基于單片機的船舶機艙組合報警系統設計

孫艷秋

（渤海船舶職業學院，遼寧葫蘆島 125000）

0 引言

按照CCS《鋼質海船入級規范》和SOLAS公約要求，在現代船舶中,一些較重要設備的報警,如：通用緊急報警、CO2釋放報警、火災報警、電話呼叫、車鐘呼叫、機器故障報警和輪機員安全報警等，除了有單獨的報警板之外，還把報警信號傳輸到機艙組合報警系統，發出相應的聲光報警，以便通知機艙工作人員及時采取應急處理措施。為了保證接收人員能夠區分報警信號的種類，機艙組合報警系統要能夠發出多種不同音調的報警聲響，且兩個或兩個以上報警信號同時發生時，只能發出高優先級的報警信號聲響。機艙組合報警系統輸入信號說明見表1。

本文利用單片機控制可靠性好、簡單靈活等優點，采用宏晶STC12C5608AD單片機和音頻功率放大器芯片TDA1013B，設計了一種具有多輸入通道、多音調選擇、可區分報警優先級的報警控制電路，該報警電路可廣泛應用于實船機艙組合報警系統。

1 基于單片機的機艙組合報警系統總體方案設計

系統采用STC12C5608AD單片機作為控制核心，音頻功率放大功能由TDA1013B芯片完成，靠軟件實現不同音調的報警聲響，便于修改；各路報警輸入信號音調選擇可以通過接在單片機I/O口上的編碼開關來選擇；報警信號的優先級順序則靠軟件查詢來實現。系統包括：控制器芯片及電源部分、報警信號輸入、報警音調選擇電路、功放電路等幾部分，總體結構如圖1所示。采用單片機引腳P3.7作為音頻脈沖信號輸出口，驅動功放芯片，使揚聲器發出聲音。7 路具有優先級的報警輸入信號經光耦隔離后輸入單片機。單片機使用11個I/O 口對編碼開關進行定時掃描，其中7個用于編碼開關的選通，4個用于輸入各個編碼開關的狀態[3]。

2 系統硬件設計

2.1 單片機及其電源電路

STC12C5608AD單片機具有超速、低耗、超強抗干擾能力等優點，指令代碼完全兼備8051，但是速度比8051快8-12倍[2]。單片機采用外部6 MHz 晶振電路，由集成穩壓器芯片7805將系統供電電源DC24 V 轉換為5 V 電壓，給單片機供電。24 V 直流電壓可作為報警輸入信號的正電壓，同時也為音頻功率放大器芯片供電。如圖2所示為系統所用單片機及其電源電路。

2.2 報警信號輸入部分

機艙組合報警系統的 7路報警信號來自各系統的獨立報警板，以無源常開觸點的形式送入[5]。報警輸入信號IN0~IN6經光耦耦合器隔離后，輸入單片機的P1口,分別占用P1.0~P1.6，采用軟件查詢方式判斷各路報警信號是否發生。如圖 3所示為其中一路報警信號輸入電路。

2.3 報警音調選擇電路

一路報警信號對應一個十進制的編碼開關，報警信號播放的音調，取決于編碼開關的設定值，最多可有0～9十種音調供選擇，如圖4所示。接在P1口上的報警輸入信號與接在P2口上的音調選擇開關之間的對應關系為：P1.X→P2.X。單片機對報警輸入電路進行定時掃描，如果輸入口狀態全為“1”，表示無報警；如果P1.0～P1.6 七個引腳中有一個為低電平， 則表示有對應的報警信號輸入。然后通過軟件令對應的P2.X輸出低電平，再讀取接在該位上的編碼開關P3.0～P3.3 的狀態，可以得到對應的編碼開關的編碼，選擇該編碼對應的音調程序驅動音調輸出口P3.7即可。

2.4 音頻功率放大電路

單片機輸出的音頻報警信號包括音階（音符的頻率）和節拍。利用單片機發聲的基本方法是：高低不同的音調取決于單片機輸出脈沖信號的頻率，節拍則決定了該音調持續多長時間。在單片機中，音調和節拍是由兩個字節組成的：第一字節是音符字節，決定音調的高低即輸出脈沖的頻率，第二字節是節拍字節，決定音調長短的持續時間。因此，算法很簡單：定義單片機的一個I/O引腳為聲音輸出口，在規定的節拍時長內（可用定時器定時），在所定義的I/O引腳上根據音符字節的大小輸出相應頻率的脈沖，該脈沖就是單片機產生的音頻信號，使用該脈沖去驅動音頻功率放大器，功放的輸出端驅動報警電笛即可。本設計選用TDA1013B音頻功率放大器來驅動報警電笛，TDA1013B是一種帶有直流音量控制的集成音頻功率放大器，供電電壓范圍10～40 V 。

控制電壓2～6.5 V，外部只需很少的元器件，性能穩定，驅動能力強。驅動電路如圖5 所示。功放芯片1，9 腳是地。24 V 電壓經LC 濾波后輸入3 腳。單片機輸出的報警信號經電阻分壓和點電容隔直后輸入芯片第8 腳。芯片第7 腳接可變電阻，用于音量調節。

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3 系統軟件設計

系統的軟件采用模塊化設計，要點如下：

1）主程序開始為初始化模塊，所使用的I/O口、定時器、計數器、中斷要初始化；2）采用軟件查詢方式判斷是否有報警信號輸入，是哪一路輸入，各路報警信號輸出程序以子程序調用的方式處理，因此主程序的核心程序段是一段無限循環的查詢程序。3）如果同時有多個報警信號輸入，則優先級高的輸入得到響應，由軟件查詢順序的先后來實現報警優先級排隊。然后讀取編碼開關的狀態，看需要輸出哪種報警音調。再進行報警信號輸出，一個輸出周期結束后，重新循環。軟件設計流程圖如圖6所示。

4 結束語

上述基于STC12C5608AD單片機和TDA1013B音頻功率放大器設計的機艙組合報警系統控制電路，符合CCS規范和GB9193-2005《船舶聲光報警信號和識別標志》要求，軟件修改方便，可靠性較高，報警燈柱和報警燈板構成靈活，已在多艘實船上得到應用。

[1]B9193-2005船舶聲光報警信號和識別標志[M]. 北京：人民交通出版社，2006.

[2]STC單片機官網， www.STCMCU.com.

[3]高建樹，許亮亮. 基于單片機的多點測控系統設計[J]. 微計算機信息, 2009.

[4]胡漢廣. 單片機原理及其接口技術[M]. 北京：清華大學出版社，1999.