基于AVR單片機的船舶氣象儀測試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：針對船舶氣象儀保障維修而設(shè)計的船舶氣象儀測試系統(tǒng)，包括信息處理終端、主儀器檢測模塊、傳感器檢測模塊，各個模塊都采用基于AVR單片機的嵌入式系統(tǒng)，模塊之間通過CAN總線進行通信。結(jié)果表明，船舶氣象儀測試系統(tǒng)能夠快速檢測船舶氣象儀故障，與單純依靠人工方式排查故障相比，故障檢測時間縮短了60％以上。
關(guān)鍵詞：船舶氣象儀保障維修；船舶氣象儀測試系統(tǒng)；AVR單片機；CAN總線

船舶氣象儀是船舶導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)備之一，可測量船舶所在位置海區(qū)的風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、氣壓等多項氣象要素，可向船舶的導(dǎo)航系統(tǒng)傳送實時的氣象參數(shù)。船舶氣象儀一旦出現(xiàn)故障，將會影響船舶操作人員對各種氣象要素的估計和判斷，甚至導(dǎo)致航行船舶失控、擱淺、觸礁、傾覆等嚴重事故。為了保障船舶氣象儀能夠時刻處于良好的狀態(tài)，需要先進的測試技術(shù)和便攜式的測試設(shè)備對船舶氣象儀的運行情況進行檢測。但是，目前市面上還沒有出現(xiàn)一套完整的測試系統(tǒng)來完成對現(xiàn)有船舶氣象儀的檢測任務(wù)，以滿足船舶操作人員的使用和保障需求。針對目前船舶上普遍使用的氣象儀器專門設(shè)計的船舶氣象儀測試系統(tǒng)，能夠很好地完成船舶氣象儀的故障測試任務(wù)，縮短船舶氣象儀的測試診斷時間，滿足船舶氣象儀的快速維修要求，其操作簡便，測試效率高，大大降低了氣象儀的維修費用。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計
在分析船舶氣象儀軟硬件原理和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，充分考慮船舶的維修環(huán)境，確定了便攜式、模塊化設(shè)計思想。由于船舶氣象儀主要由主儀器和各種氣象要素傳感器兩大部分組成，因此分別設(shè)計了主儀器檢測模塊和傳感器檢測模塊。信息處理終端是船舶氣象儀測試系統(tǒng)的控制核心，提供人機交互界面和操作按鍵，響應(yīng)用戶的操作命令并顯示檢測信息。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。圖中虛線框內(nèi)為檢測對象，虛線箭頭表示船舶氣象儀測試系統(tǒng)進行自檢測時的連接方向。

考慮到船舶工作環(huán)境相對惡劣，加上電子裝備甚多，電磁干擾嚴重，因此船舶氣象儀測試系統(tǒng)各模塊之間采用CAN總線進行通信。CAN總線是一種技術(shù)先進、可靠性高、功能完善、成本合理的網(wǎng)絡(luò)通信控制方式。

2 系統(tǒng)工作原理
2．1 檢測船舶氣象儀主儀器
利用船舶氣象儀測試系統(tǒng)可以對船舶氣象儀主儀器進行逐級測試，從而對主儀器及其內(nèi)部功能模板是否故障作出快速判斷。
檢測時，主儀器檢測模塊仿真輸出3檔(低檔、中檔、高檔)傳感器信號，維修人員按照從內(nèi)到外或者從外到內(nèi)的順序?qū)⑵渲鸺夁B接到船舶氣象儀主儀器相應(yīng)的接插件上，同時觀察船舶氣象儀顯示屏上風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、氣壓的測量數(shù)據(jù)，如果這些測量數(shù)據(jù)跟隨船舶氣象儀測試系統(tǒng)設(shè)定值的變化而變化，可以確定這一級沒有故障，否則可以確定故障就在這一級。
2．2 檢測船舶氣象儀傳感器
利用船舶氣象儀測試系統(tǒng)可以對船舶氣象儀傳感器信號進行實時監(jiān)測，從而對傳感器及其傳輸線路是否故障作出快速判斷。
檢測時，傳感器檢測模塊檢測傳感器信號，信息處理終端顯示實時測量值和檢測結(jié)果，維修人員按照操作規(guī)程使傳感器信號發(fā)生一個特定的變化，信息處理終端根據(jù)傳感器信號是否發(fā)生了預(yù)期的變化，得出傳感器是否故障的診斷結(jié)果。