专利名称：柴油机多功能机旁控制装置及控制方法
技术领域：
本发明涉及柴油机技术领域，具体涉及一种柴油机机旁控制装置。
背景技术：
目前，船用柴油机监控装置通常采用模拟仪表现场显示监控数据，并将仪表和控制按钮安装在柴油机上或者机旁，通过仪表了解柴油机的转速、温度、压力等信息，通过机旁按钮控制柴油机起动、停机等命令。这种方式不方便直观的观察柴油机运行数据，数据显示也不全面；控制命令输入没有反馈信息；而且当柴油机出现越限等故障时，需要专业人员根据监测数据进行判断，不能及时看到故障信息。
现在有一些柴油机机旁显示控制装置，如专利申请号为ZL 01113424的中国专利“船用柴油机主动力装置现场智能监控电子柜”公开了一种柴油机综合监控装置，包括数据采集单元、显示单元、故障报警和安全保护单元等，该系统将监测、诊断及显示功能集于一体，所以结构较复杂，故障是通过报警灯来显示，没有具体的故障信息；专利申请号为ZL 01245620的中国专利“柴油机监控电路板”公开了一种柴油机监控主机板，其特点是连接在指示仪表和各种传感器之间，实现柴油机运行数据的采集、处理和显示，其缺点是没有显示屏幕，仅依靠仪表和指示灯显示数据和故障信息，显示信息受到硬件条件限制，控制命令的输入仅提供几个简单的按钮，没有按键的联锁保护等功能。
发明内容本发明的目的在于提供一种操作方便，带显示功能、控制功能、通讯功能的柴油机机旁多功能装置及控制方法。
本发明的处理装置为它包括壳体、设置在壳体上的前面板、外部接口及控制装置，前面板包括两个液晶显示屏以及对应的两组显示控制按键和一组柴油机控制命令输入按键；控制装置包括微控制器、显示模块、逻辑控制模块和通讯模块，显示模块、逻辑控制模块和通讯模块均与微控制器连接，显示模块包括连接液晶显示屏的液晶模块和驱动器，逻辑控制模块连接按键，通讯模块包括CAN控制器和光电隔离元件，CAN控制器通过光电隔离元件连接微控制器，外部接口包括CAN通讯接口及电源，CAN通讯接口通过CAN总线连接柴油机监控系统。
本发明的处理装置还有这样一些结构特征1、所述的按键包括光点和光键指示灯，逻辑控制模块的输出与光点和光键指示灯的控制信号线相连；
2、所述的逻辑控制模块为可编程逻辑器件CPLD，微控制器的十个I/O口及两个脉宽调制输出信号PWM1和PWM2分别与可编程逻辑器件CPLD的I/O口相连；3、所述的显示模块为320×240象素的彩色液晶显示模块及其配套的驱动器，CAN控制器可采用PCA82C250芯片。
本发明的控制方法为系统初始化；与柴油机监控系统握手通讯，如果校验正确则进入主循环程序，如果校验不正确则返回；如果校验正确则进入主循环程序，首先判断新数据标志位是否为1，如果是则进入数据处理子程序；如果不是则进一步判断按键标志位是否为1；数据处理子程序结束后，清标志位，继续判断按键标志位是否为1；如果按键标志位为1则进一步判断是哪个按键操作，并进入相应按键响应程序，如果不为1则循环结束并返回；按键响应程序结束后清标志位，循环结束并返回；在主程序循环运行过程中，如果定时器的定时时间到，则进入相应的定时中断程序；如果CAN通讯总线有数据传送过来，则进入相应的通讯中断程序，定时中断优先级为1，通讯中断优先级为2。
本发明的控制方法还有这样一些技术特征1、所述的数据处理子程序的处理过程为首先判断数据是否为故障信息，如果是则转入相应故障处理程序，处理后刷新屏幕，并清数据标志位，返回主程序；如果不是故障信息，则继续判断数据是否为按键反馈应答信息，如果是则进行相应指示灯状态控制；如果不是按键反馈应答信息则继续判断是否为运行数据信息，如果是则进行运行数据的变量赋值，变量赋值后清数据标志位，如果不是则直接清数据标志位，返回主程序；2、所述的定时中断程序的处理过程为定时中断程序的时间间隔为50ms，中断优先级为1；进入中断程序后，刷新屏幕，令变量N＝N+1；判断N是否等于2，如果是令N＝0，扫描按键输入口，判断是否有新按键按下，如果有则令按键标志位＝1，中断程序结束；如果没有则中断程序结束；如果N不等于2，中断程序结束；
3、所述的通讯中断程序的处理过程为通讯中断程序采用接收中断，中断优先级为2，当有数据传送过来时，进入通讯中断程序；进入中断程序后，接收新数据，同时置数据标志位，中断程序结束。
本发明可以实现以下功能显示功能两个液晶屏显示柴油机运行过程中的工作参数和故障信息，两组显示控制按键可以控制两个液晶屏的显示内容，如翻页，文本、图形或故障模式的转换等；控制功能控制输入按键包括起动、停机、操作备便、机旁控制、调速器测试、盘车等柴油机控制命令；通讯功能通过CAN总线与柴油机监控系统通讯接口相连，柴油机运行过程中的工作参数和故障信息，通过CAN总线传输给本装置，经过处理后，显示在两个液晶屏上。
液晶显示屏有三种模式文本、图形和故障，并可由按键控制进行切换，当有故障发生时，左侧液晶显示屏自动切换到故障模式，显示当前故障信息，最新发生的故障总是置于故障信息显示的第一行；在每种模式下，可多页显示，为方便操作者，合理安排每页显示的内容；采用两个液晶显示屏，也起到备份作用，当其中一个出现故障时，另一个液晶显示屏也可以显示全部柴油机运行信息。按键有提示和逻辑联锁功能，防止操作者出现误按或者错按，每个按键包括光点和光键指示灯，光点亮表示该按键所代表的功能发生作用，光键亮则表示该按键是有效的，它们之间的逻辑关系与柴油机运行状态有关。
本发明的特点为(1)多模式显示。每个显示屏都有三个显示模式文本、图形和故障，这三个显示模式都可以通过相应的按键进行切换。
文本模式以文字和数字形式显示柴油机的工作状态参数；图形模式以图形方式显示柴油机的工作参数及一部分参数的上、下限等信息；故障模式当有故障发生时，左侧屏幕自动切换到故障模式，显示故障名称和故障代码。
(2)多页显示。为显示更多的信息，在每种模式下，都可多页显示，并通过翻页按键进行控制。
为方便操作者，合理安排每页显示的内容。在文本或者图形模式下，综合考虑柴油机各工作参数的关系和操作者对柴油机各参数的关心程度等因素，将所有柴油机工作参数优化组合，形成每页内容。在故障模式下，最新发生的故障总是置于故障信息显示的第一行。
(3)双屏备份本发明采用两个液晶显示屏，当其中一个出现故障时，另一个液晶显示屏也可以显示全部柴油机运行信息，提高了系统可靠性。
(4)按键联锁功能每个按键包含光点和光键两个指示灯，每个指示灯有三种状态亮、灭、闪烁，光点和光键指示灯不同状态的组合可以反映不同的信息。系统工作时，根据柴油机当前工作状态和各个控制命令之间的逻辑联锁关系，显示每个按键对应的光点和光键指示灯状态。
光点和光键所代表的信息如下光点光点亮反映该按键功能有效，光点闪烁反映该按键功能正在执行，光点灭反映该按键功能无效。
光键光键亮反映该按键按下有效，光键灭反映该按键按下无效。光键状态为操作者提供操作提示信息，防止误操作。光键闪烁代表组合报警，按此键进行应答。
(5)带反馈的控制命令输入按下控制命令按键，其信息通过CAN总线通讯接口传输给外部柴油机监控系统，柴油机监控系统执行控制命令，并把执行情况反馈给该机旁控制装置，机旁控制装置则根据反馈状态，确定控制按键的光点和光键指示灯状态。
图1为本发明前面板结构示意图；图2为本发明系统硬件连接图；图3-图6为本发明系统软件流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明结合图1，本实施例前面板结构包括两个液晶显示屏(显示屏1，显示屏2)，以及对应的两组显示控制按键(按键1～10，按键11～20)，一组柴油机控制命令输入按键(按键21～35)。外部接口通过CAN总线与柴油机监控系统相连。
显示控制按键具体包括上页、下页、文本、图形、警报展示、确认、加亮度、减亮度等。
控制输入按键包括主ECS工作、备ECS工作、测试灯、机旁/遥控、起动、停机、加速、减速、离合器结合、离合器断开、调速器测试、超速、盘车等。
按键的定义也可以根据需要进行修改或者扩充。
结合图2，本实施例系统硬件主要包括显示模块，逻辑控制模块及通讯模块三部分，主控制芯片可以采用Motorola公司的MPC566芯片。显示模块由驱动器和液晶显示屏组成，两个驱动器的数据线和地址线都与微控制器相连，并由微控制器的片选线CS1和CS2区分；逻辑控制模块由可编程逻辑器件CPLD实现，通过对CPLD芯片的逻辑时序编程实现按键指示灯的显示逻辑控制，微控制器的十个输出口与CPLD输入口相连，通过这十个I/O口不同状态的组合实现CPLD的输出逻辑控制，另外，微控制器的两个脉宽调制输出信号PWM1和PWM2与CPLD相连，用于按键指示灯的闪烁和亮度控制，CPLD的输出口与按键指示灯的控制信号线相连(LED1～LED70)，实现控制按键指示灯状态的任务，可编程逻辑器件CPLD可采用EPM7256；通讯模块中经过CAN控制器和光电隔离与微控制器的发送和接收端相连，CAN控制器可采用PCA82C250芯片。另外，由于微控制器可用的I/O口较多，按键输入的识别可通过定时I/O扫描，如图中所示，35个按键直接接在微控制器的35个I/O上(Key1～Key35)。
结合图3-图6，本实施例软件包括四部分主程序、数据处理子程序、定时器中断程序、通讯中断程序。其中主程序实现系统初始化、与柴油机监控系统握手通讯、数据处理、按键响应处理等功能；数据处理子程序实现故障信息、柴油机运行参数、按键反馈应答信息的处理；定时器中断程序实现屏幕刷新和按键扫描功能；通讯中断程序实现数据接收和发送功能。
主程序处理过程为系统初始化；与柴油机监控系统握手通讯，如果校验正确则进入主循环程序，如果校验不正确则返回；如果校验正确则进入主循环程序，首先判断新数据标志为是否为1，如果是则进入数据处理子程序；如果不是则进一步判断按键标志位是否为1；数据处理子程序结束后，清标志位，继续判断按键标志位是否为1；如果按键标志位为1则进一步判断是哪个按键操作，并进入相应按键响应程序，如果不为1则循环结束并返回；按键响应程序结束后清标志位，循环结束并返回；在主程序循环运行过程中，如果定时器的定时时间到，则进入相应的定时中断程序；如果CAN通讯总线有数据传送过来，则进入相应的通讯中断程序，定时中断优先级为1，通讯中断优先级为2。
数据处理子程序的处理过程为首先判断数据是否为故障信息，如果是则转入相应故障处理程序，处理后刷新屏幕，并清数据标志位，返回主程序；如果不是故障信息，则继续判断数据是否为按键反馈应答信息，如果是则进行相应指示灯状态控制；如果不是按键反馈应答信息则继续判断是否为运行数据信息，如果是则进行运行数据的变量赋值，变量赋值后清数据标志位，如果不是则直接清数据标志位，返回主程序。
定时中断程序的处理过程为定时中断程序的时间间隔为50ms，中断优先级为1；进入中断程序后，刷新屏幕，令变量N＝N+1；判断N是否等于2，如果是令N＝0，扫描按键输入口，判断是否有新按键按下，如果有则令按键标志位＝1，中断程序结束；如果没有则中断程序结束；如果N不等于2，中断程序结束。
通讯中断程序的处理过程为通讯中断程序采用接收中断，中断优先级为2；当有数据传送过来时，进入通讯中断程序；进入中断程序后，接收新数据，同时置数据标志位，中断程序结束。
系统工作时，将外部接口与柴油机监控系统相连，通过CAN总线与外部柴油机监控系统的通讯接口相连，传输柴油机的工作参数、故障信息和控制命令输入及应答信息，避免了柴油机与控制装置间过多的接线。通过CAN通讯总线传输监测数据，实时更新，并在液晶屏上显示出来。
通过上页、下页按键控制液晶屏显示更多的内容，通过文本、图形和警报显示按键切换液晶屏显示模式。当有报警信息时，左侧屏幕自动切换到故障模式，显示当前故障信息。同时，确认键闪烁，操作人员按下确认键做报警应答。
当柴油机各部分工作正常，可以起动时，首先按下操作备便按键，机旁控制按键，通过CAN总线发送给监控系统，经确定后反馈给机旁控制装置。机旁控制装置则根据反馈信息，显示控制按键的光点和光键，只有柴油机各部分运行数据正常，起动、调速器测试、盘车等按键的光键亮，此时按下该按键才是有效的。
在机旁控制状态下，可以按下起动、调速器测试、盘车命令；起动后，停车和超速命令激活。
权利要求
1.一种柴油机多功能机旁控制装置，它包括壳体、设置在壳体上的前面板、外部接口及设置在壳体内的控制装置，其特征在于前面板包括两个液晶显示屏以及对应的两组显示控制按键和一组柴油机控制命令输入按键；控制装置包括微控制器、显示模块、逻辑控制模块和通讯模块，显示模块、逻辑控制模块和通讯模块均与微控制器连接，显示模块包括连接液晶显示屏的液晶模块和驱动器，逻辑控制模块连接按键，通讯模块包括CAN控制器和光电隔离元件，CAN控制器通过光电隔离元件连接微控制器，外部接口包括CAN通讯接口及电源，CAN通讯接口通过CAN总线连接柴油机监控系统。
2.根据权利要求1所述的柴油机多功能机旁控制装置，其特征在于所述的按键包括光点和光键指示灯，逻辑控制模块的输出与光点和光键指示灯的控制信号线相连。
3.根据权利要求1所述的柴油机多功能机旁控制装置，其特征在于所述的逻辑控制模块为可编程逻辑器件CPLD，微控制器的十个I/O口及两个脉宽调制输出信号PWM1和PWM2分别与可编程逻辑器件CPLD的I/O口相连。
4.根据权利要求1所述的柴油机多功能机旁控制装置，其特征在于所述的显示模块为320×240象素的彩色液晶显示模块及其配套的驱动器，CAN控制器可采用PCA82C250芯片。
5.一种柴油机多功能机旁控制方法，其特征在于系统初始化；与柴油机监控系统握手通讯，如果校验正确则进入主循环程序，如果校验不正确则返回；如果校验正确则进入主循环程序，首先判断新数据标志位是否为1，如果是则进入数据处理子程序；如果不是则进一步判断按键标志位是否为1；数据处理子程序结束后，清标志位，继续判断按键标志位是否为1；如果按键标志位为1则进一步判断是哪个按键操作，并进入相应按键响应程序，如果不为1则循环结束并返回；按键响应程序结束后清标志位，循环结束并返回；在主程序循环运行过程中，如果定时器的定时时间到，则进入相应的定时中断程序；如果CAN通讯总线有数据传送过来，则进入相应的通讯中断程序，定时中断优先级为1，通讯中断优先级为2。
6.根据权利要求5所述的柴油机多功能机旁控制装置，其特征在于所述的数据处理子程序的处理过程为首先判断数据是否为故障信息，如果是则转入相应故障处理程序，处理后刷新屏幕，并清数据标志位，返回主程序；如果不是故障信息，则继续判断数据是否为按键反馈应答信息，如果是则进行相应指示灯状态控制；如果不是按键反馈应答信息则继续判断是否为运行数据信息，如果是则进行运行数据的变量赋值，变量赋值后清数据标志位，如果不是则直接清数据标志位，返回主程序。说明书
7.根据权利要求5所述的柴油机多功能机旁控制装置，其特征在于所述的定时中断程序的处理过程为定时中断程序的时间间隔为50ms，中断优先级为1；进入中断程序后，刷新屏幕，令变量N＝N+1；判断N是否等于2，如果是令N＝0，扫描按键输入口，判断是否有新按键按下，如果有则令按键标志位＝1，中断程序结束；如果没有则中断程序结束；如果N不等于2，中断程序结束。
8.根据权利要求5所述的柴油机多功能机旁控制装置，其特征在于所述的通讯中断程序的处理过程为通讯中断程序采用接收中断，中断优先级为2；当有数据传送过来时，进入通讯中断程序；进入中断程序后，接收新数据，同时置数据标志位，中断程序结束。
全文摘要
本发明提供了一种柴油机多功能机旁控制装置，它包括壳体、设置在壳体上的前面板、控制装置及外部接口，前面板包括两个液晶显示屏以及对应的两组显示控制按键和一组柴油机控制命令输入按键；控制装置包括微控制器、显示模块、逻辑控制模块和通讯模块，其中显示模块包括连接液晶显示屏的液晶模块和驱动器，通讯模块包括CAN控制器和光电隔离元件；外部接口包括CAN通讯接口及电源，CAN通讯接口通过CAN总线连接柴油机监控系统。本发明通过控制按键与外接监控系统进行带反馈的命令输入，并可以提供柴油机的工作状态及按键功能有效性信息，避免错按、误按的发生。
文档编号F02D29/02GK101042070SQ20071007216
公开日2007年9月26日 申请日期2007年4月30日 优先权日2007年4月30日
发明者费红姿, 姚崇, 马修真, 袁志国, 李学民, 刘龙, 李文辉, 石勇, 宋恩泽 申请人:哈尔滨工程大学