基于單片機的新型海警艦艇電子舵角指示儀

摘要：現(xiàn)有海警艦艇的舵角指示技術(shù)多采用自整角機舵角指示系統(tǒng)，此類舵角指示裝置不僅體積質(zhì)量大，傳動機構(gòu)復雜，而且指示精準度也不高。針對上述不足，提出一種電子舵角指示方法，設(shè)計了基于單片機的新型舵角指示系統(tǒng)。實驗研究結(jié)果表明，該電子舵角指示儀方法可靠，舵角指示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、指示精度高、響應(yīng)靈敏，且設(shè)計的聲光報警系統(tǒng)報警準確、及時。在海警艦艇、公務(wù)用船及其他民用船只上有很大的推廣應(yīng)用價值。
關(guān)鍵詞：舵角指示儀；海警艦艇；角度傳感器；C8051F020單片機

0 引言
隨著我國對海洋的日益重視，公安海警艦艇部隊不斷壯大，海警的裝備也有了長足的發(fā)展，千噸級以上的大艦不斷裝備到海警部隊，為海警部隊完成國家所賦予的任務(wù)提供了有力的保證。然而，綜觀海警大艦的來源，除少部分是通過部局與地方政府聯(lián)合建造外，如1001艦，多數(shù)是通過對海軍退役艦艇的改造而列編的。一個突出的問題——艦艇裝備的自動化程度比較落后，對海警部隊完成海上執(zhí)勤執(zhí)法任務(wù)提出了挑戰(zhàn)。而舵角指示裝置是其中較為突出的問題之一。
眾所周知，現(xiàn)有海警艦艇的舵角指示技術(shù)多采用自整角機舵角指示系統(tǒng)，此類舵角指示裝置不僅體積質(zhì)量大，傳動機構(gòu)復雜，而且指示精準度也不高。因此，對海警艦艇的舵角指示系統(tǒng)進行自動化和可靠性改造已是顯得十分迫切。
本文在分析現(xiàn)有海警艦艇舵角指示系統(tǒng)存在不足的基礎(chǔ)上，提出了一種新型的電子舵角指示方法，設(shè)計了基于單片機的新型舵角指示系統(tǒng)，并設(shè)計和制造了舵角指示儀樣機，并進行了自動化、指示精度和可靠性研究。

1 設(shè)計思想
舵角指示器是用來測量顯示艦艇舵葉轉(zhuǎn)角和方向的儀器，現(xiàn)有海警中型艇多數(shù)還在使用自整角機舵機指示系統(tǒng)。此類舵角指示器主要用于精度較低的指示系統(tǒng)，其指示精度、噪音等級、制造成本以及保養(yǎng)維修要求都存在明顯的不足。首先，自整角機式舵角顯示系統(tǒng)單元多由單相激磁繞組的小型異步電動機、電纜線和指示儀表盤等構(gòu)成。其系統(tǒng)線路接線較為復雜，還需要較大電壓供電，因此消耗電能大，故障機率高；其次，此類舵角指示系統(tǒng)指示精度不高。自整角機的定子和轉(zhuǎn)子線圈是采取微行滑環(huán)，存在接觸不良的問題，指示器表針使用電磁機構(gòu)，容易受到外界磁場的干擾，要經(jīng)常校零，精確度不夠高；再次，就經(jīng)濟性而言此類舵角指示器成本較高。
針對上述不足，提出了一種基于單片機的新型的電子舵角指示方法，即基于角度傳感器和單片機的電子舵角指示系統(tǒng)。其基本原理是：通過角度傳感器檢測舵角的轉(zhuǎn)角信號，然后在單片機中進行A／D轉(zhuǎn)換，按預(yù)先設(shè)計的程序，經(jīng)計算后輸出相應(yīng)的信號，并通過液晶顯示器顯示舵角的所處的位置。實現(xiàn)了艦艇舵角及顯示的數(shù)字化，具有技術(shù)先進、成本低、功耗小、反映速度快、測量精度高、低噪音、故障率低、壽命長、配套靈活、使用維護修理方便等優(yōu)點，克服了現(xiàn)有海警艦艇舵角指示器的不足，有極大的推廣應(yīng)用價值。

2 設(shè)計原理及方案
2．1 設(shè)計原理
系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，由電源模塊、角度傳感器、單片機、顯示模塊和報警模塊等組成。電源模塊向系統(tǒng)提供5 V直流電，并控制系統(tǒng)的通斷；角度傳感器模塊及其指針式角度表采集舵角度信息，并傳輸?shù)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/C8051F020單片機">C8051F020單片機；單片機模塊將輸出信號進行A／D轉(zhuǎn)換，把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，按一定的控制規(guī)律進行計算，并把結(jié)果傳輸送液晶顯示器顯示出舵角結(jié)果；報警模塊在舵角超過到極限角度35°時，發(fā)出聲光報警，保證操舵系統(tǒng)的安全。
2．2 系統(tǒng)框圖
電子舵角指示系統(tǒng)的框圖如圖1所示，控制程序框圖如圖2所示，聲光報警模塊電路圖如圖3所示。