新型輪機員安全報警裝置

劉洪偉

(廣州船舶及海洋工程設計研究院，廣東廣州 510250)

新型輪機員安全報警裝置

劉洪偉

(廣州船舶及海洋工程設計研究院，廣東廣州 510250)

當輪機員等工作人員在船樓、機艙、鍋爐間等較遠場所工作時，為了及時了解其安全狀況以保證其人身安全，提出了一種新型輪機員安全報警裝置。該裝置以ST89C52單片機為控制核心，結合RS-485通訊模塊、聲選報警、兩位數碼顯示模塊等，通過軟件實現自動控制。實驗結果表明，新型輪機員安全報警裝置能夠準確確定出現安全狀況的人員位置并發出報警，與現有產品相比，有效縮短了施救時間，具有較高的可靠性和廣闊的應用前景。

船舶安全設備;保護裝置;報警裝置;單片處理機

0 引言

輪機員安全報警系統，又稱安全報警系統，是指能夠及時反映輪機員、技術人員或船員單獨或一起在船樓、機艙、鍋爐間等較遠場所工作時的安全狀況，目的在于發現由于上述人員在出現人身安全情況而失去履行其職責能力時及時發出報警，以保障現場工作人員的人身安全。

輪機員安全報警系統是在參考文獻［1］和文獻［2］的基礎上，提出的針對輪機員人身安全的一種報警系統。現有的國內外產品中，系統功能相對單一，不能對發生人身安全狀況的工作人員準確定位。本文在充分分析國內外現有產品的基礎上，給出了一種以ST89C52單片機為控制核心，基于RS-485通訊的新型輪機員安全報警裝置及其應用。該裝置的報警系統可實時、準確地確定出現人身安全情況的工作人員所在場所并發出聲光報警。

1 新型輪機員安全報警系統組成

新型輪機員安全報警系統由2個或2個以上的新型輪機員安全報警裝置組成，其中主安全報警裝置安裝在機艙監控室或駕駛室，其他單元(從安全報警裝置)安裝在船樓、機艙、鍋爐間等場所，系統結構如圖1所示。所有的輪機員安全報警裝置結構相同，由程序根據撥碼開關的設定狀態確定運行主安全報警裝置的程序還是從安全報警裝置的程序。新型輪機員報警裝置之間通過RS-485總線相連，根據船舶的自動化程度的不同要求，有的新型輪機員安全報警系統還可與上一級的監控或管理系統之間通過RS-485總線相連。

圖1 新型輪機員安全報警系統

2 硬件設計

新型輪機員安全報警裝置以單片機STC89C52為控制核心，結合外圍撥碼開關、按鍵、時鐘芯片DS1302、I2C存儲芯片AT24C01、兩位數碼顯示模塊、聲光報警模塊和RS-485通信模塊等模塊構成，其硬件結構框圖如圖2所示。

圖2 新型輪機員安全報警裝置硬件結構框圖

撥碼開關用以識別報警裝置所處的位置;按鍵用以啟動、停止、確認報警(消音并重新計時)，同時與數碼管結合可設置報警時限，數碼管還用來顯示報警剩余時長或報警時顯示報警場所的地址代碼;聲光報警模塊由紅色高亮發光二極管、蜂鳴器及聲光報警輸出接口組成;時鐘芯片用以為報警判斷及記錄報警發生的時間提供依據;I2C存儲芯片用以存儲設置的報警時限值及報警發生的時間、處所;通信接口基于RS485，用于輪機員報警裝置之間及輪機員報警裝置與上一級監控單元或系統之間的通信;單片機采用宏基科技的STC89C52;電源模塊主要實現DC24V轉DC5V功能，采用雙DC24V供電方式，提高報警裝置持續供電的可靠性。本文主要介紹數碼顯示及按鍵模塊、日歷時鐘芯片和I2C存儲芯片的硬件設計。

2.1 數碼顯示及按鍵模塊

按鍵共4個，除“設置”鍵外，其余3個鍵均為復用按鍵，即與軟件相結合實現不同的功能:“+/啟動”、“－/停止”、“確認/確認(重新計時)”。三極管2B3904與鎖存器74ALS573共同為兩位數碼管提供驅動電流。

2.2 日歷時鐘芯片

為了準確計時，本設計中采用日歷時鐘芯片DS1302，DS1302的第5、6、7腳分別與單片機STC89C52的第26、28、27腳相連。

DS1302用于報警時記錄報警時刻及為報警判斷提供依據。報警判斷時，先讀取“啟動”按鍵按下時DS1302中的時間值保存為首次時間值，然后循環讀取DS1302中的時間值，用當前的時間值減去首次時間值，將差值與設定的報警時限值進行比較，差值大于等于設定值就報警，反之不報警。

2.3 I2C存儲芯片

為了保存設定的報警時限值及報警發生的時間和場所，本設計采用I2C芯片AT24C01進行存儲，AT24C01的第5、6腳分別與單片機的第6、5腳相連。

3 軟件設計

新型輪機員安全報警裝置的軟件主要包括主程序和通信中斷程序。主程序包括:初始化、參數設置、存儲、按鍵掃描、日歷時鐘芯片讀/寫、報警判斷、數碼顯示、數據發送等。通信中斷程序處理接收中斷。本文主要介紹日歷時鐘芯片讀/寫程序、I2C存儲芯片讀/寫程序和通信收/發程序的設計。

3.1 DS1302讀/寫程序設計

DS1302的控制命令字節結構見表1。表1中，位6如果為0，則表示存取日歷時鐘(CK)數據，為1表示存取RAM數據;位5至位1指示操作單元的地址(A4～A0);最低有效位(位0)為0表示要進行寫操作(WR)，為1表示要進行讀操作(RD)，控制字節總是從最低位開始輸出。

為了對任何數據傳送進行初始化，需要將復位腳置為高電平，且將8位地址和命令信息裝入移位寄存器。數據在SCLK(串行時鐘)的上升沿串行輸入，前8位指定訪問地址，確定讀/寫操作，命令字裝入移位寄存器后，在之后的時鐘周期，讀操作時輸出數據，寫操作時輸入數據。

表1 DS1302控制命令字節結構

DS1302的單字節讀寫時序見圖3。R/W位:為0表示寫操作，為1表示讀操作;R/C位:為0表示傳送的是指令，為1表示傳送的是數據。A0～A4:表示地址，D0～D7:表示數據。3.2AT24C01A讀/寫程序設計

圖3 DS1302讀/寫時序圖

AT24C01A是基于I2C通信的存儲芯片，其讀/寫時序如圖4所示。

圖4 AT24C01A讀/寫時序圖

每次送到I2C總線SDA上的數據必須是1個字節，傳輸的數據字節按照由高位到低位的順序發送，每發送1個字節必須跟1個響應位。主器件在SCL線上產生8個脈沖，第9個脈沖(為響應時鐘脈沖)低電平期間，發送器不釋放SDA線，即置高SDA;接收器件則把SDA線拉成低電平，以給出1個接收確認位，確認數據發送成功，保證數據完整性。

3.3 通信程序設計

本設計中，報警裝置之間、報警裝置主單元與上級監控系統之間采用RS-485通信方式，通信波特率在初始化程序中設置。通信程序中的數據發送采用主程序調用子程序方式，當從安全報警中的程序判斷需向主安全報警裝置發送報警信息或報警確認信息時，調用發送子程序;當主安全報警裝置中的程序判斷需向上一級發送報警信息，或需向從安全報警裝置發送報警信息或報警已確認信息時調用發送子程序，其程序流程圖如圖5所示。

數據接收采用中斷方式，其程序流程圖如圖6所示。

圖5 通信發送子程序流程圖

4 結語

實驗結果表明，所設計的基于單片機的新型輪機員安全報警裝置與現有產品相比，在功能上更為完善，能夠準確定位，及時發出報警信息，可有效地縮短施救時間。此外，所有安全報警裝置結構完全相同，僅通過程序根據撥碼開關設置的地址，即可實現主安全報警裝置或從安全報警裝置的功能，減少了所需備用裝置的數量，所以本設計具有較高的可靠性和實際應用價值。

圖6 通信中斷程序流程圖

［1］ 黃巧亮，劉維亭，朱志宇，等.一種死人報警裝置及其實現方法:中國，201210455976［P］.2013－01－30.

U665.26

B

2013-11-16

劉洪偉(1981－)，男，工程師，研究方向為船舶自動化。