专利名称：一种嵌入式船舶电站数据采集装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种对船舶电站参数进行采集的装置，用于由三台或四台柴油发
电机组构成的船舶电站的数据采集。
背景技术：
船舶电站与陆地电站差异较大。 一般来说，一艘船舶只设一个电站，且主要由柴油发电机组组成，不仅容量相对较小，而且电站容量就近乎为整个电网的容量。船舶电站运行时其状态的任何较小改变就可能引起整个船舶电网参数的急剧波动，因此，船舶电站的数据采集具有比陆地电站更高的要求。 目前，大多数船舶电站用与装置匹配的电流互感器和电压互感器接在船舶电站网络的二次侧，数据采集采用通用的数据采集器，采样电流传感器和采样电压信号转换器分别接在船舶电站网络的一次侧，采用以单片机为处理器的结构配置，数据接收存储装置与数据显示编辑报表装置的计算机连接。软件编写大部分是采用前后台的结构，即大循环加多个中断的方式，该船舶电站数据采集装置的缺陷是1、数据采集器利用率不高，功能闲置。2、数据处理速度及外围电路扩展受到限制。3、软件序规模较大，功能复杂。因此，现有的船舶电站数据采集装置已日益不能满足现代船舶电站发展对其精度、实时性、可靠性等方面的要求。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种嵌入式的高精度、高可靠性、实时性好的船舶电站专用数据采集装置。
本实用新型采用的技术方案是与装置匹配的各机组电流互感器和电压互感器以
及汇流排电流互感器和电压互感器的输出的模拟信号输入信号输入模块，信号输入模块的
输出连接舌簧继电器的选择开关，选择开关的输出依次连接信号调理模块、A/D转换模块、
光耦和ARM7处理器；ARM7处理器分别接外存储器、外看门狗、RS232通信模块、CAN通信模
块和单片机，单片机分别连接显示各种实时参数的LCD显示模块和按键。 本实用新型针对具有一般性船舶电站的特点，使用舌簧继电器作选择开关，避免
了通道间漏电流和电磁干扰的影响，采用双处理器、外部20位高精度AD转换器，免维修模
块的结构，具有分析处理、报警和通信功能，集成度高、使用调试方便，具有较高的可靠性和
精确性，能够实时显示船舶电站各台机组的运行参数。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进一步详细说明。
图1本实用新型的结构连接框图； 图2是图1中信号输入模块1的电路电气原理图； 图3是图1中选择开关2的电路电气原理图；[0011] 图4是图1中信号调理模块3的电气原理图； 图5是图1中A/D转换模块4及其外围电路电气原理图； 图6是图1中LCD显示模块10的电气原理图； 图7是图1中RS232通信模块7的电气原理图； 图8是图1中CAN通信模块8的电气原理图； 图9是图1中ARM7处理器6电气原理图； 图10是图1中外存储器11、外看门狗12的电气原理图。
具体实施方式如图1所示，本实用新型采用模块化设计，主要由信号输入模块1、选择开关2、信号调理模块3、 A/D转换模块4、光耦5、 ARM7处理器6， RS232通信模块7、 CAN通信模块8、单片机9、 LCD显示模块10、外存储器11、外看门狗12和按健13组成。将与装置匹配的各机组电流互感器和电压互感器以及汇流排电流互感器和电压互感器的输出的模拟信号输入信号输入模块l，信号输入模块1将外部电流互感器和电压互感器的输入信号进行电平匹配。连接模拟信号输入模块1输出的舌簧继电器选择开关2分时通断输入信号，连接舌簧继电器选择开关2输出的信号调理模块3将模拟信号进行限幅滤波处理，连接信号调理模块3输出的A/D转换模块4、连接A/D转换模块4输出的光耦5、连接光耦5输出的ARM7处理器6用于将模拟信号转换成数字信号后由光耦5发送给ARM7处理器6。 ARM7处理器6对输入信号数据进行处理并发出各模块间的控制协调信号。ARM7处理器6分别接外存储器11、外看门狗12、 RS232通信模块7、 CAN通信模块8和单片机9，单片机9分别连接显示各种实时参数的LCD显示模块10和按键13。本实用新型由各互感器输入的四台机组信号分别经过信号输入模块1、选择开关2、信号调理模块3、A/D转换模块4和光耦5，然后传送至ARM7处理器6， ARM7处理器6对输入的数据进行计算处理后，由LCD显示模块10显示，RS232通信模块7及CAN通信模块8与上微机通信，当数据超过预先人为设定的上限值时，ARM7处理器6启动声光报警装置。 如图2、3所示，本实用新型的信号输入模块1，为了达到电平配合的目的，须在各电流互感器输出端加电压取样电路，三台机组和汇流排的电流信号分别经四个取样电路转换成相应的电压信号。以1号机组的电流信号为例，信号输入端经电阻R1与第一芯片U1的1脚相连，1脚经电阻R3和二极管Dl的负端与4脚相连；其2，3脚相连，经并联在一起的电容C1、电阻R4后接地；5脚接+5￥的电源，4脚为信号输出端，输出与舌簧继电器1(2相连，同时经电容C2接地。其它三个取样电路机理与此一样。8路信号分别送到Kl至K8的舌簧继电器选择开关。以K1为例，继电器一端接电阻R25，另一端接三极管Q1的集电极上，由三极管Q1进行驱动。三极管Q1的发射极通过电阻R26接地，基极通过电阻R17接到第五芯片U5的Y0端，其余七路信号的输入也通过类似的方式接到译码器的Y1至Y7 口。第五芯片U5的4、5、8脚接地，1，2，3脚直接接到ARM处理器6的46、45、44脚。[0020] 如图4所示，本实用新型的信号调理模块3由限幅电路部分和滤波电路组成。限幅电路由第六芯片U6构建，保证了 A/D转换器的安全，同时可避免二极管限幅时的漏电流存在和稳压值不恒定的情况。选择开关2送来的信号进入第六芯片U6的5脚，其3， 12脚连接正负5伏的电压，6脚通过电阻R41连到7脚，7脚为信号输出端，通过电阻R42接到电位器W1 ;1、14、脚分别接二极管D5、D6的负、正端，然后接至电位器W1，2脚直接电位器W1。电位器Wl另一端接第七芯片U7的2脚，同时2脚经电阻R43和电位器W2接到6脚，其3脚通过电阻R48接地，4脚通过由电容C15、 C16、 C17、 C18和电阻R47组成的并联搭配接到负电压端；4脚通过由电容C9、 CIO、 Cll、 C12和电阻R44组成的并联搭配接到正向电压端。6脚经电容C19输出信号，电阻R45， 二极管D7负端，电容C13、 C14组成并联结构接到+3. 3V电压端；电容C13、C14另一端和R46、D8的正端一起接地。D7的正端、D8的负端接输出端。[0021] 如图5所示，本实用新型的A/D转换模块4使用20位精度AD7703。经调理后的信号经电阻R54送到第八芯片U8的9脚，8脚经电容C21与9脚相连；5脚经电容C20接至6脚，6脚经电阻R51与7脚一起接到-VCC。 2，3脚接到晶振XT1的两端，1、11、12脚经电阻R49、R55、R56接+VCC ;10脚接到电位器SW，其分别经电阻R57、R58和R59接连接器J405的1、2端。15脚接+VCC, 14脚经电阻R53接+VCC ;4、8、17脚接地。18、19、20脚接光耦6N137芯片U11、U10、U9的3脚，分别经电阻R62、R61、R60输出到第13芯片U13。[0022] 如图6所示，本实用新型的LCD显示模块10的第二十三芯片U23的RES、 RS、 WR、RD分别与第二十四芯片U24的5、4、9、8脚相连，数据口 DBO DB7依次连接在LPC936的1、2、13、14、15、16、27、28脚，VDD接正3. 3伏供电端。由于U23具有12C通信功能，其内自带SRAM作为通讯的发送和接收缓冲，其11、 12脚分别接于U23的58、50脚。[0023] 如图7所示，本实用新型的RS232通信模块7，第十六芯片U16负责单片机9与上微机的电平转换，将TTL电平转换成RS232电平。U16的1脚经电容C26与3脚连接，4脚经电容C27与5脚连接，2和16脚分别经电容C29、C30与VCC连接，6脚经电容C28连接于地，11和12脚与LPC2212的TxDO和RxD 口相连，13和14脚分别经电阻R70、光耦U18和R68、 U17与DB端子的3号和2号孔相连。 如图8所示，本实用新型CAN通信模块8主要由第十九芯片U19和第二十芯片U20组成。作为U19中8个AD 口的23 28展P、1展P、2脚分别接到U13的131 137展P、1展卩、10脚;■的3、4、5、6脚分别接到U13的84、40、85、17脚。14脚经R67与第二十芯片U20的3脚相连，其6脚接到第二十二芯片U22的1脚；U19的19、20脚与U21的6、7脚相连，U21的3脚经电阻R74接至U22的4脚；2脚经电阻R73接+VCC,其6， 7脚为CANH和CANL，分别经电容C26、稳压二极管VS1和电容C27、稳压二极管VS2接地。 如图9和图10所示，本实用新型的ARM7处理器6包括ARM7处理器LPC2212、参数存储器、时钟电路、外部看门狗、LED指示、蜂鸣器和电容组成。为了提高可靠性，使用看门狗芯片为X5165 ;外部RAM为IS61LV25616。由U9发送的信号SDATA和U10发送的SCLK信号分别发送到U13的58和101脚。INTO信号与U13的100脚相连，CAL信号与U13的8脚相连。外存储器11U15的AO A17 口与U13的P3. 1 P3. 18 口相连，U15的1/00 1/015 口分别与U13的P2. 0 P2. 15相连。第十四看门狗芯片U14的2脚经电阻R63与U13的61脚相连，1、5、6、7脚分别与U13的69、68、59、 135脚相连，4脚经电容C25接VCC。外部时钟晶振两端接在U13的141、 142脚，同时经C23、C24接地。U13的21脚经电阻R66与三极管Q9的基极相连，其集电极驱动LED，经R65连于VCC，发射极驱动蜂鸣器。[0026] 本实用新型的应用程序以"任务"为模块，每个模块对应一个任务，彼此之间相互并行。但每个模块都对应一个不同的优先级，由操作系统进行调度，并行任务按优先级从高到低依次为喂狗任务、通道选择任务、A/D转换任务、数据处理任务、数据存储任务、通信任务。此外，还有三个中断子程序。 一个是lms的时钟节拍中断，用于提供周期性信号源，其中断优先级最高；另一个是串口中断，用于和串口相接设备通信，中断优先级次之；最后是I2C中断，用于与上层模块的通信。
权利要求一种嵌入式船舶电站数据采集装置，与装置匹配的各机组电流互感器和电压互感器以及汇流排电流互感器和电压互感器的输出的模拟信号输入信号输入模块(1)，其特征是信号输入模块(1)的输出连接舌簧继电器的选择开关(2)，选择开关(2)的输出依次连接信号调理模块(3)、A/D转换模块(4)、光耦(5)和ARM7处理器(6)；ARM7处理器(6)分别接外存储器(11)、外看门狗(12)、RS232通信模块(7)、CAN通信模块(8)和单片机(9)，单片机(9)分别连接显示各种实时参数的LCD显示模块(10)和按键(13)。
2. 根据权利要求1所述的一种嵌入式船舶电站数据采集装置，其特征是所述信号输入模块(1)的信号输入端经电阻(Rl)与第一芯片(Ul)的1脚相连，1脚经电阻(R3)和二极管(Dl)的负端与4脚相连；其2，3脚相连，经并联在一起的电容(Cl)、电阻(R4)后接地；5脚接+5V的电源，4脚为信号输出端，输出与舌簧继电器(K2)相连，同时经电容(C2)接地。
3. 根据权利要求1所述的一种嵌入式船舶电站数据采集装置，其特征是所述信号调理模块(3)由限幅电路和滤波电路组成，所述A/D转换模块(4)为20位精度AD7703， LCD显示模块(10)的第二十三芯片(U23)的RES、RS、WR、RD分别与第二十四芯片(U24)的5、4、9、8脚相连，数据口 DBO DB7依次连接在LPC936的1、2、 13、 14、 15、 16、27、28脚，VDD接正3. 3V供电端。
4. 根据权利要求1所述的一种嵌入式船舶电站数据采集装置，其特征是所述RS232通信模块(7)的第十六芯片(U16)的1脚经电容(C26)与3脚连接，4脚经电容(C27)与5脚连接，2和16脚分别经电容(C29、 C30)与VCC连接，6脚经电容(C28)连接于地，11和12脚与LPC2212的TxDO和RxD 口相连，13和14脚分别经电阻(R70)、光耦(U18)和电阻(R68)、第十七芯片(U17)与DB端子的3号和2号孔相连。
5. 根据权利要求1所述的一种嵌入式船舶电站数据采集装置，其特征是所述CAN通信模块(8)包括第十九芯片(U19)和第二十芯片(U20);所述ARM7处理器(6)包括ARM7处理器LPC2212、参数存储器、时钟电路、外部看门狗、LED指示、蜂鸣器和电容。
专利摘要本实用新型公开了一种对船舶电站参数进行采集的嵌入式船舶电站数据采集装置，与装置匹配的各机组电流互感器和电压互感器以及汇流排电流互感器和电压互感器的输出的模拟信号输入信号输入模块，信号输入模块的输出连接舌簧继电器的选择开关，选择开关的输出依次连接信号调理模块、A/D转换模块、光耦和ARM7处理器；ARM7处理器分别接外存储器、外看门狗、RS232通信模块、CAN通信模块和单片机，单片机分别连接显示各种实时参数的LCD显示模块和按键。使用舌簧继电器作选择开关、采用双处理器和外部20位高精度AD转换器，免维修模块的结构，具有较高的可靠性和精确性，能实时显示船舶电站各台机组的运行参数。
文档编号G01R31/00GK201548637SQ20092028476
公开日2010年8月11日 申请日期2009年12月7日 优先权日2009年12月7日
发明者刘汉宇, 刘维亭, 张冰, 朱志宇, 王敏, 邱赟, 黄巧亮 申请人:江苏科技大学