一種船舶動力定位系統(tǒng)便攜式手操盒的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明請求保護一種船舶動力定位系統(tǒng)便攜式手操盒結構及信息采集處理方法。該手操盒與控制臺計算機通過航空插頭相連，并取得工作電源。在信息采集板上完成電源電壓轉換，為手操盒面板上指示燈、嵌入式工業(yè)主板PC104和信息采集板供電；采用單片機作為采集按鍵、手操桿模擬信號和控制指示燈的主控芯片，大部分元器件采用表貼式元器件，有效減小了PCB的尺寸；手操盒上的液晶屏動態(tài)顯示船舶運動狀態(tài)的各種信息，利于實時監(jiān)控運行狀態(tài)并在相應的時刻給出控制信號；三自由度手操桿完成橫向、縱向和艏搖控制指令的輸入；便攜式手操盒采用嵌入式結構，信號采集板和PC104主板固定在手操盒底部，利于熱量及時散出確保系統(tǒng)安全可靠的運行。本發(fā)明結構更簡單，操作更簡易、安裝更方便。
【專利說明】一種船舶動力定位系統(tǒng)便攜式手操盒
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種專用便攜式手操盒及信息采集處理方法，尤其涉及一種船舶動力定位系統(tǒng)專用便攜式手操盒及信息采集處理方法，屬于海洋工程領域。
【背景技術】
[0002]隨著人類對海洋石油資源的開發(fā)和利用，以及海上運輸和海洋技術的不斷發(fā)展，船舶與海洋技術迅速地崛起，由于海洋平臺等海洋結構物經常需要定位于海洋中的特定位置，并在此特定位置進行作業(yè)，如海洋調查、油井鉆探、打撈救助、海底電纜管線鋪設、反水雷等。傳統(tǒng)的錨泊方式由于受到作業(yè)水深、作業(yè)時間和作業(yè)精度等因素的限制而無法滿足海上相關作業(yè)的要求。為解決船舶位置和航向保持這一問題，一種被稱為動力定位的船舶控制系統(tǒng)應運而生，并隨著電子計算機、傳感器和控制理論等相關技術的不斷發(fā)展而取得了長足的進步。時至今天,動力定位技術已經成為一種成熟的技術并已成功地應用于海洋工程的諸多領域。
[0003]所謂動力定位是指船舶利用自身的推進器實現(xiàn)固定位置或航跡的保持，國際海事組織和各國船級社對動力定位系統(tǒng)給出的定義為:動力定位需要裝備的全部設備包括動力系統(tǒng)、推進系統(tǒng)、動力定位控制系統(tǒng)。而本發(fā)明所設計的一種船舶動力定位系統(tǒng)便攜式手操盒及信息采集處理方法是動力定位控制系統(tǒng)中重要的一部分，安裝了便攜式手操盒之后，動力定位船的操作人員不再局限于駕駛室進行操作，而是可以攜帶著手操盒在船的任意位置控制船舶的運動，從而更加方便操作人員操作。

【發(fā)明內容】
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[0004]發(fā)明的目的:本發(fā)明的目的是為了更好的給動力定位船舶的操作人員提供方便，更簡易的控制船舶的運動。
[0005]技術方案:為了解決上述技術問題，本發(fā)明的船舶動力定位系統(tǒng)便攜式手操盒，主要包括RS-422轉RS-232電路、AVR單片機控制系統(tǒng)供電的電源電路電路、PC104和液晶顯示屏供電的電源電路、PC104、RS-232通信電路、ATMegal28單片機最小電路、液晶顯示屏、按鍵采集控制電路、燈控制電路、低通濾波電路、5個鍵帶燈、5個狀態(tài)指示燈和三自由度手操桿，通過便攜式手操盒的航空插頭與動力定位系統(tǒng)控制臺計算機相連。其中手操盒面板由液晶顯示屏、5個鍵帶燈、5個狀態(tài)指示燈和三自由度手操桿構成。
[0006]該便攜式手操盒采用ATmegal28單片機作為按鍵、三自由度手操桿信號采集與狀態(tài)燈控制芯片，五個狀態(tài)請求按鍵經由ATmegal28單片機外部中斷引腳完成控制指令的輸入，三自由度手操桿的三路模擬信號經低通濾波電路濾除高頻噪聲后，分別接入ATmegal28單片機的ADC0、ADC1和ADC2引腳，利用ATmegal28單片機片上集成的AD轉換模塊完成AD轉換。當ATmegal28單片機通過RS-232通信控制電路接收到PC104發(fā)送的狀態(tài)報文被成功解析后，按通信協(xié)議的要求把操縱面板的控制指令經RS-232通信控制電路發(fā)送到PC104上，并根據(jù)狀態(tài)報文通過相應的控制電路完成狀態(tài)的控制。PC104通過RS-422轉RS-232電路與外部的控制臺計算機進行通信，PC104把接收到的單片機上的控制信號發(fā)送給控制臺計算機，同時控制臺計算機把相應的船舶各種狀態(tài)信息以及按鍵請求的相應狀態(tài)發(fā)送給PC104, PC104根據(jù)得到的正確解析的報文把相應的信息顯示到液晶顯示屏上，同時把狀態(tài)指示燈得數(shù)據(jù)通過RS-232電路發(fā)送給ATmegal28單片機，單片機根據(jù)接收到的報文數(shù)據(jù)通過控制電路控制相應的狀態(tài)指示燈。
[0007]有益效果:本發(fā)明結構更簡單，操作更簡易、安裝更方便。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0008]圖1為本發(fā)明的便攜式手操盒左視圖；
[0009]圖2為本發(fā)明的便攜式手操盒前視圖；
[0010]圖3為本發(fā)明的便攜式手操盒俯視圖；
[0011]圖4為本發(fā)明的便攜式手操盒電氣原理圖。
【具體實施方式】:
[0012]如圖1所示，該種船舶動力定位系統(tǒng)便攜式手操盒的側面有兩個背帶環(huán)，操作人員在使用的過程中起到固定作用，保證了結構的可靠性，同時又滿足了易操作的要求。每個背帶環(huán)都采用嵌入式結構，分別由兩個螺柱固定在手操盒上。
[0013]如圖2所示，該種船舶動力定位系統(tǒng)便攜式手操盒的內部預留有足夠的空間便于散熱，同時在手操盒底部有相應的固定螺柱和散熱片，這樣方便安裝固定電路板，在系統(tǒng)工作的過程中，電路板產生的熱量可以通過底部的散熱片及時的導入到手操盒的殼體并散發(fā)出去，從而保證系統(tǒng)在連續(xù)的工作過程中時刻保持較低的溫度，安全穩(wěn)定的運行。
[0014]如圖3所示，該種船舶動力定位系統(tǒng)便攜式手操盒的頂部留有航空插頭，方便與控制臺計算機的連接；左右兩側各有兩個背帶環(huán)，能夠起到更好的安全固定作用；面板的左下部位有兩行五列的狀態(tài)指示燈及按鍵，方便操作；左上部位是液晶顯示屏，保證了操作人員實時的了解船舶的各種狀態(tài)與工作信息；右方是一個三自由度得手操桿，確保工作人員更輕易方便的控制船舶的運動。。
[0015]如圖4所示，該種船舶動力定位系統(tǒng)便攜式手操盒包括:RS_422轉RS-232電路
(2)、ATmegal28單片機控制系統(tǒng)供電的電源電路(3)、PC104和液晶顯示屏供電的電源電路
(4)、PC104 (5)、1^-232通信電路(6)31厘68&128單片機最小電路(7)、液晶顯示屏(8)、按鍵采集控制電路(9 )、燈控制電路(10 )、低通濾波電路(11)、5個鍵帶燈(12 )、5個狀態(tài)指示燈(13)和三自由度手操桿(14)。其中手操盒面板由液晶顯示屏(8)、5個鍵帶燈(12)、5個狀態(tài)指示燈(13)和三自由度手操桿(14)構成。
[0016]單片機單片機控制系統(tǒng)供電的電源電路(3)與PC104和液晶顯示屏供電的電源電路(4)均采用寬電壓輸入的電源芯片VRB48**LD-30W進行供電，保證了電源電路的穩(wěn)定。ATmegal28單片機控制系統(tǒng)(7)采用表貼式單片機ATmegal28芯片，此芯片作為按鍵、三自由度手操桿信號采集與狀態(tài)燈控制芯片，通過JTAG電路完成控制程序的燒寫，采用
11.0592M外部晶振為單片機提供系統(tǒng)時鐘脈沖。
[0017]按鍵采集控制電路(9)都經過了硬件按鍵的消抖處理，五個按鍵分別連接了芯片的五個外部中斷，中斷采用下降沿觸發(fā)。當AVR單片機檢測到相應的按鍵邊沿觸發(fā)請求時進入相應的中斷點亮該按鍵上帶有的指示燈，如果在請求狀態(tài)下按下相應的按鍵，則請求狀態(tài)就會終止，燈就會熄滅，通過鍵帶燈上的燈的狀態(tài)可以很輕易的知道此時便攜式手操盒處于哪種請求狀態(tài)。三自由度手操桿(14)的輸入采用DC5V，在三個自由度上輸出O?5V的直流電壓信號，經過相應的低通濾波電路處理后，把三個自由度上輸出的電壓信號連接到ATmegal28單片機的模擬到數(shù)字轉換的ADC0、ADC1和ADC2引腳上，由ATmegal28單片機片上集成的ADC模塊完成模數(shù)轉換，從而實現(xiàn)手操桿操作過程中模擬輸出到數(shù)字量的轉化，更能形象的顯示出手操桿各個方向上控制力的大小。
[0018]航空插頭連接到便攜式手操盒并上電后，電源電路首先把外部供應的DC48V的電壓轉換為DC5V、DC12V和DC24V，DC5V、DC12V同時給PC104和液晶顯示屏進行供電，DC24V則保證相應的面板指示燈能夠在控制信號到來的時候點亮。DC5V給ATmegal28單片機供電，在完成必須的寄存器初始化后，才開始正常的工作，ATmegal28單片機定時采集三自由度手操桿(14)的模擬量并以邊沿中斷的方式采集5個獨立按鍵(12)的鍵值，存儲到相應的存儲空間中。當動力定位控制臺計算機(I)通過RS-422通信發(fā)送到手操盒數(shù)據(jù)時，首先通過RS-422轉RS-232電路(2)轉化為RS-232通信，然后再與PC104 (5)進行通信。采用PC104
(5)為核心進行處理數(shù)據(jù)信息，PC104搭載Wince操作系統(tǒng)從而實現(xiàn)優(yōu)質的顯示效果。同時使用640*480的液晶顯示屏進行顯示各種數(shù)據(jù)和圖像信息，它包含了船舶運行過程中所有的必要信息，包括船舶的北東位置、艏向、航速、手操桿在船舶橫蕩、縱蕩和艏搖三個方向控制力的大小、艏向誤差、各種傳感器數(shù)據(jù)、船舶全回轉推進器的推力方向及大小、艏側推的推力大小等，保證信息的完整豐富及相對較高的分辨率。PC104把接收到的各種船舶運動及傳感器數(shù)據(jù)經過處理后顯示到液晶顯示屏(8)上，同時把相應的狀態(tài)指示燈的信號狀態(tài)數(shù)據(jù)通過RS-232通信電路(6)傳輸?shù)紸Tmegal28單片機，單片機再經過燈控制電路(10)控制5個狀態(tài)指示燈(13)。ATmegal28單片機通過按鍵采集控制電路(9)采集5個鍵帶燈
(12)的鍵值并定時采集三自由度手操桿(14)的信號經過AD轉換之后，通過RS-232通信控制電路(6)發(fā)送到PC104，PC104再把相應的數(shù)據(jù)信息經過RS-422轉RS-232電路(2)發(fā)送到動力定位系統(tǒng)控制臺計算機。
【權利要求】
1.一種船舶動力定位系統(tǒng)便攜式手操盒，包括:RS-422轉RS-232電路(2)、ATMegal28單片機控制系統(tǒng)供電的電源電路⑶、PC104和液晶顯示屏供電的電源電路⑷、PC104(5)、RS-232通信電路(6)、ATMegal28單片機最小電路(7)、液晶顯示屏(8)、按鍵采集控制電路(9)、燈控制電路(10)、低通濾波電路(11)、5個鍵帶燈(12)、5個狀態(tài)指示燈(13)和三自由度手操桿(14)，其特征在于:RS-422轉RS-232電路(2)，RS-422通信控制電路(2)是由貼面式MAX490實現(xiàn)的，通過把動力定位控制臺計算機的RS-422標準的差動電平信號轉化為RS-232標準電平信號實現(xiàn)控制臺計算機與PC104上RS-232串口的通信功能。為ATMegal28單片機控制系統(tǒng)供電的電源電路(3)與PC104和液晶顯示屏供電的電源電路(4)均采用寬電壓輸入的電源芯片VRB48林LD-30W，采用PC104(5)為核心進行處理數(shù)據(jù)信息，PC104搭載Wince操作系統(tǒng)；使用640*480的液晶顯示屏進行顯示各種數(shù)據(jù)和圖像信息，采用PC104的兩個RS-232(6)進行通信，一個串口與AVR采集到的數(shù)據(jù)進行實時的處理并把相應的狀態(tài)信號發(fā)送到AVR，實現(xiàn)狀態(tài)指示燈的顯示；另一個RS-232串口通過RS-422轉RS-232的轉換電路與控制臺計算機進行通信，傳輸便攜式手操盒的控制信號同時接收控制臺計算機發(fā)送過來的各種船舶運動及狀態(tài)信息，并在液晶屏上進行實時顯示，ATmegal28單片機控制系統(tǒng)(7)采用表貼式單片機ATmegal28芯片，通過JTAG電路完成控制程序的燒寫，采用11.0592M外部晶振為單片機提供系統(tǒng)時鐘脈沖。按鍵采集控制電路，此便攜式手操盒的五個控制信號全部采用外部中斷的形式進行觸發(fā)，當AVR單片機檢測到相應的按鍵邊沿觸發(fā)的時候進入相應的中斷點亮該按鍵上帶有的指示燈，通過鍵帶燈上的燈的狀態(tài)可以很輕易的知道此時便攜式手操盒處于哪種請求狀態(tài)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種船舶動力定位系統(tǒng)便攜式手操盒，其特征在于，便攜式手操盒殼體的設計；采用鋁合金背帶環(huán)以及整個手操盒殼體的設計；便攜式手操盒的兩側各有兩個背帶環(huán)；手操盒面板采用高精度三自由度手操桿進行控制模擬信號的輸入，同時在面板左下方采用五個帶燈的按鍵和5個單獨的指示燈進行兩行五列排列；在手操盒面板的左上方預留出液晶顯示屏并能通過液晶屏人性化的界面顯示在操作過程中輕松控制船舶的運行。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種船舶動力定位系統(tǒng)便攜式手操盒，其特征在于，豐富和人性化的界面信息顯示。液晶顯示界面包含了船舶運行過程中所有的必要信息，包括船舶的北東位置、艏向、航速、手操桿在船舶橫蕩、縱蕩和艏搖三個方向控制力的大小、艏向誤差、各種傳感器數(shù)據(jù)、船舶全回轉推進器的推力方向及大小、艏側推的推力大小等。把相應枯燥的數(shù)據(jù)信息處理成圖形的顯示更好的方便使用人員控制。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種船舶動力定位系統(tǒng)便攜式手操盒，其特征在于，三自由度手操桿(14)的輸入采用DC5V，在三個自由度上輸出O~5V的直流電壓信號，經過相應的低通濾波電路處理后，把三個自由度上輸出的電壓信號連接到ATmegal28單片機的模擬到數(shù)字轉換的ADC0、ADC1和ADC2引腳上，由ATmegal28單片機片上集成的ADC模塊完成模數(shù)轉換，從而實現(xiàn)手操桿操作過程中模擬輸出到數(shù)字量的轉化，更能形象的顯示出手操桿各個方向上控制力的大小。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種船舶動力定位系統(tǒng)便攜式手操盒，其特征在于，在航空插頭連接到便攜式手操盒并上電后，電源電路首先把外部供應的DC48V的電壓轉換為DC5V、DC12V和DC24V，DC5V、DC12V同時給PC104和液晶顯示屏進行供電，DC24V則保證相應的面板指示燈能夠在控制信號到來的時候點亮。DC5V給ATmegal28單片機供電，在完成必須的寄存器初始化后，才開始正常的工作，ATmegal28單片機定時采集三自由度手操桿(14)的模擬量并以邊沿中斷的方式采集5個獨立按鍵(12)的鍵值，存儲到相應的存儲空間中。當動力定位控制臺計算機(I)通過RS-422通信發(fā)送到手操盒數(shù)據(jù)時，首先通過RS-422轉RS-232電路(2)轉化為RS-232通信，然后再與PC104(5)進行通信。PC104把接收到的各種船舶運動及傳感器數(shù)據(jù)經過處理后顯示到液晶顯示屏(8)上，同時把相應的狀態(tài)指示燈的信號狀態(tài)數(shù)據(jù)通過RS-232通信電路(6)傳輸?shù)紸Tmegal28單片機，單片機再經過燈控制電路(10)控制5個狀態(tài)指示燈(13)。ATmegal28單片機通過按鍵采集控制電路(9)采集5個鍵帶燈(12)的鍵值并定時采集三自由度手操桿(14)的信號經過AD轉換之后，通過RS-232通信控制電路(6)發(fā)送到PC104，PC104再把相應的數(shù)據(jù)信息經過RS-422轉RS-232電路(2)發(fā)送到動力定 位系統(tǒng)控制臺計算機。
【文檔編號】B63H25/42GK103935505SQ201410080579
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月6日 優(yōu)先權日:2014年3月6日
【發(fā)明者】林孝工, 丁福光, 丁聰聰, 邊信黔, 付明玉, 趙大威, 王波 申請人:哈爾濱工程大學