專利名稱：可接收多路航向信號的通用航向復(fù)示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種船舶航向復(fù)示裝置，特別涉及一種能夠接收和顯示多路不同類型航向信號的船舶航向復(fù)示器，屬于航海設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
羅經(jīng)航向復(fù)示器是船舶上必備的航向顯示設(shè)備，船舶操縱人員主要通過航向復(fù)示器觀察船舶的艏向運動。航向復(fù)示器的主要功能是將羅經(jīng)輸出的航向信號轉(zhuǎn)換為直觀的機械轉(zhuǎn)動，其目的是便于操作人員觀察船舶的航向運動。目前的航向復(fù)示器產(chǎn)品主要存在如下問題一、航向復(fù)示器不能同時接收多種羅經(jīng)信號 國內(nèi)船舶上通常同時配備有多種羅經(jīng)如電羅經(jīng)、磁羅經(jīng)、GPS羅經(jīng)等，為了顯示不同羅經(jīng)輸出的航向信號，船舶上需要配置多個航向復(fù)示器，成本較高，安裝不方便。ニ、航向機械復(fù)示器不能同時接收數(shù)字信號和自整角機模擬信號羅經(jīng)發(fā)送的航向信號包括數(shù)字航向信號和自整角機模擬航向信號。現(xiàn)有的航向復(fù)示器產(chǎn)品主要分為兩種類型，一種用于接收自整角機模擬航向信號；另ー種用于接收數(shù)字航向信號，這兩種航向復(fù)示器產(chǎn)品不能同時接收數(shù)字航向信號和自整角機模擬航向信號。國外如日本UNIKAS公司的EC-50復(fù)式羅經(jīng)、德國安修士(Raytheon Anschutz)公司生產(chǎn)的Gyro Star (Ray Gyro G1500)分羅經(jīng)等產(chǎn)品；國內(nèi)的數(shù)字航向復(fù)示器產(chǎn)品，如重慶長平機械廠生產(chǎn)的SX-3型數(shù)字航向分羅經(jīng)，大連寧安航海電子有限公司生產(chǎn)的C42數(shù)字式羅經(jīng)航向復(fù)示器，中國實用新型專利申請200820025422. 4公開的ー種數(shù)字式舵角航向復(fù)合型指示器，上述產(chǎn)品均只接收數(shù)字航向信號，不能接收模擬航向信號。航向復(fù)示器不能同時接收數(shù)字和模擬航向信號的原因是(I)信號的形式不同。模擬航向信號是自整角機同步信號，該信號為交流電壓信號，數(shù)字航向信號為符合相應(yīng)數(shù)字通信協(xié)議的數(shù)字信號。(2)信號的內(nèi)容不同。數(shù)字航向信號一般傳輸船舶航向的準(zhǔn)確值；模擬航向信號采用的是1°轉(zhuǎn)值的自整角機同步信號。(3)操作使用方法不同。模擬航向信號采用的是1°轉(zhuǎn)值的自整角機同步信號，即航向每變化1°，航向復(fù)示器中的接收自整角機轉(zhuǎn)動ー圈，航向的整度數(shù)由機械齒輪累加得至IJ，因此模擬航向復(fù)示器中需要手動輸入航向初值(即匹配航向)；數(shù)字航向復(fù)示器接收航向的準(zhǔn)確值，因此不需要手動輸入航向初值。為了適應(yīng)不同類型的羅經(jīng)航向信號，船舶上需要配置多個不同類型的航向復(fù)示器，成本較高，安裝和操作均不方便。三、采用數(shù)字顯示的航向復(fù)示器產(chǎn)品不符合船員的操作和使用習(xí)慣。國外航向復(fù)示器產(chǎn)品的顯示部分主要采用直觀的航向機械刻度盤。與國外產(chǎn)品不同，上述國內(nèi)航向復(fù)示器產(chǎn)品沒有采用機械刻度盤顯示航向值，主要采用數(shù)字方式(如數(shù)碼管、液晶屏等)顯示航向值。該顯示方式不符合船員的操作和使用習(xí)慣，使用人員從航向復(fù)示器上很難直觀地了解船舶的航向運動，不利于船員對船舶航向的操縱。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于針對背景技術(shù)所述不足，提供一種通用航向復(fù)示器，該復(fù)示器裝置既能接收自整角機航向信號，又能接收數(shù)字航向信號；該裝置的航向顯示部分采用直觀的航向機械刻度盤，通過信號選擇，可同時接收和顯示多路不同類型的航向信號。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的具體技術(shù)方案是一種通用航向復(fù)示器，其特征在于，包括航向信號輸入單元，用于接收外部輸入的航向信號，該航向信號包括數(shù)字航向信號和自整角機模擬航向信號；信號轉(zhuǎn)換選擇單元，與所述航向信號輸入單元電連接，用于對輸入所述航向信號 輸入單元的航向信號中的模擬航向信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字航向信號，同時選擇該轉(zhuǎn)換后的數(shù)字航向信號或者輸入的航向信號中的數(shù)字航向信號作為輸出信號；數(shù)字航向信號接口單元，與所述信號轉(zhuǎn)換選擇單元電連接，用于接收所述信號轉(zhuǎn)換選擇單元輸出的數(shù)字航向信號；航向信號跟蹤控制單元，與所述數(shù)字航向信號接口單元電連接，用于對航向信號接口單元接收的數(shù)字航向信號進(jìn)行處理，輸出控制指令；航向刻度盤驅(qū)動單元，其包括驅(qū)動電機和齒輪傳動機構(gòu)所述驅(qū)動電機，所述驅(qū)動電機的輸出軸與齒輪傳動機構(gòu)連接，驅(qū)動電機根據(jù)所述控制指令驅(qū)動齒輪傳動機構(gòu)運動，進(jìn)而帶動航向刻度盤轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對輸入航向的實時跟蹤。作為本實用新型的改進(jìn)，所述齒輪傳動機構(gòu)包括雙聯(lián)減速齒輪，中心小齒輪，中心大齒輪，航向粗刻度盤和航向精刻度盤，其中，所述中心小齒輪固定安裝在驅(qū)動電機的輸出軸上，所述航向精刻度盤同軸固裝在該中心小齒輪上，所述中心大齒輪與中心小齒輪同軸，且可相對轉(zhuǎn)動地套裝在該中心小齒輪外圍，所述航向粗刻度盤同軸安裝在所述航向精刻度盤外周，并與所述中心大齒輪同軸固接，所述雙聯(lián)減速齒輪用于分別與所述中心小齒輪和中心大齒輪嚙合。作為本實用新型的改進(jìn)，所述齒輪傳動機構(gòu)上還設(shè)置有精刻度同步盤，其同軸緊固安裝在中心小齒輪上，隨驅(qū)動電機的輸出軸與所述中心小齒輪同步轉(zhuǎn)動。作為本實用新型的改進(jìn)，所述精刻度同步盤和航向粗刻度盤上分別固定設(shè)置有遮光桿，所述齒輪傳動機構(gòu)上對應(yīng)所述遮光桿安裝有紅外傳感器，用于在所述航向粗刻度盤和航向精刻度盤經(jīng)過零度位置時，相應(yīng)的遮光桿遮擋住所述紅外傳感器中的紅外光線，以產(chǎn)生過零信號。作為本實用新型的改進(jìn)，所述驅(qū)動電機為步進(jìn)電機，所述控制指令包括控制所述驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動方向的信號指令和控制所述驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動的脈沖信號指令。作為本實用新型的改進(jìn)，所述航向刻度盤驅(qū)動單元還包括步進(jìn)電機驅(qū)動單元和紅外傳感器組件，其中，所述步進(jìn)電機驅(qū)動單元根據(jù)所述航向信號跟蹤控制單元傳輸?shù)目刂浦噶羁刂撇竭M(jìn)電機轉(zhuǎn)動，所述紅外傳感器組件用于檢測航向刻度盤的轉(zhuǎn)角位置。所述航向信號跟蹤控制單元包括角度差計算單元和步進(jìn)電機控制信號輸出單元，該角度差計算單元用于計算外部輸入的航向值與航向機械刻度盤角度位置之間的角度差，所述步進(jìn)電機控制信號輸出單元根據(jù)該角度差確定驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)動方向和歩數(shù)，得到驅(qū)動電機的控制信號，驅(qū)動電機工作，使刻度盤實時跟蹤輸入的航向值。作為本實用新型的改進(jìn)，所述的航向信號輸入單元具有數(shù)字航向信號接口和模擬航向信號接ロ，分別用于接收數(shù)字航向信號和自整角機輸出的模擬航向信號。本實用新型的通用航向復(fù)示器裝置工作時，首先收外部輸入的自整角機航向信號或者數(shù)字航向信號；然后進(jìn)行初始航向匹配，使航向機械刻度盤顯示的航向與外部輸入的航向信號一致；最后，航向信號跟蹤控制単元根據(jù)航向信號接ロ單元輸入的航向信號計算并輸出控制步進(jìn)電機的控制指令，使航向刻度盤實時跟蹤船舶的航向變化。本實用新型的這種可接收多路不同類型航向信號、采用機械刻度盤顯示航向值的通用航向復(fù)示器裝置，可以減少船舶上為多種航向信號配套復(fù)示器的成本，簡化了操作，同時航向的顯示方式準(zhǔn)確、直觀，符合船員的操作和使用習(xí)慣，其具體具有如下有益效果 (I)采用ー個航向復(fù)示器實現(xiàn)了對多路不同類型航向信號的接收和精確復(fù)示，具有較好的適應(yīng)能力。減少了船舶上配置航向復(fù)示器的數(shù)量，降低了成本。(2)本實用新型采用航向機械刻度盤顯示航向，顯示直觀，符合船員的操作使用習(xí)慣。(3)本實用新型設(shè)計了航向復(fù)示器操作顯示面板上的開關(guān)旋鈕，利用其相互組合完成所需的各種功能，可實現(xiàn)不同類型航向信號的接收和顯示。簡化了顯示面板的結(jié)構(gòu)，操作方便。(4)本實用新型設(shè)計了航向刻度盤的齒輪傳動機構(gòu)，采用一個步進(jìn)電機同步驅(qū)動航向粗刻度盤和航向精刻度盤，保證了兩個機械刻度盤能夠同步轉(zhuǎn)動，消除了粗精刻度盤之間的失步現(xiàn)象，提高了航向顯示的準(zhǔn)確度。(5)本實用新型采用步進(jìn)電機細(xì)分技術(shù)，提高了航向顯示的精度和靈敏度，可以滿足航向變化較慢的大型船舶對航向顯示精度和靈敏度的要求。(6)本實用新型具有航向機械刻度盤的跟蹤控制功能，自動尋找航向機械刻度盤零位功能，航向跟蹤誤差自動矯正功能，能有效消除步進(jìn)電機開環(huán)控制的累計誤差，提高了航向顯示的準(zhǔn)確性和可靠性。

圖I為本實用新型的顯示操作面板布置圖。圖2為本實用新型的原理框圖。圖3為本實用新型的機械傳動系統(tǒng)的原理框圖。圖4為本實用新型的機械傳動系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖。圖5為本實用新型的機械傳動系統(tǒng)的裝配圖。圖6為本實用新型的信號轉(zhuǎn)換選擇單元的原理框圖。圖7為本實用新型的航向信號跟蹤控制単元的程序流程圖。圖8為本實用新型的步進(jìn)電機驅(qū)動單元的原理框圖。圖I中，26-航向信號源選擇開關(guān)、23-航向匹配開關(guān)、24-加按鍵、25-減按鍵、535-航向粗刻度盤、536-航向精刻度盤。圖2中，I-航向信號輸入，2-信號轉(zhuǎn)換選擇單元，3-數(shù)字航向信號接ロ単元，4-航向信號跟蹤控制單元，5-航向刻度盤驅(qū)動單元。圖3中，50-步進(jìn)電機，51-綜合控制電路板，52-紅外傳感器組件，53-航向刻度盤的齒輪傳動機構(gòu)。圖4和圖5中，530-雙聯(lián)減速齒輪，531-中心小齒輪，532-航向精刻度同步盤，533-軸承，534-中心大齒輪，535-航向粗刻度盤，536-航向精刻度盤，537-壓盤，538-遮光桿。圖6中，12-自整角機模擬航向信號接口電路，11-數(shù)字航向信號接口電路，21-模擬航向信號轉(zhuǎn)換模塊，22-信號源選擇電路。圖8中，501-步進(jìn)電機控制信號處理單元，502-步進(jìn)電機細(xì)分驅(qū)動模塊。
具體實施方式
·[0053]
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。參見圖2，本實用新型的航向復(fù)示器包括航向信號輸入單元1，信號轉(zhuǎn)換選擇單元2，數(shù)字航向信號接口單元3，航向信號跟蹤控制單元4，航向刻度盤電機驅(qū)動單元5。航向信號輸入單元I用于接收外部輸入的各種類型的多路航向信號，圖2中，航向信號輸入單元I中包含兩種航向接口，一種是自整角機模擬航向信號接口，另一種是數(shù)字航向信號接口。如附圖6所示，本實施例中每一種接口設(shè)計了兩路信號接口。自整角機模擬航向信號接口 12中各接口包括5個接線端子，其中2個接入激磁信號，3個接入自整角機同步信號；數(shù)字航向信號接口 11中各接口包括3個接線端子，用于接收RS-422串口信號，通訊距離較短的應(yīng)用場合可采用2個接線端子的RS-232接口。信號轉(zhuǎn)換選擇單元2包括模擬航向信號轉(zhuǎn)換模塊21、兩路信號源選擇電路26以及相應(yīng)的兩路信號源選擇開關(guān)22。該信號轉(zhuǎn)換選擇單元2用于將自整角機模擬航向信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字航向信號并完成航向初值的設(shè)定，并且根據(jù)航向信號選擇開關(guān)的位置選擇相應(yīng)的航向數(shù)字信號作為本單元的輸出。該信號轉(zhuǎn)換選擇單元2轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號采用與外部數(shù)字航向信號相同的報文格式，航向初值的設(shè)置由航向匹配開關(guān)23、加按鍵24、減按鍵25配合本單元2中的模擬航向信號轉(zhuǎn)換模塊21(具體可以是微處理芯片AT89C4051)完成。其中，航向匹配開關(guān)23控制模擬航向信號轉(zhuǎn)換模塊21的啟動和關(guān)閉，加按鍵24和減按鍵25分別控制模擬航向信號轉(zhuǎn)換模塊21進(jìn)行航向信號量的增加和減少，上述航向匹配開關(guān)23、加按鍵24和減按鍵25均設(shè)置在一顯示操作面板上，便于操作者的控制。圖6為信號轉(zhuǎn)換選擇單元2的原理框圖，該單元2中的兩路自整角機模擬航向信號首先接入信號源選擇電路26，然后根據(jù)其中一個信號源選擇開關(guān)22的位置確定將哪一路自整角機模擬航向信號輸出給模擬航向信號轉(zhuǎn)換模塊21 ;模擬航向信號轉(zhuǎn)換模塊21優(yōu)選采用微處理芯片AT89C4051，用于將自整角機模擬航向信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后采用RS-422總線的串口信號輸出數(shù)字航向信號，該信號的報文格式及波特率與外部輸入的數(shù)字航向信號相同；模擬航向信號轉(zhuǎn)換模塊21輸出的數(shù)字航向信號與外部輸入的兩路數(shù)字航向一起再接到另一個信號源選擇電路26，在該信號源選擇電路26中再根據(jù)相應(yīng)的信號源選擇開關(guān)22的位置確定將哪一路數(shù)字航向信號接到轉(zhuǎn)換選擇單元2的輸出端。數(shù)字航向信號接口單元3用于接收信號轉(zhuǎn)換選擇單元2輸出的數(shù)字航向。圖2中的數(shù)字航向信號接口單元3為可接收RS-422總線的串口信號的光電隔離電路，光電隔離芯片優(yōu)選采用6nl36，隔離電源采用功率為IW的DC5V轉(zhuǎn)DC5V的電源模塊，其型號優(yōu)選為B0505LS-1WR。航向信號跟蹤控制單元4根據(jù)航向信號接口單元輸入的數(shù)字航向信號計算并輸出控制步進(jìn)電機的控制指令，使航向刻度盤實時跟蹤船舶的航向變化。航向信號跟蹤控制單元4發(fā)送兩個控制指令，其中一個指令是控制步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動方向的信號；另一個是控制步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動步數(shù)的脈沖信號，步進(jìn)電機驅(qū)動單元5接收到一個脈沖信號后，驅(qū)動步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動一步。圖2中航向信號的跟蹤控制單元4優(yōu)選由微處理芯片W78E516及其附屬電路構(gòu) 成，輸入為信號轉(zhuǎn)換選擇單元2輸出的符合NMEA0183/IEC61162-1/IEC61162標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸格式的串行航向數(shù)字信號；輸出為步進(jìn)電機的控制指令。航向信號跟蹤控制單元4包括角度差計算單元44、步進(jìn)電機控制信號輸出單元45，角度差計算單元44用于計算外部輸入的航向值與航向機械刻度盤角度位置之間的角度差，步進(jìn)電機控制信號輸出單元45根據(jù)該角度差的符號確定步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)動方向，根據(jù)角度差的大小確定步進(jìn)電機下一次應(yīng)走的步數(shù)，從而計算得到步進(jìn)電機的控制信號，驅(qū)動電機工作，使刻度盤實時跟蹤輸入的航向信號值。上述航向機械刻度盤角度位置來自機械刻度盤角度位置計算單元48，該單元48根據(jù)步進(jìn)電機控制信號計算輸出單元45輸出的步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動方向及步數(shù)累計得到航向機械刻度盤下一時刻的角度位置。航向信號跟蹤控制單元4還可以包括機械刻度盤零位控制單元43、精刻度盤零位信號采集單元46、航向刻度盤機械位置矯正單元47。機械刻度盤零位控制單元43用于控制機械刻度盤轉(zhuǎn)到零度位置，精刻度盤零位信號采集單元46用于在機械刻度盤轉(zhuǎn)到零度位置時采集其零位信號。航向刻度盤機械位置矯正單元47用于判斷單元48累計得到的航向機械刻度盤的角度位置是否達(dá)到規(guī)定值，如果誤差大于一定閾值，單元47將輸出一個校正信號給機械刻度盤角度位置計算單元48更新其當(dāng)前的角度值，消除累積誤差。圖7為航向信號跟蹤控制單元4的程序流程圖，本實用新型航向復(fù)示系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)入初始化單元41完成必需的初始化工作，然后主要完成航向機械刻度盤的跟蹤控制、自動尋找航向機械刻度盤零位、航向跟蹤誤差自動矯正三個功能。其工作流程如下(I)航向機械刻度盤的跟蹤控制接收當(dāng)前數(shù)字航向信號42，該數(shù)字航向信號來自信號轉(zhuǎn)換選擇單元2;此時，如果操作人員沒有按下匹配開關(guān)23，首先進(jìn)入航向刻度盤與實際航向之間的角度差計算單元44，該單元44的功能是計算外部輸入的航向值與航向機械刻度盤角度位置之間的角度差。根據(jù)該角度差由步進(jìn)電機控制信號輸出單元45計算得到步進(jìn)電機的控制信號，計算方法是根據(jù)角度差的符號確定步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)動方向，根據(jù)角度差的大小確定步進(jìn)電機下一次應(yīng)走的步數(shù)。上述航向機械刻度盤角度位置來自機械刻度盤角度位置計算單元48，該單元48根據(jù)步進(jìn)電機控制信號計算輸出單元45輸出的步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動方向及步數(shù)累計得到航向機械刻度盤下一時刻的角度位置。(2)自動尋找航向機械刻度盤零位由于航向機械刻度盤角度位置是通過累計得到的，因此本實用新型首次通電時，航向信號跟蹤控制単元4不知道航向機械刻度盤的準(zhǔn)確位置，此時需進(jìn)行航向匹配，也稱作航向同歩。參見圖7，航向復(fù)示器通電后，首先完成初始化，如果操作人員按下匹配開關(guān)23，尋找機械刻度盤零位控制單元43，該單元43的功能是控制機械刻度盤轉(zhuǎn)到零度位置，單元43輸出的控制指令控制步進(jìn)電機向ー個固定方向轉(zhuǎn)動，直到航向粗精刻度盤上的兩個遮光桿638分別停在兩個紅外傳感器組件62中間，紅外傳感器組件610會輸出一個精刻度盤零位信號，此時航向刻度盤的位置是零度位置即航向顯示為正北，然后進(jìn)入機械刻度盤角度位置計算單元48，將當(dāng)前的機械刻度盤角度更新為零度，再然后以當(dāng)前的角度位置為起點，再進(jìn)入航向刻度盤與實際航向間的角度差計算單元44，計算獲得當(dāng)前航向與當(dāng)前機械刻度盤之間的角度差，最后根據(jù)該角度差由步進(jìn)電機控制信號輸出單元45計算得到步進(jìn)電機的控制信號，該控制信號控制步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動，使航向機械刻度盤顯示的航向值與外部輸入的航向值相同。(3)航向跟蹤誤差自動矯正參見圖7，由于在步進(jìn)電機的控制過程中，航向機械刻度盤角度位置是通過累計控 制指令得到的，因此本實用新型中航向機械刻度盤的控制方法是ー種開環(huán)控制。系統(tǒng)長時間工作后，航向機械刻度盤與外部羅經(jīng)航向之間可能會出現(xiàn)累積誤差，為此本實用新型需要進(jìn)行航向跟蹤誤差自動校正。在精刻度盤零位信號采集單元46中不斷采集精刻度盤的零位信號；每當(dāng)采集到精刻度盤零位信號時，航向刻度盤機械位置矯正單元47根據(jù)單元48累積得到的當(dāng)前航向刻度盤角度位置判斷當(dāng)前的角度值是否正好為整十度的航向(如10°、110°、320°等)，如果誤差較大，単元47將輸出ー個校正信號給機械刻度盤角度位置計算單元48，単元48收到該信號后更新當(dāng)前的角度值消除累積誤差。本實用新型的機械傳動系統(tǒng)的原理框圖參見圖3。航向刻度盤驅(qū)動單元5包括步進(jìn)電機50，步進(jìn)電機驅(qū)動單元51，紅外傳感器組件52和航向刻度盤的齒輪傳動機構(gòu)53。首先由有步進(jìn)電機驅(qū)動單元51根據(jù)航向信號跟蹤控制単元4傳輸過來的控制指令控制步進(jìn)電機50轉(zhuǎn)動，然后航向刻度盤的齒輪傳動機構(gòu)53將步進(jìn)電機50轉(zhuǎn)軸上的機械轉(zhuǎn)動傳輸給航向刻度盤，使其轉(zhuǎn)動；航向刻度盤的轉(zhuǎn)角位置由紅外傳感器組件52進(jìn)行檢測，檢測信號反饋給有步進(jìn)電機驅(qū)動單元51。步進(jìn)電機50的步距角優(yōu)選可設(shè)為1.8°，型號優(yōu)選為42BYGH228。步進(jìn)電機驅(qū)動單元51通過ー綜合控制電路板實現(xiàn)。參見圖4，本實用新型的航向刻度盤的齒輪傳動機構(gòu)53由雙聯(lián)減速齒輪530，中心小齒輪531，航向精刻度同步盤532，軸承533，中心大齒輪534，航向粗刻度盤535，航向精刻度盤536，壓盤537和遮光桿538構(gòu)成。本實用新型中各部分的裝配參見圖4和圖5，步進(jìn)電機50通過4個螺絲直接固定在綜合控制電路板(步進(jìn)電機驅(qū)動單元51)上，為了保證電路板的強度，綜合控制電路板采用4mm厚的環(huán)氧覆銅電路板制作。中心小齒輪531通過中心小齒輪上的螺孔與步進(jìn)電機50的軸緊固，航向精刻度同步盤532緊固在中心小齒輪531上，航向精刻度盤536通過壓盤537和三個螺絲緊固在中心小齒輪531上。完成上述裝配后，當(dāng)步進(jìn)電機50的軸轉(zhuǎn)動時，航向精刻度盤536和航向精刻度同步盤532將跟隨步進(jìn)電機50的轉(zhuǎn)動軸同步轉(zhuǎn)動。參見附圖4和附圖5，中心大齒輪534通過軸承533與中心小齒輪531連接在一起，中心大齒輪534與中心小齒輪531均可以繞中心軸自由轉(zhuǎn)動，相互沒有影響；航向粗刻度盤通過三個螺絲緊固在中心大齒輪534上；雙聯(lián)減速齒輪530通過兩個軸承和一個支承軸被固定在綜合控制電路板上，雙聯(lián)減速齒輪530可以繞該支承軸自由轉(zhuǎn)動；雙聯(lián)減速齒輪530上的兩個齒輪分別與中心小齒輪531、中心大齒輪534上的齒輪相互咬合，當(dāng)步進(jìn)電機帶動中心小齒輪531轉(zhuǎn)動時，首先由中心小齒輪531帶動雙聯(lián)減速齒輪530轉(zhuǎn)動，然后由雙聯(lián)減速齒輪530上的另一個齒輪驅(qū)動中心大齒輪534轉(zhuǎn)動。本實施例中的中心小齒輪531與雙聯(lián)減速齒輪530間的齒數(shù)比優(yōu)選為25 150，即I : 6 ;雙聯(lián)減速齒輪530與中心大齒輪534間的齒數(shù)比優(yōu)選為25 150也即I : 6 ;通過上述裝配，步進(jìn)電機50轉(zhuǎn)動軸上的轉(zhuǎn)動角度經(jīng)過兩級I : 6減速傳輸?shù)街行拇簖X輪534 ；由于航向粗刻度盤535與中心大齒輪534固連在一起，航向精刻度盤536與中心小齒輪531固連在一起，因此航向粗刻度盤與航向精刻度盤間的角度比為36 I。參見附圖4和附圖5，紅外傳感器組件52優(yōu)選采用光電器件M0CH22A5安裝在綜合控制電路板上；兩個遮光桿538分別安裝在粗刻度盤535和精刻度同步盤536上，當(dāng)航向粗刻度盤和精刻度盤轉(zhuǎn)到零位時，兩個遮光桿538正好同時處于紅外傳感器組件52的中 間。通過遮光桿538遮擋紅外傳感器組件52中的紅外光線，紅外傳感器組件52可以提供機械刻度盤的過零信號，該信號用于自動尋找航向機械刻度盤零位以及自動矯正航向跟蹤誤差。步進(jìn)電機驅(qū)動單元由步進(jìn)電機控制指令處理單元501，步進(jìn)電機細(xì)分驅(qū)動模塊502兩部分構(gòu)成。步進(jìn)電機控制指令處理單元501采用微處理芯片記錄控制指令，并根據(jù)步進(jìn)電機細(xì)分驅(qū)動模塊502和步進(jìn)電機的響應(yīng)速度調(diào)整輸入給細(xì)分驅(qū)動模塊的控制信號，保證步進(jìn)電機50響應(yīng)每一個控制指令，防止步進(jìn)電機50開環(huán)控制中出現(xiàn)累積誤差。圖8為步進(jìn)電機驅(qū)動單元5的原理框圖，步進(jìn)電機控制指令處理單元501首先采用40106對航向信號跟蹤控制單元4輸出的控制信號進(jìn)行整形，濾除干擾，然后采用微處理芯片AT89C4051記錄控制指令，為了防止步進(jìn)電機開環(huán)控制中出現(xiàn)累積誤差，AT89C4051將根據(jù)步進(jìn)電機細(xì)分驅(qū)動模塊502和步進(jìn)電機50的響應(yīng)速度調(diào)整輸入給細(xì)分驅(qū)動模塊502的控制信號，保證步進(jìn)電機有時間響應(yīng)每一個控制指令。細(xì)分驅(qū)動模塊采用兩片步進(jìn)電機控制芯片PBL3717A實現(xiàn)步進(jìn)電機細(xì)分驅(qū)動，其輸出為四根接到步進(jìn)電機的控制線A+、A-、B+、B-，用于控制步進(jìn)電機按控制指令轉(zhuǎn)動。參見附圖1，本實用新型的航向復(fù)示器的操作控制通過一個顯示操作面板進(jìn)行，該顯示操作面板上設(shè)置有航向信號源選擇開關(guān)26、航向匹配開關(guān)23、加按鍵24、減按鍵25，同時顯示航向粗刻度盤635和航向精刻度盤636。上述航向粗刻度盤535顯示范圍為0°到359°，最小刻度為1° ;航向精刻度盤536的顯示范圍為0°到9°，最小刻度為0.1°。通過航向粗刻度盤535和航向精刻度盤536可以使航向復(fù)示器的顯示精度達(dá)到0. 1°。圖I中，信號源選擇開關(guān)26轉(zhuǎn)到模擬時，航向復(fù)示器接收自整角機航向信號；信號源選擇開關(guān)26轉(zhuǎn)到數(shù)字時，航向復(fù)示器接收數(shù)字航向信號。當(dāng)外部航向信號為自整角機信號時，首先將信號源選擇開關(guān)轉(zhuǎn)到“模擬”，然后按下匹配開關(guān)23使其接通、再通過加按鍵24和減按鍵25進(jìn)行航向初值的調(diào)整，調(diào)整完成后再按匹配開關(guān)23使其斷開。當(dāng)外部航向信號為數(shù)字航向信號時，首先將信號源選擇開關(guān)26轉(zhuǎn)到數(shù)字，然后按下匹配開關(guān)23使其接通，此時復(fù)示器自動完成航向同步，使航向機械刻度盤顯示的航向與外部輸入的數(shù)字航向一致，航向同步完成后再按匹配開關(guān)23使其斷開。顯示操作面板針對模擬航向信號可完成航向初值的設(shè)定操作；針對數(shù)字航向信號可完成航向刻度盤與輸入數(shù)字航向間的同步操作；針對多個外接航向信號源，操作人員可以方便地通過航向信號選擇開關(guān)切換到相應(yīng)的信號源；操作人員還可以通過按鍵調(diào)節(jié)航向復(fù)示器的亮度。上述功能均通過開關(guān)旋鈕的組合操作完成。其中航向信號選擇開關(guān)26用于操作人員選擇外部輸入的航向信號類型及通道；針對自整角機模擬航向信號利用航向匹配開關(guān)23、加按鍵24、減按鍵25進(jìn)行 航向初值的設(shè)定；針對數(shù)字航向利用航向匹配開關(guān)23進(jìn)行航向同步操作；加按鍵24和減按鍵25還可用于航向復(fù)示器的亮度調(diào)節(jié)。見圖6，圖6中的航向匹配開關(guān)23、加按鍵24、減按鍵25組合完成航向初值的設(shè)定功能，該開關(guān)和按鍵均連接到模擬航向信號轉(zhuǎn)換模塊21中的單片機AT89C4051上。模擬航向信號采用的是1°轉(zhuǎn)值的自整角機同步信號(即航向每變化1°，航向復(fù)示器中的接收自整角機轉(zhuǎn)動ー圏)，為了使航向復(fù)示器與當(dāng)前航向一致，需要用戶調(diào)整航向的整度數(shù)，即匹配航向。操作人員首先按下匹配開關(guān)23使其接通，然后通過加按鍵24和減按鍵25調(diào)整航向的整度數(shù)，調(diào)整的過程中從航向機械刻度盤上可以觀察到航向的變化，當(dāng)機械刻度盤顯示的航向與主羅經(jīng)的航向相同時，斷開航向匹配開關(guān)23，完成航向匹配。圖6中當(dāng)航向匹配開關(guān)23處于斷開狀態(tài)時，通過加按鍵24和減按鍵25可以調(diào)整航向復(fù)示器的亮度，亮度調(diào)整由模擬航向信號轉(zhuǎn)換模塊21完成。當(dāng)按下加按鍵24或減按鍵25后，由單片機AT89C4051控制復(fù)示器的亮度逐步增加或減小。
權(quán)利要求1.一種通用航向復(fù)示器，其特征在于，包括 航向信號輸入單元(1)，用于接收外部輸入的航向信號，該航向信號包括數(shù)字航向信號和自整角機模擬航向信號； 信號轉(zhuǎn)換選擇單元(2)，與所述航向信號輸入單元(I)電連接，用于對輸入所述航向信號輸入單元(I)的航向信號中的模擬航向信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字航向信號，并選擇該轉(zhuǎn)換后的數(shù)字航向信號或者輸入的航向信號中的數(shù)字航向信號作為輸出信號； 數(shù)字航向信號接口單元(3)，與所述信號轉(zhuǎn)換選擇單元(2)電連接，用于接收所述信號轉(zhuǎn)換選擇單元(2)輸出的數(shù)字航向信號； 航向信號跟蹤控制單元(4)，與所述數(shù)字航向信號接口單元(3)電連接，用于對航向信號接口單元(3)接收的數(shù)字航向信號進(jìn)行處理，輸出控制指令； 航向刻度盤驅(qū)動單元(5)，其包括驅(qū)動電機(50)和齒輪傳動機構(gòu)(53)，所述驅(qū)動電機(50)的輸出軸與齒輪傳動機構(gòu)(53)連接，驅(qū)動電機(50)根據(jù)所述控制指令驅(qū)動齒輪傳動機構(gòu)(53 )運動，進(jìn)而帶動航向刻度盤轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對輸入航向的實時跟蹤。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通用航向復(fù)示器，其特征在于，所述齒輪傳動機構(gòu)(53)包括雙聯(lián)減速齒輪(530)，中心小齒輪(531)，中心大齒輪(534)，航向粗刻度盤(535)和航向精刻度盤(536)，其中， 所述中心小齒輪(531)固定安裝在驅(qū)動電機(50)的輸出軸上，所述航向精刻度盤(536)同軸固裝在該中心小齒輪(531)上，所述中心大齒輪(534)與中心小齒輪(531)同軸，且可相對轉(zhuǎn)動地套裝在該中心小齒輪(531)外周，所述航向粗刻度盤(535)同軸安裝在所述航向精刻度盤(536)外周，并與所述中心大齒輪(534)同軸固接，所述雙聯(lián)減速齒輪(530)用于分別與所述中心小齒輪(531)和中心大齒輪(534)嚙合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通用航向復(fù)示器，其特征在于，所述齒輪傳動機構(gòu)上還設(shè)置有精刻度同步盤(532)，其同軸緊固安裝在中心小齒輪(531)上，隨驅(qū)動電機(50)的輸出軸與所述中心小齒輪(531)同步轉(zhuǎn)動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通用航向復(fù)示器，其特征在于，所述精刻度同步盤(532)和航向粗刻度盤(535)上分別固定設(shè)置有遮光桿(538)，所述齒輪傳動機構(gòu)上對應(yīng)所述遮光桿(538 )安裝有紅外傳感器(52 )，用于在所述航向粗刻度盤(535 )和航向精刻度盤(532 )經(jīng)過零度位置時，相應(yīng)的遮光桿(538)遮擋住所述紅外傳感器(52)中的紅外光線，以產(chǎn)生過零信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的通用航向復(fù)示器，其特征在于，所述驅(qū)動電機(50)為步進(jìn)電機，所述控制指令包括控制所述驅(qū)動電機(50 )轉(zhuǎn)動方向的信號指令和控制所述驅(qū)動電機(50)轉(zhuǎn)動步數(shù)的脈沖信號指令。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的通用航向復(fù)示器，其特征在于，所述航向刻度盤驅(qū)動單元(5)還包括步進(jìn)電機驅(qū)動單元(51)和紅外傳感器組件(52)，其中，所述步進(jìn)電機驅(qū)動單元(51)根據(jù)所述航向信號跟蹤控制單元(4 )傳輸?shù)目刂浦噶羁刂撇竭M(jìn)電機(50 )轉(zhuǎn)動，所述紅外傳感器組件(52 )用于檢測航向刻度盤的轉(zhuǎn)角位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的通用航向復(fù)示器，其特征在于，所述航向信號跟蹤控制單元(4)包括角度差計算單元(44)和步進(jìn)電機控制信號輸出單元(45)，該角度差計算單 元(44)用于計算外部輸入的航向值與航向機械刻度盤角度位置之間的角度差，所述步進(jìn)電機控制信號輸出單元(45)根據(jù)該角度差確定驅(qū)動電機(60)的轉(zhuǎn)動方向和步數(shù)，得到驅(qū)動電機(60 )的控制信號,驅(qū)動電機工作,使刻度盤實時跟蹤輸入的航向值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的通用航向復(fù)示器，其特征在于，所述的航向信號輸入單元(I)具有數(shù)字航向信號接口和模擬航向信號接口，分別用于接收數(shù)字航向信號和自整角機輸出的模擬航向信號。
專利摘要本實用新型公開了一種通用航向復(fù)示器，包括航向信號輸入單元，信號轉(zhuǎn)換選擇單元，數(shù)字航向信號接口單元，航向信號跟蹤控制單元和航向刻度盤驅(qū)動單元，其中，航向信號通過航向信號輸入單元輸入，并傳入信號轉(zhuǎn)換選擇單元進(jìn)行轉(zhuǎn)換選擇，再通過數(shù)字航向信號接口單元輸入到航向信號控制單元進(jìn)行處理并輸出控制信號給航向刻度盤驅(qū)動單元，由航向刻度盤驅(qū)動單元驅(qū)動刻度盤實時跟蹤航向。本實用新型還公開了一種航向復(fù)示器的控制方法。本實用新型的通用航向復(fù)示器采用機械刻度盤顯示航向值，并可接收和顯示多路不同類型航向信號，可以減少船舶上為多種航向信號配套復(fù)示器的成本，簡化了操作，同時航向的顯示方式準(zhǔn)確、直觀，符合船員的操作和使用習(xí)慣。
文檔編號G01C21/00GK202522925SQ201220084548
公開日2012年11月7日 申請日期2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月7日
發(fā)明者劉勇, 周崗, 李文魁, 楊鵬, 賈玉柱, 陳永冰, 陳陽, 高楊 申請人:中國人民解放軍海軍工程大學(xué)