专利名称：无主机分布式网络总线结构船载航行数据记录装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可灵活扩展的船载航行数据记录装置，特别是无主机分布式网络总线结构船载般行数据记录装置。
船舶在航行中各部分的运行状态正常与否，关系到船舶的航行安全。把这些运行状态用各种传感元件转换成电信号再加以数字化处理后进行整理储存或即时再现，日常有助于提高航行技术、资格审核等，更重要的是在发生海难事故时，可对事故发生前一段时间的运行状态及操作数据进行再现，为事故鉴定提供第一手客观的资料。目前公知的船载航行数据记录装置采用的是有主机集中式记录型式，即各传感器前端经专线集中连接至记录主机进行数据整理记录，这种方式明显的弱点为由于记录装置为专线集中式，且呈一一对应关系，当需要增加新的记录项目时，原机软硬件均需全面改造，有时几近重置；使用日久或意外损伤传输电缆，以及主机、电源出现故障或瘫痪时(此种情况在发生海难事故时极常碰到)，轻则丧失部分记录，重则全部停止运行甚至删改毁坏原记录(当采用自带锂电池的存储芯片，如故障时片选有效，即会删改或写入错误数据)。故此方式已不适应船载数据记录的要求。
本实用新型的目的是设计出一种适用于船载航行数据记录的无主机分布式网络总线结构船载航行数据记录装置。
本实用新型的任务是这样完成的，采用各种功能模块以节点方式组成无主机的分布式网络总线结构，各种数据前端、存储器、网络监管器、外设装置和电源供给器等均经路由选通模块和自适应电源模块与总线连接。总线为热冗余设置，既可按网络总线式连接，也可组成环网，均按预定通讯协议运行。本实用新型的设计特点和优点是1、各种型式数据前端对传感信息处理后，打成数据包，按协议送入总线。当需要增加新的记录项目时，只需另行制作数据前端，作为节点并入总线，不存在一一对应、前后顺序、空间位置或接入数量的限制。整个结构为无主机运行方式，不会因主机故障而导致所有记录功能丧失。
2、存储器(最终记录介质)可做成任意多个，型式可有浮力背心便携式、防火式、深水式(耐一定水深压力)、自动脱离漂浮式、带无线信标式等多种类型，可同时配置，不受数量限制。各存储器基于通讯协议自动同步记录。当发生海难事故时，至少可有一种型式的存储器能保存下来以供数据再现，大大提高本记录装置的实用价值。
3、电源供给装置可多点设置，智能供电，极大提高网络运行的不间断性。
4、整个网络可接成网络总线式或内外环网方式，均为热冗余总线设置。每个节点均有智能路由选通电路，可封闭故障部分，选择正常路由重建总线网络。
综前所述，对于船载航行数据记录装置的特殊环境条件及性能要求，本实用新型可体现出其优越性及先进性。
图1为本实用新型网络总线结构示意图图2为本实用新型内外环网总线结构示意图图3为本实用新型内外环网总线结构节点故障示意图图4为本实用新型内外环网总线结构线段故障封闭示意图图5为本实用新型节点总线接口模块示意图图6为本实用新型模拟量数据节点电原理图图7为本实用新型存储器节点电原理图图8为本实用新型PC机模块节点原理图图9为本实用新型电源模块电原理图
以下结合附图对本实用新型的结构及某些典型工作机理作进一步描述。
根据
图1至图9所述的本实用新型的结构和工作机理为1、网络结构整个网络结构可有如下两种结构型式，即网络总线结构及内外环网总线结构。
图1为网络总线结构示意图。各模块节点(1)呈分布式接入网络总线(4)。图2为内外环网总线结构示意图，各模块节点(1)[1～n#]也呈分布式接入具有内、外环的网络总线(4)。其工作机理除了按后述第2点进行总线冗余切换外，还可进行如下路由选通如按图3，当节点(1)[2#]损坏时，由相邻总线(4)把该节点(1)封闭，另组环路；按图4，当总线(4)上[n#与(n-1)#]节点(1)间的总线全部损坏时，则由相邻节点(1)[n#及(n-1)#]把总线(4)上该线段封闭，另组环路，保证了网络的正常运行。
2、节点(1)与总线(4)间的接口模块工作机理见图5和图6，本结构的总线(4)除了由一对数据总线(5)及一对电源总线(6)构成外，均各增加一对冗余数据总线(7)和冗余电源总线(8)。每个节点(1)的总线接口(9)均经路由选通模块(2)及自适应电源模块(3)再接入功能电路(10)。路由选通模块(2)连接至数据总线(5)及冗余数据总线(7)，平时经相应开关器件(11)选通数据总线(5)运行。当节点内的监测电路发现数据总线(5)上超过3～5秒没有数据包出现时，即判断为某一节点(1)或数据总线(5)有故障，此时节点(1)内的中央处理器U3(15)即进入智能路由选通程序，按快速算法查找冗余线路进行测试通讯，把数据总线(5)由开关器件(11)切换到可用的冗余数据总线(7)，确认正常后，重建新路由，整个过程在10秒以内完成；电源总线(6)及冗余电源总线(8)接入自适应电源模块(3)，经“或门”(12)和“与非门”(13)电路向电源稳压芯片U4(14)供电，自适应电源模块(3)能保证电源总有一路可对节点(1)内的功能电路(10)供电。当电源总线(6)或其上的其他节点(1)有故障(如短路)时，自适应电源模块(3)能把冗余电源总线(8)与故障电源总线(6)隔开，使新建立的供电总线不受故障线路的影响。
3、模拟量数据前端向存储器发送数据的工作过程见图6及图7，由传感器送来的电信号经模拟量前端节点(图6)上的模拟量输入接口(19)送入模/数转换芯片U5(16)，把模拟量的变化转换为十位数字信号(电路精度可达1/1024)，再送入中央处理器U3(15)进行处理。该信号如是突发(有变化量)的数据，则立即对照存储芯片U2(17)的预存参数按帧结构组成数据包；如是周期性发送的数据，若无新的变化量，则发送前帧数据包。中央处理器U3(15)经总线接口芯片U1(18)探测总线闲忙状态，待到总线有空闲，立即把数据包从总线接口(9)发送入网络总线(4)。此时，总线(4)上的各节点(1)均处于监听状态，当此数据包的前三个字节所指向的节点(1)(如存储器节点)收到“ID0”及“SN0”码与自己身份相符时，假如内存空闲，即在字节“AC”时刻保持静默，(否则，发“拒绝接收”码)，则数据前端节点继续发送后续码直至结束。存储器节点(图7)由总线接口(8)经总线接口芯片U1(18)接收到总线(4)传来的数据包时，中央处理器U3(15)根据数据类型由存储芯片U2(17)取出预存参数，按预存程序进行整理，分类分区，加入时间标志等过程，以规定格式存入海量存储器U6(20)或U7(21)。至此，即完成了一次数据传输及存储过程。该过程不须任何主机参与，一切运行均遵循通讯协议及按预存程序自动进行，耗时极短，并由校验码“CRC”2个字节进行传输校验，如出错可要求重发，以达到高效准确。
4、PC机模块向存储器读数据工作过程的机理见图7及图8，当需要向存储器提取数据时，PC机的串行接口与PC机模块节点(见图8)的PC串行接口(22)联接，由串行接口芯片U10(23)进行接口电平转换(如有其他型式的信号，也可直接由TTL串行接口(24)送入)，由微处理器U11(25)进行预处理。当总线接口芯片U1(18)探测到总线空闲时，中央处理器U3(15)即根据存储芯片U2(17)的预存参数据把该指令打成的数据包，经总线接口芯片U1(18)发往总线(4)。总线(4)上如有多个存储器时，当接收到第三字节“SN0”身份码时，只有符合该身份码指向的存储器节点(见图7)进入工作状态，如内存空闲，即在“AC”字节时刻示闲，后续数据经总线接口芯片U1(18)直接送给中央处理器U3(15)处理，按存储芯片U2(17)的预存参数据，根据相应指令从海量存储器U6(20)或U7(21)调出相关数据进行帧格式化，加入发送地址“ID0”及“SN0”缓存于内存芯片U8(26)中[U9(39)为U8的地址锁存芯片]，当总线空闲时，即经总线接口芯片U1(18)发送入系统总线(4)，由指定的相应节点(1)接收。该批数据量如较大，可分为若干包，分开间歇发送。在间歇期间，如有其他节点向本存储器节点(图7)发送数据，可及时接收下来进行存储，完后再续送出后续数据包，这样，可保证系统总线有一定空闲间歇，不影响其他节点的数据发送和及时存储。传出的数据既可指定某节点(1)接收(如打印机节点，数据再现节点，语音回放节点等)，也可回传给PC模块节点(图8)，由中央处理器U3(15)接收后交给微处理器U11(25)处理，再经串行接口芯片U10(23)经PC串行接口(22)送给PC机的串口接收，并在PC机显示器上进行较完整的显示。
5、电源模块智能供电工作过程见图9，每个电源供给模块(图9)均有三种电源输入方式，即AC220V(30)、DC24V(31)及自备BATT24V(32)。所有三种电源最终均转为DC18～36V范围内经电源转换模块(33)输出至DC/DC电压变换模块(34)。平时为AC(30)供电，中央处理器U3(15)负责对各电源模块(27、28、29)的工作状况进行监测。当AC(30)供电变动超出预定值时，即切断AC(30)供电，迅速由船用应急电源DC应急电源模块(28)提供，同时启动告警装置(36)，闪动LED(37)；如DC(31)电源亦超限，不宜使用时，则迅速转入BATT自备电源模块(29)供电，并开始计时，超过预定时间(如2小时)时中央处理器U3(15)即经总线接口芯片U1(18)由总线接口(9)向总线(4)的各节点(1)送出终止码，并切断电源转换模块(33)向DC/DC电压变换模块(34)的输出，停止一切记录，假如在2小时内AC(30)或DC(31)恢复供电，则转入相应供电状态，停止“2小时”计时，以上状态转换均经总线(4)向存储器节点(图7)发送，由其记录存储；在各种电源供给转换期间均有备电预供，不致造成供电中断；DC/DC电压变换模块(34)的输出经电源切换模块(35)提供给常规电源总线(6)，如总线(4)供电电压超出许可值时，即停止对外供电，并予记录，数秒后进行二次供电，如故障仍然存在，则电源切换模块(33)立即切换至冗余电源总线(11)供电，各节点(1)的自适应供电模块(3)亦自动转入新供电线路，系统重新自检后启动运行；系统总线(4)可接入多个电源模块(图9)，当正在工作的电源模块(图9)出现故障引起总线(4)电压下跌时，其他电源模块(图9)立即按照上述二次供电进程投入运行，以持续向总线(4)供电，充电模块(38)负责对BATT自备电源模块(29)进行充电。
其他型式的功能模块，工作机理亦类似上述几种类型，不再详述。当增加数据记录项目时，只需把数据前端节点(1)并入系统总线(4)，立即可投入运行。
权利要求1.本实用新型无主机分布式网络总线结构船载航行数据记录装置，其特征是功能模块以节点(1)方式组成无主机的分布式网络总线结构，数据前端、存储器、网络监管器、外设装备、和电源供给器等均经路由选通模块(2)及自适应电源模块(3)以分布式多节点方式与总线(4)连接。
2.根据权利要求1所述的无主机分布式网络总线结构船载航行数据记录装置，其特征是总线(4)的节点(1)可同时接入带浮力背心的易脱扣便携式存储器、防火式存储器、深水式存储器、自动脱离漂浮存储器、和带无线信标存储器。
3.根据权利要求1或2所述的无主机分布式网络总线结构船载航行数据记录装置，其特征是总线(4)内设有一对冗余数据总线(7)和一对冗余电源总线(8)，每个节点(1)的总线接口(9)经路由选通模块(2)及自适应电源模块(3)再接入功能电路(10)，节点(1)与数据总线(5)及冗余数据总线(7)的连接通过路由选通模块(2)，节点(1)与电源总线(6)及冗余电源总线(8)的连接通过自适应电源模块(3)。
专利摘要本实用新型涉及一种可灵活扩展的船载航行数据记录装置，特别是无主机分布式网络总线结构船载般行数据记录装置。本实用新型的任务是这样完成的，采用各种功能模块以节点方式组成无主机的分布式网络总线结构，各种数据前端、存储器、网络监管器、外设装置和电源供给器等均经路由选通模块和自适应电源模块与总线连接。总线为热冗余设置，既可按网络总线式连接，也可组成环网，均按预定通讯协议运行。
文档编号B63B49/00GK2529821SQ01264899
公开日2003年1月8日 申请日期2001年10月12日 优先权日2001年10月12日
发明者曾纪栓, 洪健 申请人:曾纪栓