基于分布式总线的船舶非接触数字式艉轴转速测量装置

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

船舶在航行过程中，指挥操纵人员需要实时了解艉轴转速和转向等船舶航行数据n ，船舶操纵装置需要将艉轴转速作为船舶自动操纵模式控制信号的反馈，因此在船舶上有必要配置艉轴转速测量装置 。

船舶艉轴转速测量可通过电动转速表、全数字电路式艉轴转速测量仪来实现。

电动转速表由测速发电机、转速指示表、链轮、链条等部件组成。船舶艉轴通过链轮和链条带动测速收稿 日期：2013-01-24作者简介：范则阳(1978-)，男，湖北浠水人 ，工程师，主要从事船舶电气方面的研究.E-mail：315064792###qq-m第6期 范则阳：基于分布式总线的船舶非接触数字式艉轴转速测量装置 ·709 ·式将信号盘固定在尾轴上。这种安装方式不影响船舶艉轴的结构。

在信号盘的边缘开有 12个粗条形孔和60个窄条形孔，均匀分布在信号盘的360。上。粗条形孔为测向孑L，用以判断旋转方向，窄条形孔为测速孔，用以判断旋转速度。

3.2.2 光 电转换器设计光电转换器的主要功能是采集转速、转向信号、并向控制箱传送信号，主要由红外发射接收对管 、放大及比较电路组成。

光电转换器上有3对红外发射和接收对管。转盘在转动的时候不断地切断发射、接收通道 ，产生-系列的脉冲。其中1对红外发射接收对管用于测量转速信号，对信号盘的窄条形孔进行测量。依据转盘结构，当转盘转动6。时 ，窄条形口上有-个红外脉冲被遮挡，产生-个计数脉冲。当转盘每秒钟转-圈，窄条形 口会产生60个计数脉冲。另外2对红外发射接收对管用于测量转向信号，对信号盘的粗条形孑L进行测量。每个对管产生-个脉冲，依据脉冲产生的先后顺序可以判断出转盘旋转的方向 。

光电转换器送人到控制箱内的信号有方向信号D1/D2、旋转速度脉冲信号Rin。光电转换器的电源(24 V)由控制箱提供。

3.2.3 控制箱设计控制箱主要由电源和控制箱主板组成。电源采用开关电源，将单相220 VAC转为24 VDC，为控制箱主板供电∝制箱主板由电源转换拈、光电隔离器、微控制单元MCU、RS485通讯拈组成。

控制箱主板原理如图5所示∝制箱主板采用Minmax公司MKw1032(24 V转5 V，lO w)电源拈，可以让外界对电源的干扰尽量降低 。本研究采用4N25光电耦合器，对光电转换器送人的方向信号D1/D2、旋转速度脉冲信号Rin进行光电隔离。采用高性能单片机 PIC18F4680作为MCU，对转速和转向信号进行处理。采用RSM485通讯拈对外通讯。

图5 控制箱主板原理框图主板上还采用-个4位拨码开关，用以定义壁挂式和镶嵌式显示板上”、-”的方向和显示-个固定字符，方便调试。

3.2.4 箱式显示器设计箱式显示器 主要由电源拈和显示驱动板组成。电源拈采用开关电源，将单相220 VAC转为24 VDC，为显示驱动板供电。显示驱动板由电源转换拈、RS485通讯拈、微控制单元MCU、数码管驱动电路、数码显示管组成。

显示驱动板原理如图6所示。显示驱动板采用MKW1032电源拈(24 V转5 V，10 W)。采用RSM485通讯拈接收控制箱传来的转速和转向信号。采用PIC18F4680单片机对数据进行解析。数码管驱动芯片采用CH45 1S，数码管选用-个米字型和3个普通数码管。米字型数码管用以显示方向，正转显示为”，反转显示为-”。

图6 显示驱动板原理框图3.3 软件协议箱式显示器与控制箱之间通过RS485总线通信，模式为控制箱以广播的形式向显示器发送艉轴转速数据，通讯协议格式如表 1所示。

表1 软件协议4 装置工作流程设备工作流程为：信号盘安装在船舶艉轴上，同艉轴-起转动，信号盘上均匀分布60个测速孑L和12个测向孔。在艉轴旋转时，由光电转换器发出的红外光穿过信号盘上的测速孔和测向孔，由光电转换器上的红外光敏管接收后形成-系列脉冲信号。脉冲信号经光电转换器稳定、放大后(转速为脉冲信号，5 VDC电平，转向为高低电平信号，5 VDC)送控制箱。

控制箱将光电转换器送来的转速和转向信号进行隔离后，由单片机对信号进行处理，并通过RS485· 7lO · 机 电 T 程 第30卷总线以广播的形式发送到箱式显示器。

箱式显示器将控制箱送来通讯信号按照协议进行解析，并驱动数码管，显示转速及转向信息。

图7 装置连接关系图信号盘、光电转换器、控制箱安装在船舶艉轴部位。箱式显示器通过RS458总线顺次连接，-般分别安装在艉轴部位、推进集控部位、船舶操舵部位、导航部位。箱式显示器可根据船舶设计的需要进行增减。该装置可广泛应用于各种类型和各种吨位的船舶，具有以下优点：(1)采用单片机进行信号的处理，大大提高了系统的抗干扰能力 ，使得每个设备的转速显示完全-致。

(2)采用RS485总线通信，显示器的数量可扩展，具有较好的扩展性 。

(3)在电路板设计过程中，考虑了电磁兼容性设计，采用隔离电源拈以及光电耦合器等方式，提高了设备抗传导和辐射干扰的能力，改善了设备的性能。

6 结束语本研究针对电动转速表和全数字电路式艉轴转速测量仪的缺点，利用 RS485总线技术，重点考虑了抗干扰能力和电磁兼容性方面要求，设计并开发了-种船舶非接触式数字转速测量装置。

该装置具有体积孝实时性好、抗干扰能力强、无振动和空气噪声 、扩展性能好的优点，已经广泛应用于各型船舶，并取得了良好的效果。