CN114954827A - 一种高可靠性驾驶室顶部综合信息显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高可靠性驾驶室顶部综合信息显示装置，属于船舶航行操纵安全设计领域，包括：布置于船舯的船体结构两侧的第一箱体和第二箱体，第一箱体和第二箱体能够相互连接通信；第一箱体内设置有第一显示器、滤波器、电源模块及继电器，电源模块设置两路冗余电源，第二箱体通过第一箱体提供电源；第二箱体内设置有第二显示器、网络交换机、工控机及数字量采集模块，远程遥控器连接数字量采集模块，通过数字量采集模块与工控机相连，使得工控机通过数字量采集模块获取远程遥控器的遥控信号；工控机接收外部综合平台管理***的双路双冗余以太网信息，通过内部以太网接口发送给第一显示器和第二显示器进行显示。可以满足船舶航行驾驶要求。
Description
技术领域
本发明属于船舶航行操纵安全设计领域，更具体地，涉及一种高可靠性驾驶室顶部综合信息显示装置，适用于船舶航行驾驶***，实现了一种驾控安全公共信息的综合显示。
背景技术
现有水面船舶上的驾驶室作为航行指挥的重要处所，舱室顶部空间没有充分利用，对船舶导航、动力、损管等与航行安全相关的重要公共信息显示能力欠缺，各战位人员，特别是航行指挥人员在船舶航行操纵指挥过程中不能第一时间获取航行安全相关信息(此时航行指挥人员一般不在驾控台位前，可能位于驾驶室前窗前或驾驶室两舷外进行观测，获取信息不便，多通过询问各战位人员获取航行信息)，信息获取的延时和误传的可能性极大的影响了船舶航行的安全性以及对突发应急事件的处置能力。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种驾驶室顶部综合信息显示装置，符合“操作方便、实时显示、布局合理、高可靠性、模块组合、美观实用，符合人机工程要求”的船舶航行驾驶要求。
为实现上述目的，本发明提供了一种高可靠性驾驶室顶部综合信息显示装置，包括：第一箱体、第二箱体、远程遥控器；第一箱体和第二箱体分别布置于船舯的船体结构两侧，第一箱体和第二箱体之间通过电源接插件以及以太网信号接插件进行相互连接通信；
第一箱体内设置有第一显示器、滤波器、电源模块及继电器，电源模块设置两路冗余电源，第二箱体通过第一箱体提供电源，远程遥控器的电源按钮给出的触点信号接通继电器的线圈，使得线圈得电，接通电源模块输出的电源，经过滤波器滤波后，给第一箱体和第二箱体提供电源；
第二箱体内设置有第二显示器、网络交换机、工控机及数字量采集模块，第一显示器和第二显示器通过以太网与网络交换机连接，远程遥控器连接数字量采集模块，通过数字量采集模块与工控机相连，使得工控机通过数字量采集模块获取远程遥控器的遥控信号；
工控机通过双冗余以太网接口接收外部综合平台管理***的双路双冗余以太网信息，把以太网信息分析解包，通过内部以太网接口发送给网络交换机，通过网络交换机发送给第一显示器和第二显示器进行显示。
在一些可选的实施方案中，第一箱体和第二箱体顶部安装的减震器分布于结构之间的空隙处，且第一箱体和第二箱体采用异性结构设计，吊顶安装方式，且第一显示器和第二显示器采用下倾式的布置，第一箱体和第二箱体背部采用隐藏式的进线方式和前部面板掀开式的维修方式，面板加装气门撑作为一种带有阻尼效果的开启限位。
在一些可选的实施方案中，双冗余以太网为一个主以太网和一个备用以太网，当主以太网出现链路故障时，在预设时间内切换到备用以太网，当主以太网链路重新恢复正常时，立即切换到主以太网，备用以太网处于备用状态。
在一些可选的实施方案中，远程遥控器面板上具有电源、模式、调亮和调暗四个按钮，其中电源按钮用于整个装置的电源开关按钮；模式按钮用于白天、傍晚、黑夜三种模式的模式切换，进行不同时段的界面显示；调亮和调暗按钮对第一显示器和第二显示器亮度进行调节，以适应不同时段的工况，在远程遥控器面板内嵌数字信号处理模块，通过数字信号处理模块采集各个按钮信息后，将开关量通过数字量采集模块传送给工控机，工控机根据接收到的报文执行相应的控制命令。
在一些可选的实施方案中，第一显示器和第二显示器的显示界面以图形与数字相结合的形式进行信息显示，且界面采用模块化设计，能够对显示结构进行调整。
在一些可选的实施方案中，装置采用铸铝腔体，使用铸铝材料一次低压浇铸、机加工成型，同时第一箱体和第二箱体内设置凹槽，凹槽内填充导电橡胶条，实现有效面接触以达到隔离电磁波辐射干扰的目的，同时第一箱体和第二箱体经金属表面除油、酸洗清理、磷化保护防腐处理和高压静电喷漆、高温烘烤后，其表面的塑层附着力强，耐强外力的冲击。
在一些可选的实施方案中，第一显示器和第二显示器显示的信息为：包括时间、艏向角、航速、航程、风速、风向及纵横摇的导航信息、包括主机转速、轴转速及螺距的推进信息、包括火灾、破损进水、核***、空气辐射、海水辐射和化学毒剂报警的防护报警信息。
在一些可选的实施方案中，数字量采集模块通过RS485总线与工控机连接。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明提出一种高可靠性驾驶室顶部综合信息显示装置的技术方案。该技术方案通过以太网接口从综合平台管理***采集信息，采用加固型工控机，通过图形和参数配合显示方式，实现导航信息、主机推进装置工作状态、时间及防护信息和破损管制报警等航行相关重要信息的综合显示，以便驾驶室所有人员都能够方便的观察此类重要信息，本装置方案已在某些船舶上得到应用。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种驾驶室顶部综合信息显示装置***连接关系示意图；
图2是本发明实施例提供的一种驾驶室顶部综合信息显示装置布置示意图；
图3是本发明实施例提供的一种驾驶室顶部综合信息显示装置内部元器件排布图；
图4是本发明实施例提供的一种工控机连接关系示意图；
图5是本发明实施例提供的一种箱体内部与远程遥控器的连接关系示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明实例中，“第一”、“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序或先后次序。
本申请提供的一种高可靠性驾驶室顶部综合信息显示装置，包括：第一箱体(如图1中的1#箱体)、第二箱体(如图1中的2#箱体)、远程遥控器；第一箱体内设置有第一显示器(如图1中1#箱体内的一体式显示器)、滤波器、电源模块及继电器，第二箱体内设置有第二显示器(如图1中2#箱体内的一体式显示器)、网络交换机、工控机及数字量采集模块，具体如图1所示，为本申请提供的驾驶室顶部综合信息显示装置的***连接关系示意图，具体实施方案如下：
驾驶室顶部综合信息显示装置主要包含两个部分，一是安装于驾驶室前窗台下的两台高分辨率的箱体，如图2，二是安装于驾驶室方便操作部位的远程遥控器；其中驾驶室顶部综合信息显示箱体包含两台一体式加固显示器、网络交换机、工控机、数字量采集模块、以及继电器、滤波器、电源模块等，如图3。
1#箱体主要由1台一体式加固显示器、滤波器、电源模块、继电器、接线端子、航空插头座等组成。其中一体式加固显示器选用21.5寸加固显示器，通过软件实现一个显示器显示不同的数据信息。电源模块设置两路冗余电源，其中一路为AC220V，一路为DC24V电源，当按下遥控器面板上电源按钮后，整个装置得电；其中1#箱体给2#箱体提供电源。
2#箱体主要由1台一体式加固显示器、数字量采集模块、网络交换机、加固工控机、接线端子、航空插头座等组成。其中一体式加固显示器选用21.5寸显示器，通过软件实现一个显示器显示不同的数据信息。
2#箱体通过加固工控机接收外部双路双冗余以太网信息，把以太网信息分析解包，通过内部以太网接口发送给内部各个显示器进行显示。双冗余以太网接口与外部综合平台管理***连接，获取相关导航、推进、防护报警等数据信息。2路以太网信息1主1备，当主以太网出现链路故障时，在预设时间(如90ms)以内立即切换到备用以太网，接收导航信息，当主以太网链路重新恢复正常时，立即切换到主以太网上获取信息，备用以太网处于备用状态。
1#箱体和2#箱体之间通过电源接插件以及以太网信号接插件进行相互连接通信；其中显示器都自带以太网接口，分别接入内部网络交换机后与工控机相连接，遥控器面板通过RS485接口与2#箱体中的工控机相连。
远程遥控器面板上具有电源、模式、调亮和调暗四个按钮，其中电源按钮用于整个设备的电源开关按钮，按下后设备正常通电工作；模式按钮主要用于白天、傍晚、黑夜三种模式的模式切换，进行不同时段的界面显示；调亮和调暗按钮可进行对整个设备的显示器亮度进行调节，来适应不同时段的工况。远程遥控器面板内嵌数字信号处理模块，采集各个按钮信息后，通过RS485接口将数据传送给箱体内部工控机，工控机根据接收到的报文执行相应的控制命令。
在本申请实施例中，本发明装置采用的两个箱体分别安装一台22寸一体式加固显示器，单独一台一体式显示器可以进行分别显示不同的界面信息，显示单元分辨率为1920×885；采用i.MX 6Q(1G),ARM Cortex-A9应用处理器，支持2D/3D GPU图形加速；操作***采用嵌入式：linux3.0.35，提供应用层开发底层支持；输入电源采用DC24V，开机自动起动，20S以内完成启动动作。
在本申请实施例中，工控机通过外部以太网获取平台网数据，为了使采集的数据具有实时性、显示界面更具有动画效果，内部通信全部采用以太网通信方式，这样大大提高了通信速率，并且使得内部数据可以稳定获取、各个设备之间也可协调工作。通过工控机的第三个网络接口接入各个显示器主要显示导航信息、主机推进信息、时间等信息，并且具防护设施监测报警等功能。
内部工控机具有三个以太网接口，如图4，工控机采用VxWorks操作***，这样保证了设备***的稳定性，可以在设备不正常关机时不会造成***文件丢失，使得设备稳定运行。其中2路以太网与综合平台网络***连接，且为冗余设计，接收平台网发送的相关报文信息，通过内部分析解包并打包成UDP报文，发送给内部各个显示器，当任何一路以太网出现链路故障时，在90ms以内立即切换到另一路以太网，接收平台网信息；当两路以太网接口均与平台网断开时，则工控机通过第三个网络接口发送以太网通信故障给各个显示器，各个显示器均显示以太网故障。
在本申请实施例中，内部所有通信全部采用以太网通信，通过工控机第三个网络接口与网络交换机连接，各显示器通过以太网接口分别接入网络交换机，获取从平台网接收到的数据报文进行相应的解析；内部通信采用UDP通信形式，所有显示器通过交换机来获取数据。
在本申请实施例中，通过数字量采集模块来接收外部按钮信号输入，实现对装置的白天、傍晚、夜晚三种模式切换以及自定义逐级调光功能。该模块具有3通道数字量信号输入，接收远程遥控器的按钮输入命令(模式、调亮、调暗)，将按钮信号通过RS485总线传输给工控机，工控机再把数据发送到内部以太网网络上，各个显示器接收到相应报文后，可进行相应的调光及模式切换功能的实现。
在本申请实施例中，整体设备的通电需要通过操作远程遥控器面板上的电源按钮键(自锁按钮)，此时按钮给出的触点信号接通安装在箱体中的功率继电器的线圈，使得线圈得电，此时安装在箱体内部的两个继电器输出触点，接通电源模块输出的DC24V电源，然后给内部所有设备进行供电。
在本申请实施例中，如图5，远程遥控器与箱体内的数字量采集模块具有接口，数字量采集模块可以将远程遥控器的按钮信号(模式、调亮、调暗)采集，数字量采集模块通过RS485接口与工控机通信，两者采用标准Modbus-RTU协议通信，工控机作为主站，数字量采集模块作为从站，工控机主动询问远程遥控器按钮状态，将收到的按钮采集信息后，通过工控机以太网口将模式及亮度调节报文发送给显示器进行调光或显示模式切换。
本申请上述方案具有以下特点：
本申请装置的结构和布局上，为充分利用驾驶室顶部空间，驾驶室顶部综合信息显示装置采用两箱体的设计思路，分别布置于船舯的船体结构两侧，且每个箱体顶部减震器的安装巧妙的分布于结构之间的空隙处，使设备能尽可能贴近顶部布置，保证驾驶室前窗视野不受影响，同时，本装置结合驾驶室顶部结构，整个箱体采用异性结构设计，吊顶安装方式，使设备与驾驶室前壁之间的空隙尽可能小，与船体结构充分贴合，配合显示器下倾式的布置，保证驾驶室各战位能方便的对设备进行观测；背部采用隐藏式的进线方式，保证方便接线和维护的同时充分考虑了布置的美观性。由于设备上部空间有限，设备采用前部面板掀开式的维修方式，方便设备维护维修；同时，为防止在开启过程中脱手，装置面板在自重的影响下以极快的速度回转可能导致损坏或者对操作者造成以外伤害，装置面板加装气门撑作为一种带有阻尼效果的开启限位，面板开启角度约120度。
在本装置的通讯上，装置内部采用全以太网通信，数据刷新率大大提升，同时与外接的以太网通信协议保持一致，大大提高数据显示的实时性，为航行信息的实时显示提供了有力支撑。
人机界面显示功能模块化设计。驾驶室顶部综合信息显示装置以图形与数字相结合的形式对时间、艏向角、航速、航程、风速、风向、纵横摇等导航信息，主机转速、轴转速、螺距等推进信息，火灾、破损进水、核***、空气辐射、海水辐射和化学毒剂报警等防护报警信息进行综合显示。软件界面采用模块化设计，可以通过调试设备终端方便地对显示结构进行调整，根据不同使用风格对显示结构进行调整，达到显示界面定制的功能，大大提高了装置的个性化定制能力。
操作便利性上，采用远程遥控器操作，更为便利。远程遥控器布置于驾驶室驾控台或其它操作方便的部位，嵌入安装。远程遥控器具有电源、模式切换、调亮、调暗四个功能。
高可靠性设计。抗冲击和电磁兼容。装置采用铸铝腔体，使用铸铝材料一次低压浇铸、机加工成型，具有密封性好、抗腐蚀性强、尺寸误差小、重量轻的特点，同时箱体设置凹槽，凹槽内填充导电橡胶条，实现有效面接触以达到隔离电磁波辐射干扰的目的。箱体背部设计异形减震器，同时箱体经金属表面除油、酸洗清理、磷化保护防腐处理和高压静电喷漆、高温烘烤后，其表面的塑层附着力强，耐强外力的冲击。
人机交互的调光设计。配备的远程遥控器可实现白天\傍晚\黑夜3种模式切换、调亮、调暗功能。根据航行的不同时段选择显示模式，同时配有255级调亮、调暗功能，以达到符合使用者最舒适的显示效果。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高可靠性驾驶室顶部综合信息显示装置，其特征在于，包括：第一箱体、第二箱体、远程遥控器；第一箱体和第二箱体分别布置于船舯的船体结构两侧，第一箱体和第二箱体之间通过电源接插件以及以太网信号接插件进行相互连接通信；
第一箱体内设置有第一显示器、滤波器、电源模块及继电器，电源模块设置两路冗余电源，第二箱体通过第一箱体提供电源，远程遥控器的电源按钮给出的触点信号接通继电器的线圈，使得线圈得电，接通电源模块输出的电源，经过滤波器滤波后，给第一箱体和第二箱体提供电源；
第二箱体内设置有第二显示器、网络交换机、工控机及数字量采集模块，第一显示器和第二显示器通过以太网与网络交换机连接，远程遥控器连接数字量采集模块，通过数字量采集模块与工控机相连，使得工控机通过数字量采集模块获取远程遥控器的遥控信号；
工控机通过双冗余以太网接口接收外部综合平台管理***的双路双冗余以太网信息，把以太网信息分析解包，通过内部以太网接口发送给网络交换机，通过网络交换机发送给第一显示器和第二显示器进行显示。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，第一箱体和第二箱体顶部安装的减震器分布于结构之间的空隙处，且第一箱体和第二箱体采用异性结构设计，吊顶安装方式，且第一显示器和第二显示器采用下倾式的布置，第一箱体和第二箱体背部采用隐藏式的进线方式和前部面板掀开式的维修方式，面板加装气门撑作为一种带有阻尼效果的开启限位。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，双冗余以太网为一个主以太网和一个备用以太网，当主以太网出现链路故障时，在预设时间内切换到备用以太网，当主以太网链路重新恢复正常时，立即切换到主以太网，备用以太网处于备用状态。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，远程遥控器面板上具有电源、模式、调亮和调暗四个按钮，其中电源按钮用于整个装置的电源开关按钮；模式按钮用于白天、傍晚、黑夜三种模式的模式切换，进行不同时段的界面显示；调亮和调暗按钮对第一显示器和第二显示器亮度进行调节，以适应不同时段的工况，在远程遥控器面板内嵌数字信号处理模块，通过数字信号处理模块采集各个按钮信息后，将开关量通过数字量采集模块传送给工控机，工控机根据接收到的报文执行相应的控制命令。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，第一显示器和第二显示器的显示界面以图形与数字相结合的形式进行信息显示，且界面采用模块化设计，能够对显示结构进行调整。
6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，装置采用铸铝腔体，使用铸铝材料一次低压浇铸、机加工成型，同时第一箱体和第二箱体内设置凹槽，凹槽内填充导电橡胶条，实现有效面接触以达到隔离电磁波辐射干扰的目的，同时第一箱体和第二箱体经金属表面除油、酸洗清理、磷化保护防腐处理和高压静电喷漆、高温烘烤后，其表面的塑层附着力强，耐强外力的冲击。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，第一显示器和第二显示器显示的信息为：包括时间、艏向角、航速、航程、风速、风向及纵横摇的导航信息、包括主机转速、轴转速及螺距的推进信息、包括火灾、破损进水、核***、空气辐射、海水辐射和化学毒剂报警的防护报警信息。
8.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，数字量采集模块通过RS485总线与工控机连接。
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