专利名称：船用柴油机机旁控制箱主控板的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种自动控制领域，尤其涉及船用柴油机机旁控制箱主控板。
背景技术：
随着自动化控制技术的不断发展，采用网络化和数字化的新型船用电路板 设计正在逐渐取代传统的设计模式。新型船用电路板要求在硬件和软件设计上 都遵循标准化和模块化的设计理念。通过简单配置软、硬件功能就可以适用于
不同类型的柴油机。另外，船用自动化领域普遍要求采用CAN现场总线技术， 通过网络协议转换后接入以太网进行传输，实现信息共享。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种网络化、数字化的船用柴油机 机旁控制箱主控板。
本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是一种船用柴油机机 旁控制箱主控板，包括模拟量输入模块、开关量输入模块、模拟量输出模块、 开关量输出模块、主微处理器模块以及CAN通讯模块。模拟量输入模块，用 以采集模拟量信号。开关量输入模块用以采集开关量信号。模拟量输出模块用 以输出模拟量信号。开关量输出模块用以输出开关量信号。主微处理器模块分 别连接所述模拟量输入模块、开关量输入模块、模拟量输出模块以及开关量输 出模块，用以采集模拟量信号、开关量信号，根据采集的信号进行数据处理和 运算，并输出开关量信号和模拟量信号。CAN通讯模块用以连接该主微处理器 模块至一CAN总线。
在本实用新型的一实施例中，上述的船用柴油机机旁控制箱主控板还包括 脉冲量输入模块、从微处理器模块以及SPI总线传输模块。脉冲量输入模块用以采集脉冲量信号，并根据脉冲信号获得一频率信号。从微处理器模块连接该 脉冲量输入模块，从微处理器模块采集该频率信号并通过SPI总线传输给该主 微处理器模块。SPI总线传输模块连接于该主微处理器模块与该从微处理器模 块之间。
在本实用新型的一实施例中，上述的船用柴油机机旁控制箱主控板还包括电 源隔离过滤模块，用于电气分离该主控板的数字电源和模拟电源，以及数字接 地和模拟接地。
在本实用新型的一实施例中，该CAN通讯模块为冗余CAN通讯模块，所 述CAN总线为两路独立总线。
在本实用新型的一实施例中，该模拟量输出模块包括ADUM1200隔离模块 和LM324放大器。
在本实用新型的一实施例中，该模拟量输入模块由LM324放大器和外围电 路构成。
在本实用新型的一实施例中，该开关量输入模块由光隔PS2801-4和外围电 阻构成。
在本实用新型的一实施例中，该开关量输出模块包括继电器，其中继电器 线圈两端并联续流二极管。
本实用新型由于采用以上技术方案，使之与传统的船用柴油机机旁控制箱 主控板相比，具有网络化、数字化的特点，因此能更好地适应船用自动控制技 术的需求。
为让本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，
以下结合附图对 本实用新型的具体实施方式
作详细说明，其中
图1是根据本实用新型一实施例的船用柴油机机旁控制箱主控板结构框图。
图2是本实用新型的电源模块及电源过滤电路图。
图3是本实用新型的微处理器模块电路图。
图4是本实用新型的ADC模拟量输入模块电路图。
图5是本实用新型的模拟量输出模块电路图。图6是本实用新型的脉冲量输入模块及从微处理器电路图。 图7是本实用新型的开关量输入模块电路图。 图8是本实用新型的开关量输出模块电路图。
具体实施方式
参照图1所示，本实用新型所提供的机旁控制箱主控板ioo主要由主、从
微处理器模块101、 102、电源模块110、电源隔离过滤模块(如图2所示)112、 CAN通讯模块120、模拟量输入模块130、模拟量输出模块140、脉冲量输入 模块150、 SPI总线传输模块160、开关量输入模块170和开关量输出模块180 构成。下面参照具体的电路图分别说明各个模块的实例。
主微处理器模块101是以PHILIP LPC2129为核心的微处理器模块。 LPC2129是基于一个实时仿真和跟踪的32位ARM7TDMI-S CPU,并带有 256K字节(KB)的高速Flash存储器，128位宽度的存储器接口和独特的加速 结构使32位代码能够在最大时钟速率(60Hz工作频率)下运行。16KB片内 静态RAM; Embedded ICE-RT可实现断点和观察点，当使用片内Real Monitor 软件对前台任务进行调试时，中断服务程序可继续运行；嵌入式跟踪宏单元 (ETM)支持对执行代码进行无干扰的高速实时跟踪；2个互连的CAN接口， 带有先进的验收滤波器；4路10位A/D转换器，转换时间低至2.44M。多个串 行接口，包括2个16C550工业标准UART、高速fC接口 (400kbit/s)和2个 SPI接口； 2个32位定时器(带4路捕获和4路比较通道)、P丽单元(6路 输出)、实时时钟和看门狗；多达46个通用I/0口 (可承受5V电压)，9个 边沿或电平触发的外部中断引脚。
主微处理器模块101和从微处理器模块102之间通过SPI总线传输模块160 连接，作为整体微处理器，用于采集开关量信号、脉冲信号、模拟量信号，根 据采集的数据进行数据处理和运算，并输出开关量信号和模拟量信号。其中从 微处理模块102主要用来采集脉冲量，并将频率信号通过SPI总线传递给主微 处理模块101。
参照图3所示，主微处理器模块101通过CAN通讯模块120连接到CAN 总线(现场总线)，以便与其他设备通讯。CAN通讯模块120较佳地为具有双CAN接口的冗余通讯模块，用于向两路独立总线CAN1、 CAN2提供差动发送 功能和差动接收功能，并按标准自动完成物理层和数据链路层的所有功能。 CAN通讯模块120可由两片型号为CTM1050的CAN控制器组成。CTM1050 是一款带隔离的高速CAN收发器芯片，该芯片内部集成了所有必需的CAN隔 离及CAN收、发器件，具有隔离、ESD保护功能；完全符合ISO 11898标准 的CAN收发器；速率最高达1Mbit/s;高低温特性好，能满足工业级产品技术 要求。
参照图2所示，本主控板的电源模块110由FKC08-24S05的电源模块和二 极管组成的桥路、两个电容构成。电源过滤模块112用于把主控板上的数字电 源与模拟电源分开，并把数字接地与模拟接地分开，为数模转换提供稳定的电 源，电源过滤模块120由两个电感、两个电阻、两个电容组成。
ADC模拟量输入模块130用于模拟量信号的输入转换，参照图4所示， ADC模拟量输入模块130由一片型号为LM324的放大器和外围电路组成。
模拟量输出模块140用于处理4-20mA信号的输出。模拟量输出模块140 通过调整PWM信号的占空比来控制输出模拟量的大小。参照图5所示，模拟 量输出模块140用ADUM1200隔离模块和LM324放大器构成。PWM输出信 号先通过ADUM1200数字隔离器之后，再用LM324放大器将信号放大后通过 一片2N3904三极管输出。
脉冲量输入模块150用于采集脉冲信号，根据脉冲信号的高低电平变换来 测量频率，该频率由从微处理器模块102采集处理后通过SPI总线传递给主微 处理器模块。脉冲量输入模块150及从微处理器模块102的组成如图6所示， 其中从微处理器模块102以外的部份组成脉冲量输入模块150。
参照图7所示，开关量输入模块170有16路开关量输入，由4片光隔 PS2801-4 (四路)和外围电阻构成，其中PS2801-4起到了良好的隔离作用。
参照图8所示，开关量输出模块180可处理8路开关量输出，该模块由 74LS00四与非门(两片)、光隔PS2801-4、 二极管1N4004、 24V继电器以及 若干个电阻、电容构成。值得一提的是，为防止继电器线圈瞬间断电瞬间产生 较高的感应电压，在继电器线圈两端应并联整流二极管1N4004。
本实用新型由于选用C認总线，且各模块由贴片技术制造，使本实用新型印刷电路板尺寸小、功能全，具有高精度和高稳定性等特点。特别是本实用新 型采用现场总线技术，使得该系统更能适应新型机旁监测控制系统的需要。
本实用新型提供具有以上数字化特点的机旁控制箱主控板，应用于模块化 的船用柴油机机旁监测控制系统中。船用柴油机机旁控制系统采用触摸按键、 液晶屏显示的形式，可根据用户需求进行参数配置设定、修改；具有友好的人 机界面，操作简单直观、方便。可实现柴油机的正常和热、冷机起动、柴油机
起动失败和3次自起动控制、正常停车和安全保护停车、停车失败处理、起动
联锁判断、起动部位转换、越控停车或降速等控制功能。机旁控制模式分为遥 控和机旁两种，遥控模式是指遥控信号由监控模块、标显台、遥控模块等远程
控制平台发令，机旁控制箱主控模块实施；机旁模式是指在机旁控制箱面板上 由点击按钮直接发令，机旁控制箱实施。由机旁控制箱检测到的数据通过CAN 总线发送到显示模块进行显示或通过转换成模拟量和开关量输出供仪表和操 作灯显示。
虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新 型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许 的修改和完善，因此本实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
权利要求1.一种船用柴油机机旁控制箱主控板，其特征在于包括模拟量输入模块，用以采集模拟量信号；开关量输入模块，用以采集开关量信号；模拟量输出模块，用以输出模拟量信号；开关量输出模块，用以输出开关量信号；主微处理器模块，分别连接所述模拟量输入模块、开关量输入模块、模拟量输出模块以及开关量输出模块，用以采集模拟量信号、开关量信号，根据采集的信号进行数据处理和运算，并输出开关量信号和模拟量信号；以及CAN通讯模块，用以连接该主微处理器模块至一CAN总线。
2. 如权利要求l所述的船用柴油机机旁控制箱主控板，其特征在于还包括 脉冲量输入模块，用以采集脉冲量信号，并根据脉冲信号获得一频率信号； 从微处理器模块，连接该脉冲量输入模块，从微处理器模块采集该频率信号并通过SPI总线传输给该主微处理器模块；以及SPI总线传输模块，连接于该主微处理器模块与该从微处理器模块之间。
3. 如权利要求l所述的船用柴油机机旁控制箱主控板，其特征在于，还包 括电源隔离过滤模块，用于电气分离该主控板的数字电源和模拟电源，以及数 字接地和模拟接地。
4. 如权利要求1所述的船用柴油机机旁控制箱主控板，其特征在于，该 CAN通讯模块为冗余CAN通讯模块，所述CAN总线为两路独立总线。
5. 如权利要求l所述的船用柴油机机旁控制箱主控板，其特征在于，该模 拟量输出模块包括ADUM1200隔离模块和LM324放大器。
6. 如权利要求l所述的船用柴油机机旁控制箱主控板，其特征在于，该模拟量输入模块由LM324放大器和外围电路构成。
7. 如权利要求l所述的船用柴油机机旁控制箱主控板，其特征在于，该开 关量输入模块由光隔PS2801-4和外围电阻构成。
8. 如权利要求l所述的船用柴油机机旁控制箱主控板，其特征在于，该开 关量输出模块包括继电器，其中继电器线圈两端并联续流二极管。
专利摘要本实用新型涉及一种具有网络化、数字化特点的船用柴油机机旁控制箱主控板，包括模拟量输入模块、开关量输入模块、模拟量输出模块、开关量输出模块、主微处理器模块以及CAN通讯模块。模拟量输入模块，用以采集模拟量信号。开关量输入模块用以采集开关量信号。模拟量输出模块用以输出模拟量信号。开关量输出模块用以输出开关量信号。主微处理器模块分别连接所述模拟量输入模块、开关量输入模块、模拟量输出模块以及开关量输出模块，用以采集模拟量信号、开关量信号，根据采集的信号进行数据处理和运算，并输出开关量信号和模拟量信号。CAN通讯模块用以连接该主微处理器模块至一CAN总线。
文档编号F02D28/00GK201321899SQ20082015724
公开日2009年10月7日 申请日期2008年12月17日 优先权日2008年12月17日
发明者赟 刘, 健 吕, 帆 吴, 航 周, 博 张, 平 张, 鹤 黄 申请人:中国船舶重工集团公司第七一一研究所