船舶姿态信号采集专用开关器的设计与实现

摘 要：在采集双惯导系统姿态信号时，为减少模数转换电路的数量、优化采集电路结构，设计了一种以单片机为控制器的船舶姿态信号采集专用开关器，实现了2×30线、6×10线两种开关功能，满足了船舶姿态信号采集的需求。

关键词：船舶 姿态信号 开关器 惯导

中图分类号：TB47 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）01（c）-0008-02

平台式惯性导航系统是以平台坐标系为基准，通过旋转变压器或感应同步器等角度测量传感器连续地测量平台坐标系与船舶载体坐标系之间的角度信号，输出船舶航向、水平等姿态信号的重要导航设备[1]。惯导系统中有3个角度测量传感器，安装在惯性平台的方位轴、纵摇轴、横摇轴上，分别输出航向、纵摇、横摇姿态信号[2]。为分析、研究船舶的运行状况和惯导系统的工作状态，需要对角度测量传感器输出的模拟姿态信号进行采集。在双惯导系统条件下，共有6个姿态信号，在直接采集时需要6路模数转换电路，采集系统的电路结构复杂、成本高。为减少模数转换电路数量、优化采集系统电路结构，本文以单片机为控制器，设计了一种船舶姿态信号采集专用开关器，实现2×30线、6×10线两种开关功能。当专用开关器配置为2×30线开关时可选通双惯导系统中一台惯导系统的3个姿态信号，当配置为6×10线开关时可选通6个姿态信号中的1个姿态信号，满足了双惯导系统条件下船舶姿态信号采集的需求。

1 专用开关器方案设计

根据双惯导系统姿态信号采集的需求，设计专用开关器的方案如图1所示。在该设计方案中，共有6个输入11_IN、12_IN、13_IN、21_IN、22_IN、23_IN，可分别输入1#惯导系统的航向、纵摇、横摇信号与2#惯导系统的航向、纵摇、横摇信号；共有3个输出01_OUT、02_OUT、03_OUT，通过对应的连接配置，01_OUT可输出6个输入信号中的任何一个，02_OUT只能输出12_IN或22_IN，03_OUT只能输出13_IN或23_IN。

在专用开关器中，单片机作为控制器，通过串口通信电路接收计算机的指令，控制K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8等8组开关的通断设置，实现2×30线、6×10线两种开关功能。其中，K1、K2、K3的作用是从双惯导系统的两组姿态信号中选出其中一组姿态信号，K4、K5的作用是从航向、纵摇、横摇3个信号中选出一个姿态信号，K6、K7、K8的作用是姿态信号输出控制。

2 硬件电路设计

根据船舶姿态信号采集专用开关器设计方案，制作开关器电路如图2所示。

其中，控制器为89S52单片机；8个开关组由40只G6S-2-Y欧姆龙继电器组成，每组开关器有5个继电器；驱动电路由晶体管、电阻等元器件构成；串口通信电路由MAX232芯片实现；外接的工作电源为+12VDC，并通过三端稳压器产生+5VDC电压，作为单片机工作电源。

3 单片机程序设计

根据专用开关器的设计方案与硬件电路，设计了单片机的主程序与串口中断程序，流程图分别如图3，4所示。其中，count与receivedata是全局变量，count为指令标识，receivedata为指令数据。当count为1时表示目前寄存器receivedata中的指令未执行，为0时表示指令已经执行。在单片机主程序中，设置串口通信工作在方式1、波特率为9600。

根据专用开关器硬件电路与软件程序，设置控制指令如表1所示。在专用开关器设置为2×30线开关时，01_OUT、02_OUT、03_OUT分别输出11_IN、12_IN、13_IN或21_IN、22_IN、23_IN；在设置为6×10线开关时，01_OUT 输出6个输入信号中的一个信号，02_OUT、03_OUT无输出信号。

4 结语

针对双惯导系统条件下船舶姿态信号采集的需求，本文设计了一种专用开关器。该专用开关器以单片机为控制器，以40只G6S-2-Y继电器组成8个开关组，实现了2×30线、6×10线两种开关功能，满足了船舶姿态信号采集的需求。

参考文献

[1] 秦永元.惯性导航[M].北京：科学出版社，2006：133-142.

[2] 李安，胡柏青.平台罗经[D].武汉：海军工程大学，2003：63-69.

[3] 李广弟.单片机基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，1993：177-184.