模塊、開關(guān)量輸入隔尚驅(qū)動模塊、開關(guān)量輸出隔尚驅(qū)動模塊、模擬量輸入隔尚驅(qū)動模塊和模擬量輸出隔離驅(qū)動模塊的至少其中之一通過相應(yīng)的I/o接口與中央處理器雙向數(shù)據(jù)連接。
4.如權(quán)利要求1所述的船用車令傳送及執(zhí)行裝置，其特征在于:所述中央處理器設(shè)于集成電路母板上，所述各CAN網(wǎng)絡(luò)接口模塊、外設(shè)接口模塊、開關(guān)量輸入隔離驅(qū)動模塊、開關(guān)量輸出隔離驅(qū)動模塊、模擬量輸入隔離驅(qū)動模塊和模擬量輸出隔離驅(qū)動模塊連接于集成電路母板上以與所述中央處理器雙向數(shù)據(jù)連接。
5.如權(quán)利要求4所述的船用車令傳送及執(zhí)行裝置，其特征在于:所述CAN總線地址ID接口設(shè)于集成電路母板上，所述CAN總線地址ID模塊與CAN總線地址ID接口可插拔地連接。
6.如權(quán)利要求1所述的船用車令傳送及執(zhí)行裝置，其特征在于，還包括若干智能供電電路，其均分別與電源模塊和中央處理器連接，各智能供電電路分別對應(yīng)各CAN網(wǎng)絡(luò)接口模塊、夕卜設(shè)接口模塊、開關(guān)量輸入隔尚驅(qū)動模塊、開關(guān)量輸出隔尚驅(qū)動模塊、模擬量輸入隔離驅(qū)動模塊和模擬量輸出隔離驅(qū)動模塊設(shè)置，中央處理器檢測各CAN網(wǎng)絡(luò)接口模塊、外設(shè)接口模塊、開關(guān)量輸入隔尚驅(qū)動模塊、開關(guān)量輸出隔尚驅(qū)動模塊、模擬量輸入隔尚驅(qū)動模塊和模擬量輸出隔離驅(qū)動模塊的安裝信號，并根據(jù)接收到的安裝信號控制各智能供電電路向與其對應(yīng)設(shè)置的各CAN網(wǎng)絡(luò)接口模塊、夕卜設(shè)接口模塊、開關(guān)量輸入隔尚驅(qū)動模塊、開關(guān)量輸出隔離驅(qū)動模塊、模擬量輸入隔離驅(qū)動模塊和模擬量輸出隔離驅(qū)動模塊供電。
7.如權(quán)利要求6所述的船用車令傳送及執(zhí)行裝置，其特征在于，還包括報警電路，其與所述各智能供電電路和中央控制器連接。
8.如權(quán)利要求1所述的船用車令傳送及執(zhí)行裝置，其特征在于，還包括程序升級接口。
9.如權(quán)利要求8所述的船用車令傳送及執(zhí)行裝置，其特征在于，所述程序升級接口包括藍(lán)牙電路和CAN總線電路。
10.如權(quán)利要求9所述的船用車令傳送及執(zhí)行裝置，其特征在于:所述藍(lán)牙電路包括:藍(lán)牙控制器、藍(lán)牙射頻模塊、射頻匹配電路、天線、存儲器和電源模塊，其中中央控制器與藍(lán)牙控制器連接，藍(lán)牙控制器與藍(lán)牙射頻模塊連接，藍(lán)牙射頻模塊與射頻匹配電路連接，射頻匹配電路與天線連接，電源模塊為所述程序升級接口供電，用于存儲藍(lán)牙程序的存儲器與中央控制器連接。
【文檔編號】G05B19/418GK203930476SQ201420266090
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】李軍, 黃國安, 史軍川, 阮書標(biāo) 申請人:上海磊華船舶工程有限公司