CN113741262A - 一种船舶控制*** - Google Patents

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王泽志
刘兵
关腾腾
曾健波
李庆飞
张洪宝
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Tianjin Xinsong Intelligent Technology Co ltd
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Abstract

本发明是一种船舶控制***，包括接口输出板、背板、电源板、模拟量转换板和导航采集板，接口输出板、电源板、模拟量转换板和导航采集板均与背板连接，导航采集板与模拟量转换板连接。本发明可以实现船舶X、Y、Z三个角度方向信号的转换，三个方向的双速同步数字转换器共用一条数据总线，采用串行总线的传输方式进行传输，实现远距离的传输，且实现实时角度的传输，布线简单，可以降低成本。本发明可以用于各种船舶横摇，纵摇与航向的预报，并进行数据的分发控制，提高了船舶适航性和耐波性。

Description

一种船舶控制***
技术领域
本发明涉及船舶控制技术领域，尤其涉及一种船舶控制***。
背景技术
海洋和河道运输是当今世界上最广泛应用的运输方式，效率、安全和最优化是海洋和河道运输重点。然而船舶行驶在海洋或河道中会受到各种摇荡运动，船舶横摇运动是对船舶航行影响最大的运动。本发明主要是用于船舶横摇、纵摇和航向的监测与控制，对于提高船舶适航性、耐波性有重要意义。
发明内容
本发明旨在解决船舶适航性和耐波性差的问题，而提供一种船舶控制***。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种船舶控制***，包括接口输出板、背板、电源板、模拟量转换板和导航采集板，接口输出板、电源板、模拟量转换板和导航采集板均与背板连接，导航采集板与模拟量转换板连接；
模拟量转换板包括三个双速同步数字转换器和数据总线，三个双速同步数字转换器的信号输入端分别与船舶X方向位置信号输出端、船舶Y方向位置信号输出端和船舶Z方向位置信号输出端连接，三个双速同步数字转换器的输出端共用数据总线，并通过数据总线与导航采集板连接；
双速同步数字转换器包括粗、精两路同步数字转换器和一个用于粗、精组合纠错的双速处理器，船舶X方向位置信号输出端、船舶Y方向位置信号输出端和船舶Z方向位置信号输出端均与双速同步数字转换器的粗、精两路同步数字转换器连接，导航采集板与双速处理器的输出端连接。
双速同步数字转换器输出信号为16位2进制信号D[0:15]。
双速同步数字转换器的粗、精组合速比为1:36。
导航采集板为FPGA采集模块，且FPGA采集模块上设有千兆网络接口。
FPGA采集模块上设有调试串口。
三个双速同步数字转换器之间通过激励源接口连接。
船舶X方向位置信号输出端、船舶Y方向位置信号输出端和船舶Z方向位置信号输出端通过背板与模拟量转换板连接。
本发明的有益效果是：本发明可以实现船舶X、Y、Z三个角度方向信号的转换，三个方向的双速同步数字转换器共用一条数据总线，采用串行总线的传输方式进行传输，实现远距离的传输，且实现实时角度的传输，布线简单，可以降低成本。通过FPGA采集模块控制使能、片选信号采集角度模拟量信号信息，转换成数字量信号传输至处理器进行角度换算，实现旋转角度的检测。本发明可以用于各种船舶横摇，纵摇与航向的预报，并进行数据的分发控制，提高了船舶适航性和耐波性。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为模拟量转换板和导航采集板的连接关系图；
图3为双速同步数字转换器功能框图；
图4为模拟量转换板与导航采集板连接的电路图；
图5为导航采集板的原理框图；
图6为接口输出板的示意图；
图7为导航采集板的***框图；
以下将结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1至图7所示，一种船舶控制***，包括接口输出板、背板、电源板、模拟量转换板和导航采集板，接口输出板、电源板、模拟量转换板和导航采集板均与背板连接，导航采集板与模拟量转换板连接；
模拟量转换板包括三个双速同步数字转换器和数据总线，三个双速同步数字转换器的信号输入端分别与船舶X方向位置信号输出端、船舶Y方向位置信号输出端和船舶Z方向位置信号输出端连接，三个双速同步数字转换器的输出端共用数据总线，并通过数据总线与导航采集板连接；
双速同步数字转换器包括粗、精两路同步数字转换器和一个用于粗、精组合纠错的双速处理器，双速同步数字转换器的粗道信号输入端为CS1、CS2、CS3和CS4；双速同步数字转换器的精道信号输入端为FS1、FS2、FS3和FS4，参考输入端为RH和RL；当同步机信号输入时，与同步机输出对应连接CS1(FS1)、CS2(FS2)、CS3(FS3)和CS4(FS4)；数据输出端Bit1～Bit16，Bit1～Bit16为数字角输出，Bit1为最高位(MSB)，Bit16为最低位(LSB)，图4中，粗精纠错电路即为用于粗、精组合纠错的双速处理器，轴角-数字转换芯片即为同步数字转换器。
船舶X方向位置信号输出端、船舶Y方向位置信号输出端和船舶Z方向位置信号输出端均与双速同步数字转换器的粗、精两路同步数字转换器连接，导航采集板与双速处理器的输出端连接。
双速同步数字转换器输出信号为16位2进制信号D[0:15]。
双速同步数字转换器的粗、精组合速比为1:36。
导航采集板为FPGA采集模块，且FPGA采集模块上设有千兆网络接口。
FPGA采集模块上设有调试串口。
三个双速同步数字转换器之间通过激励源接口连接。
船舶X方向位置信号输出端、船舶Y方向位置信号输出端和船舶Z方向位置信号输出端通过背板与模拟量转换板连接。
本发明采用19英寸3U VPX全加固机箱结构，机箱通过风冷进行散热。机箱安装3UVPX电源供电，实现AC220V电源到板卡使用电源的转换。背板设计为4槽,其中J0连接器用于VPX总线互联，其他连接器用于机箱内部的信号互联。背板支持导航采集板、模拟量采集板、接口输出板的安装、供电及信号互联，实现模拟量信号、RS422电平差分信号、CAN通信信号的采集及分发等功能，原理框图如图1所示。
本发明的主要技术要求如下：
1、本发明采用220V/50HZ交流供电，VPX电源满足内部功能模块要求；
2、本发明提供输入模拟量信号的参考电源，115V/400HZ，功率30W；
3、本发明采用VPX架构，3U VPX全加固机箱，19英寸标准上架机箱，支持功能板卡的供电、安装、通信及散热；
4、支持横摇、纵摇、航向的三路模拟量输入信号转换成16位数字信号(模拟量信号为0-90V信号，可使用16ZSZ249B-S36-07进行转换)；
5、输入40路RS422电平差分信号，输出118路RS422电平差分信号，接口驱动芯片使用5V芯片；
6、本发明提供2路CAN通信接口，符合CAN2.0B协议；
7、本发明提供2路独立的千兆以太网络光口；
8、本发明提供2路光纤通信接口,光电连接器为单模,传输速率3.125Gps；
导航采集板采用复旦微电子JFM7K系列FPGA作为主控器，实现高速光纤信号、CAN信号的通信功能，监测电源和风扇BIT状态，同时处理模拟量采集板上的数据地址信号，以及对RS422信号进行采集与分发。导航采集板原理框图如图5所示。
接口输出板信号定义表如下：
Figure BDA0003234409910000051
Figure BDA0003234409910000061
接口输出板国产元器件表如下：
Figure BDA0003234409910000071
根据国产元器件表可知，接口输出板可以满足本项目100％国产化率要求。
背板原理按照前后插板卡实现信号的原理互联，完成整机的供电、通信、安装等功能；
背板的J6连接器上定义插箱号、机柜号信息，通过跳线/拨码开关形式设置时统导航插箱的插箱号、机柜号；
背板连接器：背板连接器选用中航光电RT2系列连接器，满足信号通信要求。
背板电源连接器：背板电源连接器选用中航光电的VPX电源连接器，满足供电要求。
背板对外连接器：对外连接器选用铜锣钉，保证供电过流要求。
导航采集板核心芯片采用单片国产化JFM7系列FPGA实现，如图7所示，片内分为5个模块：导航板管理模块控制模块、通信***模块、自检控制器模块、模拟量采集模块、控制信号与BIT信号采集模块。导航采集板作为机箱中信号采集与分发模块，受导航管理板直接控制，采集各个分***板卡BIT信号、数据库网络数据、数字信号解析并打包处理，通过光纤通信接口传出，以实现导航采集板核心功能。
本发明可以实现船舶X、Y、Z三个角度方向信号的转换，船舶X、Y、Z三个角度方向分别对应船舶的横摇、纵摇、航向，三个方向的双速同步数字转换器共用一条数据总线，采用串行总线的传输方式进行传输，传输速率块，延时低，可通过导航采集板控制使能、片选信号采集模拟量信号信息，并且本发明具有较高的角度精度，可精确到0.0001度。本发明可以用于各种船舶横摇，纵摇与航向的预报，并进行数据的分发控制，提高了船舶适航性和耐波性。此外，本发明所用的结构组件均满足100％国产化率要求，可以自主选用。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种船舶控制***，其特征在于，包括接口输出板、背板、电源板、模拟量转换板和导航采集板，接口输出板、电源板、模拟量转换板和导航采集板均与背板连接，导航采集板与模拟量转换板连接；
模拟量转换板包括三个双速同步数字转换器和数据总线，三个双速同步数字转换器的信号输入端分别与船舶X方向位置信号输出端、船舶Y方向位置信号输出端和船舶Z方向位置信号输出端连接，三个双速同步数字转换器的输出端共用数据总线，并通过数据总线与导航采集板连接；
双速同步数字转换器包括粗、精两路同步数字转换器和一个用于粗、精组合纠错的双速处理器，船舶X方向位置信号输出端、船舶Y方向位置信号输出端和船舶Z方向位置信号输出端均与双速同步数字转换器的粗、精两路同步数字转换器连接，导航采集板与双速处理器的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的船舶控制***，其特征在于，双速同步数字转换器输出信号为16位2进制信号D[0:15]。
3.根据权利要求2所述的船舶控制***，其特征在于，双速同步数字转换器的粗、精组合速比为1:36。
4.根据权利要求3所述的船舶控制***，其特征在于，导航采集板为FPGA采集模块，且FPGA采集模块上设有千兆网络接口。
5.根据权利要求4所述的船舶控制***，其特征在于，FPGA采集模块上设有调试串口。
6.根据权利要求5所述的船舶控制***，其特征在于，三个双速同步数字转换器之间通过激励源接口连接。
7.根据权利要求6所述的船舶控制***，其特征在于，船舶X方向位置信号输出端、船舶Y方向位置信号输出端和船舶Z方向位置信号输出端通过背板与模拟量转换板连接。
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