船用搖擺儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本實用新型涉及搖擺儀，特指一種船用搖擺儀。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)如今，角度測量裝置在很多機械應(yīng)用系統(tǒng)中都是關(guān)鍵的部位，而且是需要高精度的重要裝置，但是在以往的一些控制系統(tǒng)中多數(shù)都是單憑依靠設(shè)備操作人員的主觀判斷來鎖定目標，然后來做出相應(yīng)的判斷和控制，這就帶來了很多問題，比如這會由于操作人員的經(jīng)驗，目測誤差以及對裝置操作問題所引起的操作誤差，甚至誤差過大而遠遠不符合實際要求。所以為了提高角度測量的精度，提高裝置的可操作性，所以需要角度測量裝置來幫助實現(xiàn)。
[0003]現(xiàn)有的成品搖擺儀具有高測量精度，但是其價格較高、體積較大，損壞后只能做廢棄處理，較為浪費，故現(xiàn)有的成品搖擺儀的性價比較低。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種船用搖擺儀，解決現(xiàn)有成品搖擺儀的價格高、體積大、損壞后不能維修造成的浪費以及性價比低的問題。
[0005]實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是:
[0006]本實用新型一種船用搖擺儀，包括:
[0007]主板；
[0008]設(shè)于所述主板上的兩個傾角傳感器，兩個所述傾角傳感器相互垂直設(shè)于平面內(nèi)以獲取所述平面相對于水平面的傾斜角度；
[0009]設(shè)于所述主板上、與所述傾角傳感器連接的數(shù)據(jù)處理芯片；
[0010]設(shè)于所述主板上、與所述數(shù)據(jù)處理芯片連接的通信模塊；以及
[0011 ]設(shè)于所述主板上的供電電源，與所述傾角傳感器、所述數(shù)據(jù)處理芯片、以及所述通信模塊連接。
[0012]本實用新型采用傾斜傳感器制作船用搖擺儀，在滿足角度測量精度要求的情況下，降低了成本，實現(xiàn)了模塊化，便于管理和維護，且比現(xiàn)有的成品搖擺儀體積小。
[0013]本實用新型船用搖擺儀的進一步改進在于，所述通信模塊與所述數(shù)據(jù)處理芯片的UART接口之間連接有上拉電阻和電源，所述通信模塊與終端之間并聯(lián)有第一阻抗匹配電阻、第二阻抗匹配電阻、以及電壓瞬態(tài)抑制器。
[0014]本實用新型船用搖擺儀的進一步改進在于，所述供電電源包括外部電源模塊、與所述外部電源模塊連接的共模電感電路、以及與所述共模電感電路連接的DC-DC模塊，所述DC-DC模塊與所述傾角傳感器、所述數(shù)據(jù)處理芯片、以及所述通信模塊連接。
[0015]本實用新型船用搖擺儀的進一步改進在于，所述共模電感電路包括與所述外部電源模塊正負極連接的電壓瞬態(tài)抑制器、與所述電壓瞬態(tài)抑制器并聯(lián)的共模電感、連接于所述電壓瞬態(tài)抑制器與所述外部電源模塊正極連接端和所述共模電感與所述外部電源模塊正極連接端之間的保護二極管、以及與所述共模電感并聯(lián)的第一電容和第二電容，所述第一電容和所述第二電容串聯(lián)，所述第一電容和所述第二電容之間連接有接地線，所述第一電容和所述第二電容的兩端分別與所述DC-DC模塊的Vin弓I腳和GND弓I腳連接。
[0016]本實用新型船用搖擺儀的進一步改進在于，還包括連接于所述DC-DC模塊和所述傾角傳感器、所述數(shù)據(jù)處理芯片、以及所述通信模塊之間的由線性穩(wěn)壓器連接形成的降壓保護電路。
[0017]本實用新型船用搖擺儀的進一步改進在于，所述降壓保護電路包括串接于所述DC-DC模塊的正極和所述線性穩(wěn)壓器的Vin引腳第一降壓二極管、第二降壓二極管、第三降壓二極管、以及第四降壓二極管，連接于所述DC-DC模塊的正極和負極之間且相互并聯(lián)的第一濾波電容和第二濾波電容，連接于所述線性穩(wěn)壓器的Vin引腳和Vout引腳之間的第一保護二極管，連接于所述線性穩(wěn)壓器的Vout引腳和所述DC-DC模塊的負極之間且相互并聯(lián)的第三濾波電容、第四濾波電容、以及電壓瞬態(tài)抑制器，所述電壓瞬態(tài)抑制器與所述DC-DC模塊的負極連接端接地，與所述線性穩(wěn)壓器的Vout引腳連接端連接短路線。
[0018]本實用新型船用搖擺儀的進一步改進在于，所述數(shù)據(jù)處理芯片的AD轉(zhuǎn)換器與所述傾角傳感器連接。
[0019]本實用新型船用搖擺儀的進一步改進在于，還包括封裝所述傾角傳感器、所述數(shù)據(jù)處理芯片、以及所述供電電源的防水外殼。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型船用搖擺儀的系統(tǒng)框圖。
[0021]圖2和圖3為本實用新型船用搖擺儀中供電電源的電路圖。
[0022]圖4為本實用新型船用搖擺儀中通信模塊的電路圖。
[0023]圖5為本實用新型船用搖擺儀中傾角傳感器的電路圖。
[0024]圖6為本實用新型船用搖擺儀中數(shù)據(jù)處理芯片的電路圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明。
[0026]本實用新型提供了一種船用搖擺儀，用于測量船體的前傾、后傾、左傾、以及右傾角度，測量范圍在-60°至+60°之間，且誤差不超過1°，還能夠?qū)y量的傾斜角度通過固定的通信協(xié)議發(fā)送出去，采用串口RS422進行數(shù)據(jù)的發(fā)送，具有較強的抗干擾能力。本實用新型的船用搖擺儀的硬件采用了兩個傾角傳感器、數(shù)據(jù)處理芯片、通信模塊、以及供電電源，具有接線簡單，便于操作和維護，提高了船舶航行的安全性，實現(xiàn)了模塊化，便于管理，比現(xiàn)有的成品搖擺儀的體積小，節(jié)省成本。下面結(jié)合附圖對本實用新型船用搖擺儀進行說明。
[0027]參閱圖1，顯示了本實用新型船用搖擺儀的系統(tǒng)框圖。下面結(jié)合圖1，對本實用新型船用搖擺儀進行說明。
[0028]如圖1所示，本實用新型船用搖擺儀包括主板、傾角傳感器11、傾角傳感器12、數(shù)據(jù)處理芯片13、通信模塊14、以及供電電源15，傾角傳感器11和傾角傳感器12設(shè)于主板上，傾角傳感器11和傾角傳感器12相互垂直設(shè)置于平面內(nèi)，通過傾角傳感器獲取平面相對于水平面的傾斜角度，數(shù)據(jù)處理芯片13設(shè)于主板上，并與傾角傳感器11和傾角傳感器12連接，接收傾角傳感器11和傾角傳感器12測得的傾斜角度并將傾斜角度發(fā)送至終端21，通信模塊14設(shè)于主板上，并與數(shù)據(jù)處理芯片13連接，通信模塊14用于將數(shù)據(jù)處理芯片13接收的傾斜角度發(fā)送至終端21。供電電源15設(shè)于主板上，供電電源15與傾角傳感器11、傾角傳感器12、數(shù)據(jù)處理芯片13、以及通信模塊14連接，為傾角傳感器11、傾角傳感器12、數(shù)據(jù)處理芯片13、以及通信模塊14進行供電。
[0029]本實用新型的船用搖擺儀的主板采用PCB雙層板，選用1.6mm厚的普通環(huán)氧板，阻焊劑選用綠色，尺寸為66mm*69mm，在主板上裝設(shè)傾角傳感器11、傾角傳感器12、數(shù)據(jù)處理芯片13、通信模塊14、以及供電電源15，而后將主板、傾角傳感器11、傾角傳感器12、數(shù)據(jù)處理芯片13、通信模塊14、以及供電電源15—起封裝于防水外殼內(nèi)，在使用時，將該防水外殼安裝于船舶中軸線上。
[°03°]傾角傳感器選用低價單軸傾角傳感器SCA60C，其具有抗沖擊能力強，能耗低的特點，精度高等特點，并且其外圍電路十分簡單，測量范圍為-90°?+90°，可以滿足設(shè)計要求，并且此傳感器價格低廉，可以滿足設(shè)計要求。數(shù)據(jù)處理芯片13選用STC12C5A16S2單片機，它是51系列單片機的一個型號，有10為精度的AD接口，成本低，性能穩(wěn)定可靠，開發(fā)容易。供電電源15采用NN2-24S12。通信模塊采用美信公司的MAX488。
[0031 ]本實用新型的船用搖擺儀的通信模塊14設(shè)有RS422接口，該RS422接口直接與終端21連接，進行數(shù)據(jù)的傳輸。數(shù)據(jù)處理芯片13的UART接口與通信模塊14連接，數(shù)據(jù)處理芯片13的AD轉(zhuǎn)換器與傾角傳感器11和傾角傳感器12連接。在船用搖擺儀上還設(shè)有調(diào)測接口，用于調(diào)試和測試使用，調(diào)測接口包括有串行口下載和測試點，串行口下載設(shè)于數(shù)據(jù)處理芯片13上，串行口下載的端子連接線與數(shù)據(jù)處理芯片13的串口下載口連接，在不使用時該串口下載口處于高阻狀態(tài)，不影響其他功能的運行。測試點選用在供電電源15內(nèi)的LM7805的輸出引腳作為5V電源測試點。
[0032]傾角傳感器11和傾角傳感器12測量船舶的傾斜角度，將測得的傾斜角度發(fā)送給數(shù)據(jù)處理芯片13的AD轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)處理芯片13持續(xù)地讀取AD轉(zhuǎn)換器中寄存器的值，接收到角度值后進行多次求平均，然后得到船舶的傾斜角度進行輸出，輸出的傾斜角度通過通信模塊14發(fā)送至終端21。
[0033]供電電源15包括有外部電源模塊、與外部電源模塊連接的共模電感電路、以及與共模電感電路連接的DC-DC模塊，該DC-DC模塊為傾角傳感器11、傾角傳感器12、數(shù)據(jù)處理芯片13、以及通信模塊14進行供電。如圖2所示，外部電源模塊J2采用DC24V電源，經(jīng)過I腳和2腳輸入進系統(tǒng)，經(jīng)過共模電感電路隔離后進入DC-DC模塊U5，共模電感電路包括與外部電源模塊J2正負極連接的電壓瞬態(tài)抑制器TVS、與電壓瞬態(tài)抑制器TVS并聯(lián)的共模電感LH1、連接于電壓瞬態(tài)抑制器TVS與外部電源模塊正極連接端和共模電感LHl與外部電源模塊正極連接端之間的保護二極管D3、以及與共模電感LHl并聯(lián)的第一電容Cl和第二電容C2，第一電容Cl和第二電容C2串聯(lián)，第一電容Cl和第二電容C2之間連接有接地線，第一電容Cl和第二電容C2的兩端分別與DC-DC模塊U5的Vin引腳和GND引腳連接。其中的保護二極管D3為防止操作人員將DC24V正負極顛倒損壞系統(tǒng)。此處選用1N4007整流二極管，其最大持續(xù)電流可以通過IA(系統(tǒng)的功耗很小，IA足以)，反向耐壓為1000V，滿足系統(tǒng)的反向耐壓24V。電壓瞬態(tài)抑制器TVS，因為外部電源可能存在高壓噪聲，若不接保護可能高壓脈沖會損壞DC-DC模塊，此處選用電壓瞬態(tài)抑制器(TVS)，當高壓脈沖超過30V時，其會短路掉脈沖電流，反應(yīng)速度為ns級，且通過的瞬態(tài)電流很大。因為系統(tǒng)的電磁輻射主要是共模電流引起的(共模電流會導致磁場正反饋式疊加)，故使用共模電感LHl來濾除共模電流。Cl，C2為共模電流提供了一個泄放回路(類似于開關(guān)電源的安規(guī)電容)C=DC-DC模塊U5采用NW2-24S12，功能是將直流電壓轉(zhuǎn)換成需要的直流電壓，其有效率高的特點，最高可以達到85%，而普通的LDO只能達到60%。且它的存在使系統(tǒng)的外部隔離，減小了外界干擾對系統(tǒng)造成損壞的風險，其輸入電壓為24V，輸出為12V。
[0034]如圖3所示，在DC-DC模塊U5的輸出端連接有由線性穩(wěn)壓器U6連接形成的降壓保護電路，該降壓保護電路用于為傾角傳感器11、傾角傳感器12、數(shù)據(jù)處理芯片13、以及通信模塊14進行供電。DC-DC模塊U5輸出12V經(jīng)過線性穩(wěn)壓器U