一種船舶vdr車鐘與操舵數(shù)據(jù)通用轉(zhuǎn)換終端的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種船舶VDR車鐘與操舵數(shù)據(jù)通用轉(zhuǎn)換終端，包括依次連接的采集單元、處理單元和發(fā)送單元，采集單元包括舵角采集接口、左車鐘采集接口和右車鐘采集接口；處理單元包括數(shù)據(jù)處理單元、人工輸入單元和顯示比例轉(zhuǎn)換參數(shù)配置界面和實時采集值的顯示單元；發(fā)送單元將處理單元生成的NEMA0183標準格式報文發(fā)送至VDR。還公開了一種船舶VDR車鐘與操舵數(shù)據(jù)通用轉(zhuǎn)換方法。本發(fā)明在不知曉船舶設(shè)備通信協(xié)議的前提下就能采集到駕駛臺車鐘與駕駛臺舵角數(shù)據(jù)，進而傳輸?shù)絍DR中保存以備后續(xù)查看，方法簡便有效；能根據(jù)不同設(shè)備人工配置A/D比例換算參數(shù)，實現(xiàn)了終端的通用性。
【專利說明】—種船舶VDR車鐘與操舵數(shù)據(jù)通用轉(zhuǎn)換終端

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利涉及內(nèi)河船舶航行安全【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種船舶VDR車鐘與操舵數(shù)據(jù)通用轉(zhuǎn)換終端。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，內(nèi)河船舶數(shù)量和運輸量不斷增大，內(nèi)河船舶的航行安全問題受到愈來愈多的關(guān)注。VDR(Voyage Data Recorder,船載航行數(shù)據(jù)記錄儀)用于船舶發(fā)生事故后的數(shù)據(jù)還原，作用等同于飛機的“黑匣子”。VDR記錄的數(shù)據(jù)主要包括日期、時間、位直、航向、首頻、雷達、:角、水深、風(fēng)速風(fēng)向、報警、車鐘令、水s丨]狀態(tài)、風(fēng)速風(fēng)向、船體強度等。VDR接收的數(shù)據(jù)必須為標準的NMEA0183標準協(xié)議(美國國家海洋電子協(xié)會為海用電子設(shè)備制定的標準協(xié)議)報文。內(nèi)河船舶自動化水平較低，很多車鐘、舵角等設(shè)備沒有標準的數(shù)據(jù)輸出接口(即使有數(shù)據(jù)輸出接口也存在傳輸協(xié)議不統(tǒng)一的問題)，這會導(dǎo)致這些數(shù)據(jù)無法直接輸入到VDR中進行保存。
[0003]基于上述現(xiàn)狀，本專利設(shè)計一種針對車鐘與舵角數(shù)據(jù)的通用轉(zhuǎn)換終端，旨在解決當前幾乎所有內(nèi)河船舶車鐘與舵角數(shù)據(jù)采集問題以及與VDR數(shù)據(jù)傳輸問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對內(nèi)河船舶航行過程中車鐘、舵角等設(shè)備沒有標準的數(shù)據(jù)輸出接口，無法直接將車鐘與舵角數(shù)據(jù)輸入至VDR。為了降低內(nèi)河安裝VDR的難度和成本，本發(fā)明設(shè)計了一種船舶VDR車鐘與操舵數(shù)據(jù)通用轉(zhuǎn)換終端，將采集到的舵角及車鐘數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理成NMEA0183標準協(xié)議格式，并將數(shù)據(jù)實時傳輸至VDR，使之能連續(xù)記錄船舶駕駛臺操縱狀態(tài)，為內(nèi)河船舶安全航行提供重要保障。
[0005]本發(fā)明專利的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0006]一種船舶VDR車鐘與操舵數(shù)據(jù)通用轉(zhuǎn)換終端，包括采集單元，還包括與采集單元連接的處理單元和與處理單元連接的發(fā)送單元，
[0007]采集單元包括:
[0008]用于通過正負雙向電壓采集的A/D采樣單元對舵角指示儀的偏角所對應(yīng)的電位器的電壓進行采集的舵角采集接口、和
[0009]用于分別通過正負雙向電壓采集的A/D采樣單元對駕駛臺處左右車鐘的擋位所對應(yīng)的電位器的電壓進行采集的左車鐘采集接口和右車鐘采集接口 ；
[0010]處理單元包括:
[0011]用于對A/D采樣值進行平均值濾波處理，然后將A/D采樣值按比例轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的左右車鐘與舵角值，并將左右車鐘與舵角值封裝為NEMA0183標準格式報文的數(shù)據(jù)處理單元、
[0012]用于輸入比例轉(zhuǎn)換參數(shù)的人工輸入單元、和
[0013]顯示比例轉(zhuǎn)換參數(shù)配置界面和實時采集值的顯示單元；
[0014]發(fā)送單元將處理單元生成的NEMAO183標準格式報文發(fā)送至VDR。
[0015]一種船舶VDR車鐘與操舵數(shù)據(jù)通用轉(zhuǎn)換方法，包括以下步驟:
[0016]步驟1、對具有正負雙向電壓采集功能的A/D采樣單元進行校零；
[0017]步驟2:對從舵角采集接口、左車鐘采集接口和右車鐘采集接口導(dǎo)入左右車鐘信號和舵角信號進行A/D采樣，采集頻率至少為60SPS ；
[0018]步驟3:對步驟2獲得的A/D采樣數(shù)據(jù)進行平均值濾波處理，選擇至少10個采集數(shù)據(jù)為一組進行平均值計算；
[0019]步驟4:對濾波后的A/D采樣數(shù)據(jù)進行比例換算獲得左右車鐘的擋位值和舵角的偏角值:
[0020]步驟5:將左右車鐘的擋位值與舵角的偏角值封裝為NEMA0183標準格式報文；
[0021]步驟6:發(fā)送單元向VDR傳輸已轉(zhuǎn)換成標準NMEAO183格式的左右車鐘信號報文及舵角信號報文。
[0022]如上所述的步驟4中，左右車鐘的擋位值G通過以下公式獲得:
[0023]G = KgVg
[0024]其中，Ke = Mg/ (Vmax-Vmin)，Vg為步驟3濾波后的左右車鐘采樣電壓值，Mg為駕駛臺車鐘擋位數(shù)，Vmax和Vmin分別為船舶駕駛臺車鐘前進最大擋和后退最大擋時電位器的對應(yīng)的電壓值；
[0025]舵角的偏角值D通過以下公式獲得:
[0026]D = KDVD，
[0027]其中，Kd= (Dmax左-Dmax右)/(Vmax左-Vmax右)，Vd為步驟3濾波后的舵角采樣電壓值，Dmax左和Dmax；&為船舶駕駛臺左舵最大偏角和右舵最大偏角，Vmaj^和Vmax；&為船舶駕駛臺即舵角指示儀在左舵最大偏角和右舵最大偏角時表頭電阻對應(yīng)的電壓值。
[0028]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:
[0029](I)設(shè)計了一種內(nèi)河船舶駕駛臺車鐘和舵角數(shù)據(jù)采集及處理方法，在不知曉船舶設(shè)備通信協(xié)議的前提下就能采集到駕駛臺車鐘與駕駛臺舵角數(shù)據(jù)，進而傳輸?shù)絍DR中保存以備后續(xù)查看，方法簡便有效；
[0030](2)在不需要更改硬件和程序的前提下，船舶VDR車鐘與操舵數(shù)據(jù)通用轉(zhuǎn)換終端能根據(jù)不同設(shè)備人工配置A/D比例換算參數(shù)，實現(xiàn)了終端的通用性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031 ] 圖1是本發(fā)明的信息傳遞框架圖。
[0032]圖2是本發(fā)明的功能圖。
[0033]圖3是船舶駕駛臺舵角信號、車鐘信號采集處理技術(shù)路線圖。
[0034]圖4是船舶駕駛臺車鐘電位器電壓值與車鐘擋位間的線性關(guān)系圖。
[0035]圖5是船舶駕駛臺舵角指示儀電壓值與舵角間的線性關(guān)系圖。
[0036]圖6為本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]圖中:1_采集單元；2-處理單元；3-發(fā)送單元；101-舵角采集接口 ；102_左車鐘采集接口 ； 103-右車鐘采集接口 ；201_數(shù)據(jù)處理單元；202-人工輸入單元；203-顯示單元。

【具體實施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細的說明。
[0039]實施例1:
[0040]一種船舶VDR車鐘與操舵數(shù)據(jù)通用轉(zhuǎn)換終端，包括采集單元1、處理單元2和發(fā)送單元3 ;采集單元I包括舵角采集接口 101、左車鐘采集接口 102、右車鐘采集接口 103，采集對象為駕駛臺處車鐘的擋位所對應(yīng)的電位器的電壓與舵角指示儀的偏角所對應(yīng)的電位器的電壓；處理單元2包括數(shù)據(jù)處理單元201、人工輸入單元202和顯示單元203，數(shù)據(jù)處理單元201首先對A/D采樣值進行平均值濾波處理，然后將A/D采樣值按比例轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的車鐘與舵角值，最后將車鐘與舵角值封裝為一條NEMA0183標準格式報文；人工輸入單元202輸入比例轉(zhuǎn)換參數(shù)；顯示單元203顯示比例轉(zhuǎn)換參數(shù)配置界面和實時采集值；發(fā)送單元
3將標準報文通過串行通信方式發(fā)送至VDR。
[0041]左車鐘采集接口 102和右車鐘采集接口 103通過能夠采集正負電壓的A/D采樣模塊進行數(shù)據(jù)采集，分別代表前進擋和后退擋；舵角采集接口通過能夠采集正負電壓的A/D米樣模塊同時米集正負電壓，分別代表舵角左右偏移量。
[0042]人工輸入單元202僅需在船舶車鐘與舵角初始運行時配置比例轉(zhuǎn)換參數(shù)；
[0043]比例轉(zhuǎn)換參數(shù)可根據(jù)不同型號船舶設(shè)備分別設(shè)定，設(shè)定值可參考船舶駕駛臺車鐘電位器電壓值與車鐘擋位間的線性關(guān)系、船舶駕駛臺舵角指示儀電壓值與舵角間的線性關(guān)系:
[0044]左右車鐘的擋位值G通過以下公式獲得:
[0045]G = KgVg
[0046]其中，Ke = Mg/(Vmax-Vmin)，Vg為步驟3濾波后的左右車鐘采樣電壓值，Mg為駕駛臺車鐘擋位數(shù)，Vmax和Vmin分別為船舶駕駛臺車鐘前進最大擋和后退最大擋時電位器的對應(yīng)的電壓值；
[0047]舵角的偏角值D通過以下公式獲得:
[0048]D = KDVD，
[0049]其中，Kd= (Dmax左-Dmax右)/(Vmax左-Vmax右)，Vd為步驟3濾波后的舵角采樣電壓值，Dmax左和Dmax；&為船舶駕駛臺左舵最大偏角和右舵最大偏角，Vmaj^和Vmax；&為船舶駕駛臺即舵角指示儀在左舵最大偏角和右舵最大偏角時表頭電阻對應(yīng)的電壓值。
[0050]設(shè)定比例轉(zhuǎn)換參數(shù)時，由人工輸入單元202輸入配置參數(shù)，并通過顯示單元203將轉(zhuǎn)換后的測量值與船舶駕駛臺車鐘當前擋位顯示和駕駛臺舵角指示儀所測的真實值進行對比，測試參數(shù)設(shè)置是否在規(guī)定誤差范圍內(nèi)，若不在，則進行微調(diào)到誤差范圍內(nèi)。
[0051]實施例2:
[0052]一種船舶VDR車鐘與操舵數(shù)據(jù)通用轉(zhuǎn)換方法，包括以下步驟:
[0053]步驟1:對具有正負雙向電壓采集功能的A/D采樣單元進行校零，消除A/D采集的系統(tǒng)誤差；
[0054]步驟2:對從舵角采集接口 101、左車鐘采集接口 102和右車鐘采集接口 103導(dǎo)入車鐘信號和舵角信號進行A/D采樣,采集頻率至少為60SPS (sample per second,每秒采樣率)；
[0055] 步驟3:對A/D采樣數(shù)據(jù)進行平均值濾波處理，選擇至少10個采集數(shù)據(jù)為一組進行平均值計算，計算后需保證每秒至少輸出6個A/D數(shù)據(jù)；
[0056]步驟4:比例換算，換算原理如圖4、圖5所示。比例換算是將A/D值與儀表顯示值進行對應(yīng)，使得經(jīng)過比例換算后得到的值與顯示單元203上的讀數(shù)值一致。以下為比例換算值計算的原理:
[0057]如圖4所示，Vmin對應(yīng)前進(后退)最大擋時電位器對應(yīng)的電壓值，Vmax對應(yīng)后退(前進)最大擋時電位器對應(yīng)的電壓值。左右車鐘的擋位值G通過以下公式獲得:
[0058]G = KgVg
[0059]其中，Ke = Mg/(Vmax-Vmin)，Vg為步驟3濾波后的左右車鐘采樣電壓值，Mg為駕駛臺車鐘擋位數(shù)，Vmax和Vmin分別為船舶駕駛臺車鐘前進最大擋和后退最大擋時電位器的對應(yīng)的電壓值；
[0060]根據(jù)求得Ke的值可以劃分出每個擋位對應(yīng)的電壓范圍，形成擋位表，則時時采集到的駕駛臺車鐘電位器電壓值可以由擋位表最終確定傳到VDR中的船舶擋位值，以空擋為例，空擋電壓值Vm范圍為Vmmin < Vffl ^ Vnmax ；
[0061 ] 如圖5所示，Vmax左(右)對應(yīng)左舵(右舵)最大偏角，Vmax右(左)對應(yīng)右舵(左舵)最大偏角。舵角的偏角值D通過以下公式獲得:
[0062]D = KdVd，
[0063]其中，Kd= (Dma x左-Dmax右)/(Vmax左-Vmax右)，Vd為步驟3濾波后的舵角采樣電壓值，Dmax左和Dmax；&為船舶駕駛臺左舵最大偏角和右舵最大偏角，Vmaj^和Vmax；&為船舶駕駛臺即舵角指示儀在左舵最大偏角和右舵最大偏角時表頭電阻對應(yīng)的電壓值。
[0064]根據(jù)求得Kd的值以及實時采集到的駕駛臺舵角指示儀電壓值可以最終確定傳到VDR中的船舶舵角值；
[0065]步驟5:將車鐘與舵角值封裝為一條NEMA0183標準格式報文；
[0066]步驟6:發(fā)送單元3向VDR傳輸已轉(zhuǎn)換成標準NMEAO183格式的左右車鐘信號報文及舵角信號報文，VDR存儲數(shù)據(jù)以備后續(xù)查看。
[0067]本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種船舶VDR車鐘與操舵數(shù)據(jù)通用轉(zhuǎn)換終端，包括采集單元(I)，其特征在于，還包括與采集單元(I)連接的處理單元(2)和與處理單元(2)連接的發(fā)送單元(3)， 采集單元(I)包括: 用于通過正負雙向電壓采集的A/D采樣單元對舵角指示儀的偏角所對應(yīng)的電位器的電壓進行采集的舵角采集接口(101)、和 用于分別通過正負雙向電壓采集的A/D采樣單元對駕駛臺處左右車鐘的擋位所對應(yīng)的電位器的電壓進行采集的左車鐘采集接口(102)和右車鐘采集接口(103)； 處理單元(2)包括: 用于對A/D采樣值進行平均值濾波處理，然后將A/D采樣值按比例轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的左右車鐘與舵角值，并將左右車鐘與舵角值封裝為NEMA0183標準格式報文的數(shù)據(jù)處理單元⑵、 用于輸入比例轉(zhuǎn)換參數(shù)的人工輸入單元(202)、和 顯示比例轉(zhuǎn)換參數(shù)配置界面和實時采集值的顯示單元(203)； 發(fā)送單元⑶將處理單元⑵生成的NEMAO183標準格式報文發(fā)送至VDR。
2.利用權(quán)利要求1所述轉(zhuǎn)換終端進行車鐘與操舵數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、對具有正負雙向電壓采集功能的A/D采樣單元進行校零； 步驟2:對從左右車鐘信號和舵角信號進行A/D采樣，采集頻率至少為60SPS ； 步驟3:對步驟2獲得的A/D采樣數(shù)據(jù)進行平均值濾波處理，選擇至少10個采集數(shù)據(jù)為一組進行平均值計算； 步驟4:對濾波后的A/D采樣數(shù)據(jù)進行比例換算獲得左右車鐘的擋位值和舵角的偏角值: 步驟5:將左右車鐘的擋位值與舵角的偏角值封裝為NEMA0183標準格式報文； 步驟6:發(fā)送單元(3)向VDR傳輸已轉(zhuǎn)換成標準NMEA0183格式的左右車鐘信號報文及舵角信號報文。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車鐘與操舵數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的方法，其特征在于，所述的步驟4中，左右車鐘的擋位值G通過以下公式獲得:
G = KgVg, 其中，Ke = Mg/(Vmax-Vmin)，Vg為步驟3濾波后的左右車鐘采樣電壓值，Mg為駕駛臺車鐘擋位數(shù)，Vmax和Vmin分別為船舶駕駛臺車鐘前進最大擋和后退最大擋時電位器的對應(yīng)的電壓值； 舵角的偏角值D通過以下公式獲得:
D = KdVd, 其中，Kd = (Dmax左-Dmax右)/(Vmax左-Vmax右)，Vd為步驟3濾波后的舵角采樣電壓值，Dmax左和DMX；&為船舶駕駛臺左舵最大偏角和右舵最大偏角，Vniaj^和Vniax$為船舶駕駛臺即舵角指示儀在左舵最大偏角和右舵最大偏角時表頭電阻對應(yīng)的電壓值。
【文檔編號】B63H25/24GK104071312SQ201410318621
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月3日
【發(fā)明者】嚴新平, 張東華, 初秀民, 陳鵬, 陳偉, 任學(xué)鋒, 梁躍虹, 許晶, 王媛 申請人:武漢中原電子集團有限公司