本發(fā)明涉及純電動(dòng)船技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于千噸級(jí)以上純電動(dòng)船舶的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電動(dòng)船是用電力推進(jìn)的船舶，電力來(lái)自蓄電池或船用發(fā)電機(jī)。根據(jù)船舶電力推進(jìn)方式，可分為直流推進(jìn)和交流推進(jìn)兩大類(lèi)。在新能源千噸級(jí)以上船舶的設(shè)計(jì)過(guò)程中，其電氣自動(dòng)化程度很高，由于大量采用了高科技的電子技術(shù)，所有的控制功能模塊都采用集成化的微電子技術(shù)，為了完成船舶的特定功能，因此亟需一種新的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于千噸級(jí)以上純電動(dòng)船舶的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能夠保證系統(tǒng)的連續(xù)工作。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：提供一種用于千噸級(jí)以上純電動(dòng)船舶的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括數(shù)字控制器、雙CAN總線(xiàn)處理器和總線(xiàn)處理器；所述數(shù)字控制器采用DSP數(shù)字控制器和FPGA邏輯控制器構(gòu)成，并形成裝置的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線(xiàn)和控制總線(xiàn)；所述數(shù)字控制器通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)和控制總線(xiàn)分別與雙CAN總線(xiàn)處理器和總線(xiàn)處理器相連；所述雙CAN總線(xiàn)處理器與CAN總線(xiàn)的外部硬件接口相連，所述CAN總線(xiàn)的外部硬件接口分別與電纜通訊鏈接的CAN網(wǎng)絡(luò)和光纖通訊鏈接的CAN網(wǎng)絡(luò)相連；所述雙CAN總線(xiàn)處理器將電纜通訊鏈接與光纖通訊鏈接進(jìn)行自動(dòng)冗余組合，當(dāng)檢測(cè)到兩個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)中有一路輸出時(shí)，光纖通訊鏈接與電纜通訊鏈接將同時(shí)工作，并自動(dòng)選擇光纖信號(hào)或電纜信號(hào)，當(dāng)光纖通訊鏈接或電纜通訊鏈接由于外部原因出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)將出現(xiàn)故障的一路通訊鏈接轉(zhuǎn)化成未出現(xiàn)故障的一路通訊鏈接；所述總線(xiàn)處理器用于完成數(shù)據(jù)的傳遞。

所述數(shù)字控制器還與天線(xiàn)裝置相連，所述天線(xiàn)裝置包括GPS天線(xiàn)和GPRS天線(xiàn)，所述GPS天線(xiàn)用于為船舶航行中的實(shí)時(shí)航速測(cè)試以及位置判定，所述GPRS天線(xiàn)用于提供無(wú)線(xiàn)Internet數(shù)據(jù)的傳輸通道。

所述數(shù)字控制器還與顯示屏相連，所述顯示屏用于實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行顯示。

所述數(shù)字控制器還與操控器相連。

所述總線(xiàn)處理器包括DI總線(xiàn)處理芯片、AI總線(xiàn)處理芯片、DO總線(xiàn)處理芯片、AO總線(xiàn)處理芯片和Data數(shù)據(jù)總線(xiàn)處理芯片；所述DI總線(xiàn)處理芯片與DI外部處置器相連，所述DI外部處置器用于對(duì)船舶的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)進(jìn)行過(guò)濾；所述AI總線(xiàn)處理芯片與AI外部處置器相連，所述AI外部處置器用于對(duì)船舶的模擬量輸入信號(hào)進(jìn)行過(guò)濾；所述DO總線(xiàn)處理芯片與DO外部處置器相連，所述DO外部處置器用于對(duì)船舶信息的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行隔離；所述AI總線(xiàn)處理芯片與AI外部處置器相連，所述AI外部處置器用于對(duì)船舶信息的模擬信號(hào)進(jìn)行隔離；所述Data數(shù)據(jù)總線(xiàn)處理芯片與Data外部適配器相連，所述Data外部適配器用于完成不同協(xié)議和不同類(lèi)型端口的適配。

所述CAN總線(xiàn)的外部硬件接口用于連接兩路電纜通訊鏈接和兩路光纖通訊鏈接，并采用四選一的策略進(jìn)行處置。

所述數(shù)字控制器設(shè)有自動(dòng)復(fù)位電路和看門(mén)夠電路。

有益效果

由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：本發(fā)明在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)被激活后，電纜通訊鏈接的CAN網(wǎng)絡(luò)與光纖通訊鏈接的CAN網(wǎng)絡(luò)同時(shí)運(yùn)行，在FPGA的底層由硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)和糾錯(cuò)。當(dāng)任何線(xiàn)路失效，或發(fā)生外部連線(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)具有自動(dòng)判別能力，以保證系統(tǒng)的連續(xù)工作，而不至于系統(tǒng)癱瘓船舶停止航行。本發(fā)明采用了雙介質(zhì)的通訊方式，使船舶的通訊和抗干擾能力得到了有效的提升。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的原理方框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。

本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種用于千噸級(jí)以上純電動(dòng)船舶的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，如圖1所示，包括數(shù)字控制器、雙CAN總線(xiàn)處理器和總線(xiàn)處理器；所述數(shù)字控制器采用DSP數(shù)字控制器和FPGA邏輯控制器構(gòu)成，并形成裝置的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線(xiàn)和控制總線(xiàn)；所述數(shù)字控制器通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)和控制總線(xiàn)分別與雙CAN總線(xiàn)處理器和總線(xiàn)處理器相連；所述雙CAN總線(xiàn)處理器與CAN總線(xiàn)的外部硬件接口相連，所述CAN總線(xiàn)的外部硬件接口分別與電纜通訊鏈接的CAN網(wǎng)絡(luò)和光纖通訊鏈接的CAN網(wǎng)絡(luò)相連；所述雙CAN總線(xiàn)處理器將電纜通訊鏈接與光纖通訊鏈接進(jìn)行自動(dòng)冗余組合，當(dāng)檢測(cè)到兩個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)中有一路輸出時(shí)，光纖通訊鏈接與電纜通訊鏈接將同時(shí)工作，并自動(dòng)選擇光纖信號(hào)或電纜信號(hào)，當(dāng)光纖通訊鏈接或電纜通訊鏈接由于外部原因出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)將出現(xiàn)故障的一路通訊鏈接轉(zhuǎn)化成未出現(xiàn)故障的一路通訊鏈接；所述總線(xiàn)處理器用于完成數(shù)據(jù)的傳遞。

本實(shí)施方式中的數(shù)字控制器是采用DSP芯片和FPGA邏輯控制芯片構(gòu)成核心的控制部件，并形成裝置的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線(xiàn)和控制總線(xiàn)。該數(shù)字控制器將完成所有的算法集成、邏輯控制器的算法引導(dǎo)，以及邏輯控制過(guò)程中的安全保護(hù)等。在本發(fā)明中，除了FPGA的控制器內(nèi)部管理以外，在DSP的內(nèi)部嵌入軟件中也進(jìn)行了前級(jí)的軟件糾錯(cuò)、冗余校驗(yàn)。數(shù)據(jù)總線(xiàn)和控制總線(xiàn)在相互協(xié)調(diào)的控制下，完成與各個(gè)相關(guān)鏈接模塊的數(shù)據(jù)傳遞，整個(gè)協(xié)調(diào)控制指令由DSP芯片產(chǎn)生。

DSP芯片采用了高速的寬數(shù)據(jù)通道的芯片構(gòu)成，核心的邏輯處理器采用了FPGA芯片，該兩個(gè)芯片構(gòu)成了核心控制器的內(nèi)部程序、算法的基礎(chǔ)部分，并由此生成了兩個(gè)通道，分別為數(shù)據(jù)總線(xiàn)通道和控制總線(xiàn)通道，所有的芯片工作都基于此通道進(jìn)行高速數(shù)據(jù)交互。數(shù)字控制器還加入了具有高可靠性的自動(dòng)復(fù)位電路和看門(mén)夠電路，以保證系統(tǒng)總體的可靠性。

所述數(shù)字控制器還與天線(xiàn)裝置相連，所述天線(xiàn)裝置包括GPS天線(xiàn)和GPRS天線(xiàn)，所述GPS天線(xiàn)用于為船舶航行中的實(shí)時(shí)航速測(cè)試以及位置判定，所述GPRS天線(xiàn)用于提供無(wú)線(xiàn)Internet數(shù)據(jù)的傳輸通道，該數(shù)據(jù)通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳遞給遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，并進(jìn)行管理。

所述數(shù)字控制器還與顯示屏相連，所述顯示屏用于實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行顯示，其中含船舶的航速、里程、位置、以及船載系統(tǒng)各模塊的瞬時(shí)狀態(tài)，并提供船舶的續(xù)航能力，系統(tǒng)提供外接的大屏幕顯示功能。

所述數(shù)字控制器還與操控器相連，船舶的航行操控器操控桿的位置信息直接提供給數(shù)字控制器，數(shù)字控制器內(nèi)置的軟件對(duì)其進(jìn)行解讀，并通過(guò)算法得到旋轉(zhuǎn)指令，再通過(guò)船載網(wǎng)絡(luò)直接將旋轉(zhuǎn)指令發(fā)送至變頻驅(qū)動(dòng)控制器，變頻驅(qū)動(dòng)控制器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)。

CAN雙總線(xiàn)處理器完成內(nèi)部的二個(gè)CAN的核心組合，組合過(guò)程由FPGA在底層實(shí)現(xiàn)，考慮到系統(tǒng)的完備性，除了硬件的自動(dòng)互為冗余處置外，軟件系統(tǒng)還嵌入內(nèi)置算法，在算法內(nèi)先完成冗余處置與算法容錯(cuò)，從而進(jìn)一步提到了系統(tǒng)的辨識(shí)度和可靠性。CAN總線(xiàn)的外部硬件接口，將光纖信號(hào)或電纜信號(hào)轉(zhuǎn)化成總線(xiàn)處理能夠接收的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，所述CAN總線(xiàn)的外部硬件接口分別連接兩路電纜通訊鏈接和兩路光纖通訊鏈接，并采用四選一的策略進(jìn)行處置。

本發(fā)明的的多重CAN總線(xiàn)冗余系統(tǒng)的芯片通過(guò)總線(xiàn)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞，所有交互的數(shù)據(jù)，經(jīng)由總線(xiàn)控制器進(jìn)入DSP和FPGA，在這之中進(jìn)行相關(guān)的校驗(yàn)、容錯(cuò)處置等等，處置的方式既有軟件的方式，也有硬件的方式，從而保證了系統(tǒng)的高度可靠性和冗錯(cuò)性。

CAN雙總線(xiàn)處理器充分利用了FPGA底層邏輯判斷能力，在無(wú)需控制軟件介入的前提下自主實(shí)現(xiàn)了多重冗余、雙介質(zhì)通訊傳輸?shù)募夹g(shù)，在系統(tǒng)運(yùn)行中，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)被激活后，電纜通訊鏈接的CAN網(wǎng)絡(luò)與光纖通訊鏈接的CAN網(wǎng)絡(luò)同時(shí)運(yùn)行，在FPGA的底層由硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)和糾錯(cuò)。當(dāng)任何線(xiàn)路失效或發(fā)生外部連線(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)具有自動(dòng)判別能力，以保證系統(tǒng)的連續(xù)工作，而不至于系統(tǒng)癱瘓船舶停止航行。由于采用了雙介質(zhì)的通訊方式，使船舶的通訊和抗干擾能力得到了有效的提升。當(dāng)外部設(shè)備由于意外原因產(chǎn)生突發(fā)電磁干擾，而且其干擾強(qiáng)度超過(guò)了系統(tǒng)的冗余能力，此時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)將通訊投切至采用光纖信號(hào)傳輸，因?yàn)楣饫w的傳輸過(guò)程中，具有很強(qiáng)的抗電磁干擾能力，從而保證了設(shè)備的正常通訊和船舶的正常航行。由于采用上述雙CAN總線(xiàn)，電纜光纖互為冗余的技術(shù)，因此，系統(tǒng)的可靠性，冗余特性得到了充分發(fā)揮，從而保證了千噸級(jí)船舶的航行安全和高可靠性。

所述總線(xiàn)處理器包括DI總線(xiàn)處理芯片、AI總線(xiàn)處理芯片、DO總線(xiàn)處理芯片、AO總線(xiàn)處理芯片和Data數(shù)據(jù)總線(xiàn)處理芯片。所述DI總線(xiàn)處理芯片與DI外部處置器相連，所述DI外部處置器為增加對(duì)外部信號(hào)的抗干擾能力對(duì)輸入的船舶的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處置，例如采用濾波等方法實(shí)施過(guò)濾。船舶的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)包括按鈕觸發(fā)、接近開(kāi)關(guān)信號(hào)、光電開(kāi)關(guān)等。所述AI總線(xiàn)處理芯片與AI外部處置器相連，所述AI外部處置器為增加對(duì)外部信號(hào)的抗干擾能力對(duì)船舶的模擬量輸入信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處置，如采用濾波等方法實(shí)施過(guò)濾；其中，船舶的模擬量輸入信號(hào)包括旋鈕信號(hào)、位置傳感器信號(hào)、流量信號(hào)等。所述DO總線(xiàn)處理芯片與DO外部處置器相連，所述DO外部處置器為增加對(duì)外部信號(hào)的抗驅(qū)動(dòng)能力，以及免除由外部產(chǎn)生對(duì)內(nèi)部數(shù)據(jù)的干擾，對(duì)船舶信息的數(shù)字信號(hào)實(shí)施隔離后給出驅(qū)動(dòng)信號(hào)；其中，船舶信息的數(shù)字信號(hào)為船舶現(xiàn)場(chǎng)的指示燈信號(hào)、音響信號(hào)、接觸器驅(qū)動(dòng)、執(zhí)行裝置的驅(qū)動(dòng)信號(hào)等。所述AI總線(xiàn)處理芯片與AI外部處置器相連，所述AI外部處置器為增加對(duì)外部信號(hào)的抗驅(qū)動(dòng)能力，以及免除由外部產(chǎn)生對(duì)內(nèi)部數(shù)據(jù)的干擾，對(duì)船舶信息的模擬信號(hào)實(shí)施隔離后給出驅(qū)動(dòng)信號(hào)；其中，船舶信息的模擬信號(hào)為船舶現(xiàn)場(chǎng)的音響信號(hào)、閥門(mén)的開(kāi)度信號(hào)、執(zhí)行器的控制信號(hào)等。所述Data數(shù)據(jù)總線(xiàn)處理芯片與Data外部適配器相連，由于來(lái)自智能裝置的外部信息實(shí)現(xiàn)傳遞具有不確因素，考慮到整個(gè)系統(tǒng)的通用性和完備性，在本硬件配置中Data外部適配器，該Data外部適配器用于完成不同協(xié)議、不同類(lèi)型端口的適配；其中，外部信息為船舶中帶有智能終端設(shè)備的接口接收的信息，如舵角指示儀、外部GPS信號(hào)接口以及船載數(shù)據(jù)采集裝置等智能設(shè)備上傳的信息。

由此可見(jiàn)，本裝置所有與外部相連接的信息都來(lái)自于船舶的各個(gè)控制點(diǎn)，進(jìn)入本系統(tǒng)第一部分的要素是將這部分信號(hào)進(jìn)行隔離處置，并對(duì)核心CPU裝置沒(méi)有干擾，對(duì)系統(tǒng)總線(xiàn)處于相對(duì)的獨(dú)立狀態(tài)，因此，經(jīng)過(guò)這些有效的防止措施，本系統(tǒng)的堅(jiān)固程度得到了強(qiáng)化，船舶系統(tǒng)的控制可靠性得到了進(jìn)一步的提高。

船舶的高可靠性連續(xù)航行的基礎(chǔ)是由電氣設(shè)備系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、控制邏輯的高可靠性保證的，在本發(fā)明中，利用多重網(wǎng)絡(luò)通訊與外部接口聯(lián)接技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)建了整船控制邏輯控制與保護(hù)、安全抗風(fēng)險(xiǎn)保護(hù)等。由于所構(gòu)建的邏輯功能由網(wǎng)絡(luò)控制字完成，因此，本純電動(dòng)千噸級(jí)船舶的控制系統(tǒng)比較的簡(jiǎn)潔，取消了繁雜的電纜聯(lián)接和大多的重復(fù)布線(xiàn)。另外，系統(tǒng)中所配置的Data處理裝置通道，為船舶的智能化拓展提供了必須的通訊鏈接接口，為船舶的自適應(yīng)狀態(tài)優(yōu)化調(diào)整提供了可能性。

本發(fā)明的使用過(guò)程如下：當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)啟后，首先進(jìn)入的是對(duì)船舶所有接入信息狀態(tài)巡檢，檢測(cè)順序?yàn)椋壕W(wǎng)絡(luò)令牌信息、輸入、輸出回饋、模擬量、數(shù)字量和智能裝置信息等。外部狀態(tài)的對(duì)應(yīng)信息被采集后，與所設(shè)置的內(nèi)存單元的原始狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比校驗(yàn)。

第二步，進(jìn)入系統(tǒng)裝置的巡回自檢，將所配置的各個(gè)接口部件的功能進(jìn)行巡回檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)完畢，并且收到各個(gè)子模塊的回復(fù)代碼完全正確無(wú)誤時(shí)，系統(tǒng)即完成自檢和自診斷。

第三步，系統(tǒng)將與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心報(bào)告巡檢的結(jié)果，并完成Internet網(wǎng)絡(luò)的通訊建立，并報(bào)告所有配置的參數(shù)訊息。

第四步，將進(jìn)入整船的邏輯控制組合輸出與執(zhí)行，并開(kāi)啟相關(guān)的各個(gè)子系統(tǒng)，如，驅(qū)動(dòng)器的預(yù)啟動(dòng)、逆變器電源的輸出(類(lèi)似于船載發(fā)電機(jī)作業(yè)啟動(dòng))，完成向船舶的供電。

第五步，進(jìn)入船載系統(tǒng)的預(yù)操控階段。

在船舶的航行過(guò)程中，系統(tǒng)將嚴(yán)格執(zhí)行整船的組合控制邏輯，所有的邏輯整合過(guò)程都由船載系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)(四重冗余系統(tǒng))系統(tǒng)信息傳遞執(zhí)行，因此，系統(tǒng)具有高度的可靠性、完整性和嚴(yán)密性，各個(gè)階段對(duì)采集到的信號(hào)通過(guò)外部網(wǎng)絡(luò)、控制器內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)總線(xiàn)，傳遞至內(nèi)核DSP系統(tǒng)，有內(nèi)核的DSP系統(tǒng)完成算法控制。

該內(nèi)核DSP系統(tǒng)軟件采用了DSP的匯編語(yǔ)言編程，具有程序簡(jiǎn)練、控制邏輯嚴(yán)謹(jǐn)?shù)忍卣?，所有的核心算法全部集中于?nèi)部總線(xiàn)之下的存儲(chǔ)單元，除了所具有的快速性外，還有高度的邏輯可靠性。