专利名称：船舶气象仪测试系统的制作方法
技术领域：
本发明属于海洋监测技术领域，具体地说，是涉及一种对船舶气象仪的运行情况
进行检测的测试系统。
背景技术：
船舶气象仪是舰船导航系统的重要设备之一，可以测量舰船所在位置海区的风 速、风向、温度、湿度、气压等多项气象要素，进而向舰船导航系统传送实时的气象参数。船 舶气象仪一旦故障，将会影响舰船的导航系统，因此必须保证船舶气象仪能够时刻处于良 好的工作状态。 为了保障船舶气象仪能够处于良好的状态，需要先进的测试技术和便携式的测试 设备对船舶气象仪的运行情况进行检测。但是，目前市面上还没有出现一套完整的测试系 统来完成对现有船舶气象仪的检测任务，以满足普通船舶操作人员的使用和保障需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对现有船舶气象仪而设计的船舶气象仪测试系统， 以实现对船舶气象仪运行状况的快速、准确检测。 为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现 —种船舶气象仪测试系统，包括用于测试船舶气象仪中主仪器运行状态的主仪器 检测模块、用于测试船舶气象仪中传感器运行状态的传感器检测模块、以及与所述主仪器 检测模块和传感器检测模块连接通信的信息处理终端。 进一步的，在所述主仪器检测模块中包括处理器和与所述处理器相连接、用于模 仿船舶气象仪中各种气象要素传感器产生并输出信号的仿真电路。 其中，在所述的仿真电路中包括风速信号仿真电路、风向信号仿真电路、温度信号 仿真电路、湿度信号仿真电路、气压信号仿真电路、降水量信号仿真电路和能见度信号仿真 电路中的至少一种。 又进一步的，在所述温度信号仿真电路、湿度信号仿真电路、气压信号仿真电路和
降水量信号仿真电路中包含有数模转换器，所述数模转换器接收处理器输出的数字信号，
转换成模拟信号输出；在所述风速信号仿真电路和风向信号仿真电路中均包含有整形电路
和隔离电路，所述整形电路连接处理器的I/O 口，接收处理器输出的脉冲信号或开关量信
号，进行波形整形处理后，通过隔离电路输出；在所述气压信号仿真电路和能见度信号仿真
电路中包含有电平转换模块，接收处理器输出的数据信号并转换成串行数据输出。 为了方便本发明的船舶气象仪测试系统与船舶气象仪中的主仪器插接测试，在所
述仿真电路上设计了多种类型的接插件，进而通过接插件连接船舶气象仪中的主仪器，所
述接插件的类型与船舶气象仪中主仪器的接口类型相适配。 再进一步的，在所述传感器检测模块中包括微处理器和用于接收船舶气象仪中各 种气象要素传感器输出信号的调理电路，所述调理电路对接收到的信号进行处理后传输至
3所述的微处理器。 其中，在所述调理电路中包含有风速信号调理电路、风向信号调理电路、温度信号 调理电路、湿度信号调理电路、气压信号调理电路、降水量信号调理电路和能见度信号调理 电路中的至少一种。 更进一步的，在所述温度信号调理电路、湿度信号调理电路、气压信号调理电路和 降水量信号调理电路中包含有模数转换器，接收传感器输出的模拟信号，转换成数字信号 传输至微处理器；在所述风速信号调理电路和风向信号调理电路中均包含有整形电路和隔 离电路，传感器输出的脉冲信号或开关量信号经隔离电路传输至整形电路，进行波形整形 处理后，传输至微处理器；在所述气压信号调理电路和能见度信号调理电路中包含有电平 转换模块，所述电平转换模块通过RS232或者RS485串口接收传感器输出的串行数据，转换 成微处理器所支持的信号格式传输至所述的微处理器。 同样的，为了方便本发明的船舶气象仪测试系统与船舶气象仪中的传感器插接测
试，在所述调理电路上设计了多种类型的接插件，进而通过所述接插件连接船舶气象仪中
的传感器，所述接插件的类型与船舶气象仪中传感器的接口类型相适配。 优选的，所述主仪器检测模块和传感器检测模块通过CAN总线与信息处理终端连
接通信；在所述信息处理终端中包含有中央处理器与所述中央处理器相连接的按键单元和
显示屏。 与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是本发明的船舶气象仪测试系统针 对目前船舶上普遍使用的气象仪器进行专门设计，能够很好地完成船舶气象仪的故障测试 任务，縮短船舶气象仪的测试诊断时间，满足船舶气象仪的快速维修要求，操作简便，测试 效率高，大大降低了气象仪的维修费用。 结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更 加清楚。
图1是本发明所提出的船舶气象仪测试系统的一种实施例的系统总体架构图；
图2是图1中信息处理终端的一种实施例的硬件系统组建框图；
图3是图1中主仪器测试模块的一种实施例的硬件系统组建框图；
图4是图1中传感器检测模块的一种实施例的硬件系统组建框图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行详细地描述。 本发明的船舶气象仪测试系统在仔细分析现有船舶气象仪软硬件原理和结构的 基础上，并充分考虑舰船的维修环境，确定了便携式、模块化设计思想。由于船舶气象仪主 要由主仪器和各种气象要素传感器两大部分组成，因此，本发明的船舶气象仪测试系统针 对性地分别设计了用于测试船舶气象仪中主仪器运行状态的主仪器检测模块和用于测试 船舶气象仪中传感器运行状态的传感器检测模块，以及为协调系统正常运行而与所述主仪 器检测模块和传感器检测模块连接通信的信息处理终端。系统总体框图如图l所示。
下面通过一个具体的实施例来详细阐述所述船舶气象仪测试系统的具体电路构建形式及其工作原理。 实施例一，参见图1所示，在本实施例的船舶气象仪测试系统中，信息处理终端是 系统的控制核心，可以提供人机交互的界面和操作按键等，以响应用户的操作命令并实时 显示检测信息，进而实现对船舶气象仪故障的快速定位。 本实施例的船舶气象仪测试系统可以提供三种工作方式检测船舶气象仪中主仪 器的运行状态、检测船舶气象仪中传感器的运行状态、以及系统自身运行状态的自检测。
下面对系统上述三种工作方式的具体工作原理进行详细论述如下
(1)对船舶气象仪中的主仪器进行检测 本实施例的船舶气象仪测试系统可以对船舶气象仪中的主仪器进行逐级测试，以 判断主仪器及其内部功能模块是否存在故障。检测时，维修人员可以通过信息处理终端将 操作命令传输至主仪器检测模块，利用主仪器检测模块仿真输出用户所设定的传感器信 号，进而作用于船舶气象仪中的主仪器，以观察气象仪中的主仪器是否按照设定的规律发 生了变化，并以此来判断主仪器是否存在故障。其连接方向及工作流程参见图1中上方实 线箭头所示。 在具体操作过程中，本实施例的主仪器检测模块可以分三档仿真输出传感器信
号，比如低档、中档、高档。维修人员可以按照从内到外或者从外到内的顺序将传感器信号
逐级连接到船舶气象仪中主仪器相应的接插件上，同时观察船舶气象仪显示屏上风速、风
向、温度、湿度、气压、降水量和能见度等的测量数据，如果这些测量数据跟随船舶气象仪测
试系统设定值的变化而变化，可以确定这一级没有故障；否则，可以确定故障就在这一级。 举例说明比如按照从外到内的顺序逐级检测船舶气象仪的主仪器。首先，将主仪
器检测模块输出传感器信号的接插件连接到气象仪主仪器的外部接插件上，观察船舶气象
仪的测量数据，若运行正常，则气象仪整机无故障，无需进行下一步测试。若运行不正常，则
故障可能出现在外部接插件或者内部功能模块上，此时，需要将主仪器检测模块的接插件
连接到气象仪主仪器内部的转接板上，进行第二级测试。若气象仪运行正常，则故障就在外
部接插件上，无需再进行下一步测试，直接维修或者更换气象仪主仪器的外部接插件即可。
若运行仍不正常，则故障可能出现在转接板或者内部独立功能的电路模板上，此时，需要将
主仪器检测模块的接插件连接到气象仪主仪器内部的独立功能电路模板上，进行第三级测
试，以此类推，以实现故障的准确定位。 为了方便主仪器检测模块与气象仪主仪器相连接，本实施例优选按照气象仪主仪
器中设置的各级接插件类型选择与之适配的接口类型来设计主仪器检测模块的接插件类
型，以方便维修人员的测试工作。
(2)对船舶气象仪中的传感器进行检测 本实施例的船舶气象仪测试系统可以通过传感器检测模块实现对现有船舶气象 仪中传感器设备及其传输线路是否故障做出准确的检测和快速的判断。检测时，维修人员 可以利用传感器检测模块上配置的电缆接插件连接船舶气象仪中需要测试的传感器，接收 传感器发出的信号，进行转换后传输至信息处理终端，以实时显示测量值或者检测结果。维 修人员按照操作规程使传感器的输出信号发生一个特定的变化，观察信息处理终端显示的 测量值是否根据接收到的传感器信号发生了预期的变化，进而得出传感器是否故障的诊断 结果。其连接方向及工作流程参见图1中下方实线箭头所示。
举例说明比如对船舶气象仪中的温度传感器进行测试，维修人员可以通过加热 温度传感器周围的环境温度来使温度传感器的输出信号尽快地发生变化，如果通过信息处 理终端显示的温度测量值升高，则认为该温度传感器正常。若对风向传感器进行检测，则可 以人为地将风向标旋转一周，信息处理终端自动判断风向传感器在0 360。测量范围内 是否缺向并给出检测结果。 为了方便传感器检测模块与船舶气象仪中的各种气象要素传感器相连接，本实施
例对各种气象要素传感器的接插件类型进行了综合考虑，并在传感器检测模块上进行了兼
容性设计，使其上配置的接插件类型与气象仪中传感器设置的接插件类型相适配，以此来
方便维修人员的测试工作。
(3)船舶气象仪测试系统的自检测 本实施例的船舶气象仪测试系统可以对系统自身状况做出检测，以排除由于系统 自身故障所导致的检测失误问题。检测时，把主仪器检测模块和传感器检测模块分别连接 到船舶气象仪测试系统的信息处理终端上，并把主仪器检测模块的风、温湿、气压、降水量、 能见度等输出接口与传感器检测模块上与之对应的输入接口连接起来。通过信息处理终端 中的操作按键输入用户指令和设定参数，进而控制主仪器检测模块输出相应的信号，同时 接收传感器检测模块的采样数据，并与设定数据进行比较，根据两者是否一致，得出船舶气 象仪测试系统本身是否故障的诊断结果。图1中虚线箭头表示船舶气象仪测试系统进行自 检测时的连接方向及工作流程。 下面对本实施例中船舶气象仪测试系统中各部分的硬件组建结构进行详细地描 述。 参见图2所示，本实施例的信息处理终端主要由中央处理器、显示屏、按键、接口 电路、供电单元等部分组成。其中的中央处理器可以选用Atmel公司的AVR单片机进行具 体设计，由于其内部集成有AD转换器，CAN控制器等丰富的硬件资源，因此只需配置少量的
外围电路便可组成集控制、通信功能于一体的中央处理系统，既可减小系统规模，又可提高 系统运行的可靠性。对整个系统的供电可以采用外接交流220V电源或者配置充电锂电池 等多种方式设计实现，本实施例对此不进行具体限制。 考虑到舰船工作环境相对恶劣，加上电子装备甚多，电磁干扰严重，因此，在本实 施例的船舶气象仪测试系统中，各模块之间优选采用CAN总线进行通信。因为CAN总线是 一种技术先进、可靠性高、功能完善、成本合理的网络通讯控制方式，因此采用CAN总线将 主仪器检测模块和传感器检测模块连接到信息处理终端的接口电路上，实现模块之间的连 接通信，可以确保模块间信号传输的可靠性。 图3为船舶气象仪测试系统中主仪器检测模块的硬件电路架构图，主要包括处理 器和与所述处理器相连接、用于模仿船舶气象仪中各种气象要素传感器产生并输出信号的 仿真电路。其中的处理器也可以采用AVR单片机进行具体设计。 出于对目前船舶气象仪中所使用的传感器种类的考虑，本实施例的仿真电路主要 包括风速信号仿真电路、风向信号仿真电路、温度信号仿真电路、湿度信号仿真电路、气压 信号仿真电路、降水量信号仿真电路和能见度信号仿真电路，或者根据需要选择其中的一 种或者多种与处理器连接，构建主仪器检测模块。当然，也可以在此基础上根据需要进行不 同功能仿真电路的扩充，本实施例并不仅限于以上举例。
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对于各仿真电路内部结构的具体设计，可以根据所要模仿的气象要素传感器的输 出信号类型进行针对性地区别设计。举例说明对于目前船舶气象仪中用于测量风速的传 感器通常输出脉冲形式的信号；用于测量风向的传感器一般输出开关量信号。因此，在设计 风速信号仿真电路和风向信号仿真电路时，可以具体采用隔离电路和整形电路来组建仿真 电路，即通过整形电路的输入端连接处理器的其中一路I/O 口 ，接收处理器输出的表示风 速的脉冲信号或者表示风向的开关量信号，经整形电路进行波形处理后，通过其输出端传 输至隔离电路进行隔离处理，进而通过隔离电路的输出端连接接插件，在对气象仪主仪器 进行检测时，输出设定的脉冲信号或开关量信号至气象仪中主仪器的相应接口，以实现对 主仪器的逐级故障排查。 考虑到目前船舶气象仪中的温度传感器、湿度传感器、气压传感器和降水量传感 器都是以模拟电压、模拟电流或者模拟电阻的信号形式输出信号，因此，在本实施例的温度 信号仿真电路、湿度信号仿真电路、气压信号仿真电路和降水量信号仿真电路中均设计了 数模转换器，其输入接口连接处理器，接收处理器输出的数字信号，进行数模转换处理后， 生成模拟电压信号、模拟电流信号或者模拟电阻信号，进而通过接插件传输至气象仪中主 仪器的相应接口 ，满足主仪器的信号接收要求。 为了提高测试精度，本实施例的数模转换器优选采用高精度的数模转换芯片进行 电路设计。 对于采用RS232或者RS485等串口通信方式传输信号的传感器来说，比如目前的 能见度传感器或者某些气压传感器来说，在设计与之对应的能见度信号仿真电路和气压信 号仿真电路时，可以采用一颗电平转换模块进行电路设计，将电平转换模块连接在处理器 的串口或者I/O 口与主仪器检测模块的串口接插件之间，接收处理器输出的数据信号并转 换成RS232或者RS485等串行数据形式，通过串口接插件输出至气象仪中主仪器的相应串 口，以实现对主仪器内部故障的检测。 当然，上述仿真电路的设计方式只是一种优选的具体实施例而已，本实施例并不 仅限于以上举例。 在本实施例的主仪器检测模块中还设计有与处理器相连接的CAN总线接口电路， 通过CAN总线连接信息处理终端中的CAN总线接口电路，以实现主仪器检测模块与信息处 理终端的连接通信。 图4为船舶气象仪测试系统中传感器检测模块的硬件电路架构图，主要包括微处 理器和用于接收船舶气象仪中各种气象要素传感器输出的信号的调理电路。其中的微处理 器同样可以采用AVR单片机设计实现。 在本实施例中，所述的调理电路可以具体包括风速信号调理电路、风向信号调理 电路、温度信号调理电路、湿度信号调理电路、气压信号调理电路、降水量信号调理电路和 能见度信号调理电路中的一种、多种或者全部，当然，也可以在此基础上进行其他功能调理 电路的扩充，本实施例对此不进行具体限制。 同主仪器检测模块中各仿真电路的具体设计方式，本实施例的风速信号调理电路 和风向信号调理电路同样可以采用整形电路和隔离电路组建实现。其中，用于测量风速或 者风向的传感器输出的脉冲信号或者开关量信号首先通过例如光耦等隔离电路接收并进 行隔离处理后，传输至整形电路进行波形的整形处理，然后传输至微处理器的I/O 口，实现
7对风速大小或者当前风向的有效识别，并将测试结果通过CAN总线传输至信息处理终端， 显示在信息处理终端上的显示屏上，方便维修人员观察测试结果。 同理，本实施例的温度信号调理电路、湿度信号调理电路、气压信号调理电路和降 水量信号调理电路可以采用高精度的模数转换器进行具体的电路设计。即利用模数转换器 接收传感器输出的模拟信号，转换成数字信号后传输至微处理器，以实现对温度、湿度、气 压、降水量等天气要素情况的检测。所得到的检测值同样可以通过CAN总线传输至信息处 理终端，进行显示。 在上述气压信号调理电路中可以同时设计电平转换模块，以满足某些利用串口通 信方式传输信号的气压传感器的信号接收要求。同样的，能见度信号调理电路也可以采用 电平转换模块进行电路设计，将所述电平转换模块连接在微处理器的串口或者I/O 口与传 感器检测模块的串口接插件之间，通过RS232或者RS485串口接收传感器输出的串行数据， 转换成微处理器所支持的信号格式传输至所述的微处理器，实现对气压信号或者能见度信 号的检测和显示。 当然，上述调理电路的具体设计方式也只是一种优选的实施例而已，本实施例并 不仅限于以上举例。 图4中，微处理器通过CAN总线接口电路连接CAN总线，进而通过CAN总线实现与 信息处理终端的连接通信。 本实施例针对船舶气象仪保障维修需求设计了船舶气象仪测试系统，系统中的各 个模块都采用基于AVR单片机的嵌入式系统，模块之间通过CAN总线进行通信，由此可以方 便系统日后进行功能性的扩展设计。此船舶气象仪测试系统可以适配船舶气象仪不同类型 的接插件，能够快速、准确地对船舶气象仪是否异常进行判断，对于出现的故障进行快速定 位，从而提高了维修效率，对保障船舶气象仪时刻保持良好的运行状态提供了有力的技术 支持。 当然，以上所述仅是本发明的一种优选实施方式而已，应当指出的是，对于本技术 领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这 些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
一种船舶气象仪测试系统，其特征在于包括用于测试船舶气象仪中主仪器运行状态的主仪器检测模块、用于测试船舶气象仪中传感器运行状态的传感器检测模块、以及与所述主仪器检测模块和传感器检测模块连接通信的信息处理终端。
2. 根据权利要求1所述的船舶气象仪测试系统，其特征在于在所述主仪器检测模块 中包括处理器和与所述处理器相连接、用于模仿船舶气象仪中各种气象要素传感器产生并 输出信号的仿真电路。
3. 根据权利要求2所述的船舶气象仪测试系统，其特征在于所述仿真电路包括风速 信号仿真电路、风向信号仿真电路、温度信号仿真电路、湿度信号仿真电路、气压信号仿真 电路、降水量信号仿真电路和能见度信号仿真电路中的至少一种。
4. 根据权利要求3所述的船舶气象仪测试系统，其特征在于在所述温度信号仿真电 路、湿度信号仿真电路、气压信号仿真电路和降水量信号仿真电路中包含有数模转换器，所 述数模转换器接收处理器输出的数字信号，转换成模拟信号输出；在所述风速信号仿真电 路和风向信号仿真电路中均包含有整形电路和隔离电路，所述整形电路连接处理器的1/0 口 ，接收处理器输出的脉冲信号或开关量信号，进行波形整形处理后，通过隔离电路输出； 在所述气压信号仿真电路和能见度信号仿真电路中包含有电平转换模块，接收处理器输出 的数据信号并转换成串行数据输出。
5. 根据权利要求3所述的船舶气象仪测试系统，其特征在于所述仿真电路通过接插 件连接船舶气象仪中的主仪器，所述接插件的类型与船舶气象仪中主仪器的接口类型相适 配。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的船舶气象仪测试系统，其特征在于在所述传 感器检测模块中包括微处理器和用于接收船舶气象仪中各种气象要素传感器输出的信号 的调理电路，所述调理电路对接收到的信号进行处理后传输至所述的微处理器。
7. 根据权利要求6所述的船舶气象仪测试系统，其特征在于所述调理电路包括风速 信号调理电路、风向信号调理电路、温度信号调理电路、湿度信号调理电路、气压信号调理 电路、降水量信号调理电路和能见度信号调理电路中的至少一种。
8. 根据权利要求7所述的船舶气象仪测试系统，其特征在于在所述温度信号调理电 路、湿度信号调理电路、气压信号调理电路和降水量信号调理电路中包含有模数转换器，接 收传感器输出的模拟信号，转换成数字信号传输至微处理器；在所述风速信号调理电路和 风向信号调理电路中均包含有整形电路和隔离电路，传感器输出的脉冲信号或开关量信号 经隔离电路传输至整形电路，进行波形整形处理后，传输至微处理器；在所述气压信号调 理电路和能见度信号调理电路中包含有电平转换模块，所述电平转换模块通过RS232或者 RS485串口接收传感器输出的串行数据，转换成微处理器所支持的信号格式传输至所述的 微处理器。
9. 根据权利要求7所述的船舶气象仪测试系统，其特征在于所述调理电路通过接插 件连接船舶气象仪中的传感器，所述接插件的类型与船舶气象仪中传感器的接口类型相适 配。
10. 根据权利要求l所述的船舶气象仪测试系统，其特征在于所述主仪器检测模块和 传感器检测模块通过CAN总线与信息处理终端连接通信；在所述信息处理终端中包含有中央处理器与所述中央处理器相连接的按键单元和显示屏。
全文摘要
本发明公开了一种船舶气象仪测试系统，包括用于测试船舶气象仪中主仪器运行状态的主仪器检测模块、用于测试船舶气象仪中传感器运行状态的传感器检测模块、以及与所述主仪器检测模块和传感器检测模块连接通信的信息处理终端。本发明的船舶气象仪测试系统针对目前船舶上普遍使用的气象仪器进行专门设计，能够很好地完成船舶气象仪的故障测试任务，缩短船舶气象仪的测试诊断时间，满足船舶气象仪的快速维修要求，操作简便，测试效率高，大大降低了气象仪的维修费用。
文档编号G01W1/02GK101776773SQ20101011303
公开日2010年7月14日 申请日期2010年1月28日 优先权日2010年1月28日
发明者于宏波, 刘涛, 宋文杰, 张志伟, 李春立, 漆随平, 赵娜, 郭颜萍 申请人:山东省科学院海洋仪器仪表研究所