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驾驶室航行值班报警系统的设计

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  摘 要:为避免因轮船值班驾驶员(OfficerOfWatch,OOW)意识水平降低或未履行职责而导致航海事故的发生,根据国际海事组织(InternationalMaritimeOrganization,IMO)海上安全委员会(Mari?timeSafetyCommittee,MSC)2002年5月20日通过的《驾驶室航行值班报警系统(BridgeNaviga?tionalWatchAlarmSystem,BNWAS)执行标准》,设计BNWAS.该系统采用分布式CPU结构和??榛峁?当驾驶室发生异常情况时,该系统可实时通过指示灯和警报声逐次提醒胜任的后备值班人员,同时驾驶室值班人员可通过系统的应急呼叫功能得到及时援助.相对于陆用工业设备,该报警系统具有更强的抗干扰能力,更加安全、可靠.
中国论文网 http://www.egsf.org/4/view-2574341.htm
  关键词:驾驶室;航行值班;报警系统;值班驾驶员;应急呼叫;现场总线
  中图分类号:U676.1;TP277.1 文献标志码:A
   Designofbridgenavigationalwatchalarmsystem
   HUANGXiaozhong
 ?。≒roductDevelopmentDepartment,ShanghaiRongdeEngineeringEquipmentCo.,Ltd.,Shanghai200135,China)
  Abstract:InordertoavoidmaritimeaccidentsresultedfromtheconsciousnessdecreaseoftheOfficerOf Watch(OOW)ortheOOW’sfailuretoperformduties,aBridgeNavigationalWatchAlarmSystem(BNWAS)isdesignedaccordingtothePerformanceStandardsforBNWASwhichwaspassedbyMari?timeSafetyCommittee(MSC)ofInternationalMaritimeOrganization(IMO)onMay20,2002.Thesys?temadoptsadistributed?CPUandmodularstructure.Whensomeabnormalityhappensinthebridge,the BNWAScanalertthequalifiedreserveOOWsuccessivelybyalarmlampandacousticalarminreal?time,andtheOOWcanreceiveimmediateassistancethroughthesystem’semergencycallfunctionatthesame time.Comparedwiththelandindustrialequipment,theBNWAShasstrongeranti?jammingability,andit issaferandmorereliable.
  Keywords:bridge;navigationalwatch;alarmsystem;officerofwatch;emergencycall;fieldbus
  2.1 主控制单元
  主控制单元安装在驾驶室内,接有两路系统电源:分别是主电源AC110/220V及船用蓄电池提供的备用电源DC24V,系统具备电源自动切换功能.主控制单元除了连接系统各功能单元外还设有连接船用黑匣子(VDR)通信接口、红外人体运动传感器、延伸应急按钮及运行控制等信号输入口.
  2.2 主操作面板
  主操作面板安装在驾驶室上值班驾驶员伸手可及之处,提供一系列的按钮和指示灯用于人机交互.值班员选择、运行状态指示、各类报警灯及计时值数码显示表明当前的运行状态.此外,面板上配备有[复位]按钮和[应急呼叫]按钮,按下[复位]按钮系统进入休眠期,并重新开始计时,已发生的报警则全部停止;[应急呼叫]按钮按下后直接触发第1级声光报警,5s后引发第2级声光报警,继续计时引发第3级声光报警.为了防止[应急呼叫]按钮误操作,还设计5s后悔期(其间再次按动[应急呼叫]按钮可解除应急呼叫状态).
  面板上的钥匙开关由船长掌管,用于控制系统启动、停止或对运行中的各项参数进行设定.可设定的参数包括当前的备用值班员、操作模式、休眠期和 声调等.设定后的参数被存储记录在主控制单元的FlashROM中予以?;?
  2.3 复位扩展按钮盒
  复位扩展按钮盒安装在与主操作面板有一定距离的驾驶室内适合观察和操作的地方,便于驾驶员在较大面积驾驶室内也能就近操作.根据需要,可选择配备一到两只复位扩展按钮盒,其复位按钮和声光报警器功能与操作面板相同.
  2.4 后备值班员报警盒和全员声光报警器
  这些报警盒(报警器)分别安装在4位后备值班员(船长、大副、二副、三副)房间和公共场所(如会议室、食堂及公共走道),当第2级报警发生时,选定的后备值班员房间的报警盒将发出相应的警报,而当第3级报警发生时全部报警单元一起动作.
  单片机LPC2368的RD1/TD1口接CAN收发器用于与主操作面板的辅CPU通信,而TXD1/RXD1和TXD2/RXD2两个串行口分别接到RSM485CHT和MAX3232电平转换芯片.前者为带光电隔离的RS485通信总线接口,用于连接航行记录仪或其他外设;后者为RS232通信接口,可作为近距离PC机通信或作为下载口使用.[6]复位电路使用带Flash存储器的电源监控芯片CAT1025JI?30,在提高系统可靠性的同时保存设置的参数.INT0/INT1和INT2中断口分别用于远程复位信号和(红外)人体运动探测器信号,当系统接收到复位脉冲时触发一段复位处理程序,系统进入休眠期,重新开始计时.
  3.2 现场总线
  现场总线技术是当前自动化技术的热点之一.作为符合国际标准的现场总线之一,CAN?bus已在世界范围内获得广泛应用.
  本系统的主、副CPU之间使用CAN总线连接.所选用的CPU单片机LPC2368其自身集成一个完整的CAN(遵循CAN规范V2.0B协议)控制器,具有强大的诊断监控功能,并在很大程度上简化器件编制难度.考虑到现场电磁环境的复杂性,为确保通信可靠,选用CTM1050作为本系统的CAN收发器芯片.CTM1050是一款带隔离的高速CAN收发器
  3.3 电源和信号
  本系统共有两路供电电源,分别来自船用发电机的主电源AC110/220V及来自船用蓄电池的备用电源DC24V,要求系统对两路电源进行监控并有自动切换功能,当任一电源停止供给时系统会发出相应的报警提示.除了以上的供电保障功能要求外,船舶规范要求一系列电磁兼容性试验大多与电源相关,大致也可分为3类:本系统通过电源导线对其他船用设备的干扰;模拟其他船用设备通过电源和信号线对本系统的影响;模拟雷击、断电、电源倒置、电压异常波动等情况.
  兼顾各方面要求,系统电源电路设计增加相应措施,见图5.主电源AC110/220V及备用电源DC24V分别先经抗干扰滤波器后接入系统,经由电源自动切换组件到达主控制单元.主控制单元电源入口处并联一个瞬态抑制二极管ZIN1.ZIN1是一种双向瞬态电压抑制二极管,用该器件吸收尖峰高压有很好的效果.而二极管VDIN1用于限制电源的导通方向,经过L1,C1,C2滤波,然后通过DC/DC??榻缭锤衾氩⑽妊怪?V,专给CPU及其接口芯片供电.本系统选用的DC/DC??榫哂惺淙氲缪狗段Т?、输出过流?;?、输出过压?;?、输出电压精度高等功能.为了降低噪声和干扰,还将模拟电路的电源与数字电路的电源高频噪声进行隔离,图5中的L2,L3及C5,C6等就是用于电源高频隔离的元件.
   3.4 系统自检和故障报警
  这是船用测控设备的高可靠性重要体现.为提高BNWAS的抗干扰能力及可靠性,设计系统硬件时,主控制单元与外部扩展配件间的线路全部采用光电隔离,并设置断线检测的回路.系统根据光电耦合器的工作电流特性,利用稳压二极管击穿前电流微小、击穿后稳压的特点,来很好地解决外电路与主机之间既有电隔离又必须有外回路断线检测的难题.典型的接口电路见图6.
  器触点信号输入前附加少量预处理电路:在任意一只传感器输出触点从断开态转向闭合的瞬间,该电路可在CPU的INT2口产生负脉冲,而且可在任意一只传感器断线故障时在该口上获得故障信息.
  多个运动传感器的接口电路见图7.在图7中假定系统应用4只红外人体运动传感器PM1~PM4,它们的4个输出触点PK1~PK4串联在输入触点回路上,用LM317和RJ1组成10mA恒流源向传感器触点回路供电,当4个输出触点处于某种稳定状态(或某几个断开、某几个闭合)时,Va值由流
  4 结束语
  所设计的BNWAS在软件配合下,硬件上采取主、副CPU结构,CAN现场总线,电源设计和外部配件的光电隔离及故障检测,不但具有较高的抗干扰能力、可靠性及安全性,而且功能完善.
  参考文献:
 ?。?]IMORESOLUTIONMSC.128(75).PerformancestandardsforaBridgeNavigationalWatchAlarmSystem(BNWAS)[S].IMO:20May2002.
 ?。?]IMORESOLUTIONA.1021(26).Codeonalertsandindicators[S].IMO:18January2010.
 ?。?]IEC62616.Maritimenavigationandradiocommunicationequipmentandsystems?bridgenavigationalwatchalarmsystem[S].IEC:2010(E).
 ?。?]周立功.ICAN现场总线原理与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007.
 ?。?]周立功.ARM嵌入式系统基础教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.
 ?。?]钟鸣泉,黄学武,?;?基于ARM微处理器的多串口多协议网关设备设计[J].上海海事大学学报,2008,29(1):62?66.
 ?。?]毛兴武.新型电子元器件及其应用技术[M].北京:中国电力出版社,2010.
 ?。?]夏永明,孔凡花,王洋,等.船用智能同步检测、指示、控制仪表[J].上海海事大学学报,2010,31(4):40?44.
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