船舶姿態(tài)信號(hào)采集專用開關(guān)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：在采集雙慣導(dǎo)系統(tǒng)姿態(tài)信號(hào)時(shí)，為減少模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的數(shù)量、優(yōu)化采集電路結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種以單片機(jī)為控制器的船舶姿態(tài)信號(hào)采集專用開關(guān)器，實(shí)現(xiàn)了2×30線、6×10線兩種開關(guān)功能，滿足了船舶姿態(tài)信號(hào)采集的需求。

關(guān)鍵詞：船舶 姿態(tài)信號(hào) 開關(guān)器 慣導(dǎo)

中圖分類號(hào)：TB47 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）01（c）-0008-02

平臺(tái)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是以平臺(tái)坐標(biāo)系為基準(zhǔn)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)變壓器或感應(yīng)同步器等角度測(cè)量傳感器連續(xù)地測(cè)量平臺(tái)坐標(biāo)系與船舶載體坐標(biāo)系之間的角度信號(hào)，輸出船舶航向、水平等姿態(tài)信號(hào)的重要導(dǎo)航設(shè)備[1]。慣導(dǎo)系統(tǒng)中有3個(gè)角度測(cè)量傳感器，安裝在慣性平臺(tái)的方位軸、縱搖軸、橫搖軸上，分別輸出航向、縱搖、橫搖姿態(tài)信號(hào)[2]。為分析、研究船舶的運(yùn)行狀況和慣導(dǎo)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，需要對(duì)角度測(cè)量傳感器輸出的模擬姿態(tài)信號(hào)進(jìn)行采集。在雙慣導(dǎo)系統(tǒng)條件下，共有6個(gè)姿態(tài)信號(hào)，在直接采集時(shí)需要6路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，采集系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。為減少模數(shù)轉(zhuǎn)換電路數(shù)量、優(yōu)化采集系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)，本文以單片機(jī)為控制器，設(shè)計(jì)了一種船舶姿態(tài)信號(hào)采集專用開關(guān)器，實(shí)現(xiàn)2×30線、6×10線兩種開關(guān)功能。當(dāng)專用開關(guān)器配置為2×30線開關(guān)時(shí)可選通雙慣導(dǎo)系統(tǒng)中一臺(tái)慣導(dǎo)系統(tǒng)的3個(gè)姿態(tài)信號(hào)，當(dāng)配置為6×10線開關(guān)時(shí)可選通6個(gè)姿態(tài)信號(hào)中的1個(gè)姿態(tài)信號(hào)，滿足了雙慣導(dǎo)系統(tǒng)條件下船舶姿態(tài)信號(hào)采集的需求。

1 專用開關(guān)器方案設(shè)計(jì)

根據(jù)雙慣導(dǎo)系統(tǒng)姿態(tài)信號(hào)采集的需求，設(shè)計(jì)專用開關(guān)器的方案如圖1所示。在該設(shè)計(jì)方案中，共有6個(gè)輸入11_IN、12_IN、13_IN、21_IN、22_IN、23_IN，可分別輸入1#慣導(dǎo)系統(tǒng)的航向、縱搖、橫搖信號(hào)與2#慣導(dǎo)系統(tǒng)的航向、縱搖、橫搖信號(hào)；共有3個(gè)輸出01_OUT、02_OUT、03_OUT，通過(guò)對(duì)應(yīng)的連接配置，01_OUT可輸出6個(gè)輸入信號(hào)中的任何一個(gè)，02_OUT只能輸出12_IN或22_IN，03_OUT只能輸出13_IN或23_IN。

在專用開關(guān)器中，單片機(jī)作為控制器，通過(guò)串口通信電路接收計(jì)算機(jī)的指令，控制K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8等8組開關(guān)的通斷設(shè)置，實(shí)現(xiàn)2×30線、6×10線兩種開關(guān)功能。其中，K1、K2、K3的作用是從雙慣導(dǎo)系統(tǒng)的兩組姿態(tài)信號(hào)中選出其中一組姿態(tài)信號(hào)，K4、K5的作用是從航向、縱搖、橫搖3個(gè)信號(hào)中選出一個(gè)姿態(tài)信號(hào)，K6、K7、K8的作用是姿態(tài)信號(hào)輸出控制。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

根據(jù)船舶姿態(tài)信號(hào)采集專用開關(guān)器設(shè)計(jì)方案，制作開關(guān)器電路如圖2所示。

其中，控制器為89S52單片機(jī)；8個(gè)開關(guān)組由40只G6S-2-Y歐姆龍繼電器組成，每組開關(guān)器有5個(gè)繼電器；驅(qū)動(dòng)電路由晶體管、電阻等元器件構(gòu)成；串口通信電路由MAX232芯片實(shí)現(xiàn)；外接的工作電源為+12VDC，并通過(guò)三端穩(wěn)壓器產(chǎn)生+5VDC電壓，作為單片機(jī)工作電源。

3 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)

根據(jù)專用開關(guān)器的設(shè)計(jì)方案與硬件電路，設(shè)計(jì)了單片機(jī)的主程序與串口中斷程序，流程圖分別如圖3，4所示。其中，count與receivedata是全局變量，count為指令標(biāo)識(shí)，receivedata為指令數(shù)據(jù)。當(dāng)count為1時(shí)表示目前寄存器receivedata中的指令未執(zhí)行，為0時(shí)表示指令已經(jīng)執(zhí)行。在單片機(jī)主程序中，設(shè)置串口通信工作在方式1、波特率為9600。

根據(jù)專用開關(guān)器硬件電路與軟件程序，設(shè)置控制指令如表1所示。在專用開關(guān)器設(shè)置為2×30線開關(guān)時(shí)，01_OUT、02_OUT、03_OUT分別輸出11_IN、12_IN、13_IN或21_IN、22_IN、23_IN；在設(shè)置為6×10線開關(guān)時(shí)，01_OUT 輸出6個(gè)輸入信號(hào)中的一個(gè)信號(hào)，02_OUT、03_OUT無(wú)輸出信號(hào)。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)雙慣導(dǎo)系統(tǒng)條件下船舶姿態(tài)信號(hào)采集的需求，本文設(shè)計(jì)了一種專用開關(guān)器。該專用開關(guān)器以單片機(jī)為控制器，以40只G6S-2-Y繼電器組成8個(gè)開關(guān)組，實(shí)現(xiàn)了2×30線、6×10線兩種開關(guān)功能，滿足了船舶姿態(tài)信號(hào)采集的需求。

參考文獻(xiàn)

[1]秦永元.慣性導(dǎo)航[M].北京：科學(xué)出版社，2006：133-142.

[2]李安，胡柏青.平臺(tái)羅經(jīng)[D].武漢：海軍工程大學(xué)，2003：63-69.

[3]李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1993：177-184.