一种船舶vdr车钟与操舵数据通用转换终端的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种船舶VDR车钟与操舵数据通用转换终端，包括依次连接的采集单元、处理单元和发送单元，采集单元包括舵角采集接口、左车钟采集接口和右车钟采集接口；处理单元包括数据处理单元、人工输入单元和显示比例转换参数配置界面和实时采集值的显示单元；发送单元将处理单元生成的NEMA0183标准格式报文发送至VDR。还公开了一种船舶VDR车钟与操舵数据通用转换方法。本发明在不知晓船舶设备通信协议的前提下就能采集到驾驶台车钟与驾驶台舵角数据，进而传输到VDR中保存以备后续查看，方法简便有效；能根据不同设备人工配置A/D比例换算参数，实现了终端的通用性。
【专利说明】—种船舶VDR车钟与操舵数据通用转换终端
【技术领域】
[0001]本发明专利涉及内河船舶航行安全【技术领域】，尤其涉及一种船舶VDR车钟与操舵数据通用转换终端。
【背景技术】
[0002]随着社会经济的不断发展，内河船舶数量和运输量不断增大，内河船舶的航行安全问题受到愈来愈多的关注。VDR(Voyage Data Recorder,船载航行数据记录仪)用于船舶发生事故后的数据还原，作用等同于飞机的“黑匣子”。VDR记录的数据主要包括日期、时间、位直、航向、首频、雷达、:角、水深、风速风向、报警、车钟令、水s丨]状态、风速风向、船体强度等。VDR接收的数据必须为标准的NMEA0183标准协议(美国国家海洋电子协会为海用电子设备制定的标准协议)报文。内河船舶自动化水平较低，很多车钟、舵角等设备没有标准的数据输出接口(即使有数据输出接口也存在传输协议不统一的问题)，这会导致这些数据无法直接输入到VDR中进行保存。
[0003]基于上述现状，本专利设计一种针对车钟与舵角数据的通用转换终端，旨在解决当前几乎所有内河船舶车钟与舵角数据采集问题以及与VDR数据传输问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对内河船舶航行过程中车钟、舵角等设备没有标准的数据输出接口，无法直接将车钟与舵角数据输入至VDR。为了降低内河安装VDR的难度和成本，本发明设计了一种船舶VDR车钟与操舵数据通用转换终端，将采集到的舵角及车钟数据统一处理成NMEA0183标准协议格式，并将数据实时传输至VDR，使之能连续记录船舶驾驶台操纵状态，为内河船舶安全航行提供重要保障。
[0005]本发明专利的目的是通过下述技术方案实现的:
[0006]一种船舶VDR车钟与操舵数据通用转换终端，包括采集单元，还包括与采集单元连接的处理单元和与处理单元连接的发送单元，
[0007]采集单元包括:
[0008]用于通过正负双向电压采集的A/D采样单元对舵角指示仪的偏角所对应的电位器的电压进行采集的舵角采集接口、和
[0009]用于分别通过正负双向电压采集的A/D采样单元对驾驶台处左右车钟的挡位所对应的电位器的电压进行采集的左车钟采集接口和右车钟采集接口 ；
[0010]处理单元包括:
[0011]用于对A/D采样值进行平均值滤波处理，然后将A/D采样值按比例转换为对应的左右车钟与舵角值，并将左右车钟与舵角值封装为NEMA0183标准格式报文的数据处理单元、
[0012]用于输入比例转换参数的人工输入单元、和
[0013]显示比例转换参数配置界面和实时采集值的显示单元；
[0014]发送单元将处理单元生成的NEMAO183标准格式报文发送至VDR。
[0015]一种船舶VDR车钟与操舵数据通用转换方法，包括以下步骤:
[0016]步骤1、对具有正负双向电压采集功能的A/D采样单元进行校零；
[0017]步骤2:对从舵角采集接口、左车钟采集接口和右车钟采集接口导入左右车钟信号和舵角信号进行A/D采样，采集频率至少为60SPS ；
[0018]步骤3:对步骤2获得的A/D采样数据进行平均值滤波处理，选择至少10个采集数据为一组进行平均值计算；
[0019]步骤4:对滤波后的A/D采样数据进行比例换算获得左右车钟的挡位值和舵角的偏角值:
[0020]步骤5:将左右车钟的挡位值与舵角的偏角值封装为NEMA0183标准格式报文；
[0021]步骤6:发送单元向VDR传输已转换成标准NMEAO183格式的左右车钟信号报文及舵角信号报文。
[0022]如上所述的步骤4中，左右车钟的挡位值G通过以下公式获得:
[0023]G = KgVg
[0024]其中，Ke = Mg/ (Vmax-Vmin)，Vg为步骤3滤波后的左右车钟采样电压值，Mg为驾驶台车钟挡位数，Vmax和Vmin分别为船舶驾驶台车钟前进最大挡和后退最大挡时电位器的对应的电压值；
[0025]舵角的偏角值D通过以下公式获得:
[0026]D = KDVD，
[0027]其中，Kd= (Dmax左-Dmax右)/(Vmax左-Vmax右)，Vd为步骤3滤波后的舵角采样电压值，Dmax左和Dmax；&为船舶驾驶台左舵最大偏角和右舵最大偏角，Vmaj^和Vmax；&为船舶驾驶台即舵角指示仪在左舵最大偏角和右舵最大偏角时表头电阻对应的电压值。
[0028]本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
[0029](I)设计了一种内河船舶驾驶台车钟和舵角数据采集及处理方法，在不知晓船舶设备通信协议的前提下就能采集到驾驶台车钟与驾驶台舵角数据，进而传输到VDR中保存以备后续查看，方法简便有效；
[0030](2)在不需要更改硬件和程序的前提下，船舶VDR车钟与操舵数据通用转换终端能根据不同设备人工配置A/D比例换算参数，实现了终端的通用性。
【专利附图】
【附图说明】
[0031 ] 图1是本发明的信息传递框架图。
[0032]图2是本发明的功能图。
[0033]图3是船舶驾驶台舵角信号、车钟信号采集处理技术路线图。
[0034]图4是船舶驾驶台车钟电位器电压值与车钟挡位间的线性关系图。
[0035]图5是船舶驾驶台舵角指示仪电压值与舵角间的线性关系图。
[0036]图6为本发明的电路结构示意图。
[0037]图中:1_采集单元；2-处理单元；3-发送单元；101-舵角采集接口 ；102_左车钟采集接口 ； 103-右车钟采集接口 ；201_数据处理单元；202-人工输入单元；203-显示单元。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
[0039]实施例1:
[0040]一种船舶VDR车钟与操舵数据通用转换终端，包括采集单元1、处理单元2和发送单元3 ;采集单元I包括舵角采集接口 101、左车钟采集接口 102、右车钟采集接口 103，采集对象为驾驶台处车钟的挡位所对应的电位器的电压与舵角指示仪的偏角所对应的电位器的电压；处理单元2包括数据处理单元201、人工输入单元202和显示单元203，数据处理单元201首先对A/D采样值进行平均值滤波处理，然后将A/D采样值按比例转换为对应的车钟与舵角值，最后将车钟与舵角值封装为一条NEMA0183标准格式报文；人工输入单元202输入比例转换参数；显示单元203显示比例转换参数配置界面和实时采集值；发送单元
3将标准报文通过串行通信方式发送至VDR。
[0041]左车钟采集接口 102和右车钟采集接口 103通过能够采集正负电压的A/D采样模块进行数据采集，分别代表前进挡和后退挡；舵角采集接口通过能够采集正负电压的A/D米样模块同时米集正负电压，分别代表舵角左右偏移量。
[0042]人工输入单元202仅需在船舶车钟与舵角初始运行时配置比例转换参数；
[0043]比例转换参数可根据不同型号船舶设备分别设定，设定值可参考船舶驾驶台车钟电位器电压值与车钟挡位间的线性关系、船舶驾驶台舵角指示仪电压值与舵角间的线性关系:
[0044]左右车钟的挡位值G通过以下公式获得:
[0045]G = KgVg
[0046]其中，Ke = Mg/(Vmax-Vmin)，Vg为步骤3滤波后的左右车钟采样电压值，Mg为驾驶台车钟挡位数，Vmax和Vmin分别为船舶驾驶台车钟前进最大挡和后退最大挡时电位器的对应的电压值；
[0047]舵角的偏角值D通过以下公式获得:
[0048]D = KDVD，
[0049]其中，Kd= (Dmax左-Dmax右)/(Vmax左-Vmax右)，Vd为步骤3滤波后的舵角采样电压值，Dmax左和Dmax；&为船舶驾驶台左舵最大偏角和右舵最大偏角，Vmaj^和Vmax；&为船舶驾驶台即舵角指示仪在左舵最大偏角和右舵最大偏角时表头电阻对应的电压值。
[0050]设定比例转换参数时，由人工输入单元202输入配置参数，并通过显示单元203将转换后的测量值与船舶驾驶台车钟当前挡位显示和驾驶台舵角指示仪所测的真实值进行对比，测试参数设置是否在规定误差范围内，若不在，则进行微调到误差范围内。
[0051]实施例2:
[0052]一种船舶VDR车钟与操舵数据通用转换方法，包括以下步骤:
[0053]步骤1:对具有正负双向电压采集功能的A/D采样单元进行校零，消除A/D采集的系统误差；
[0054]步骤2:对从舵角采集接口 101、左车钟采集接口 102和右车钟采集接口 103导入车钟信号和舵角信号进行A/D采样,采集频率至少为60SPS (sample per second,每秒采样率)；
[0055] 步骤3:对A/D采样数据进行平均值滤波处理，选择至少10个采集数据为一组进行平均值计算，计算后需保证每秒至少输出6个A/D数据；
[0056]步骤4:比例换算，换算原理如图4、图5所示。比例换算是将A/D值与仪表显示值进行对应，使得经过比例换算后得到的值与显示单元203上的读数值一致。以下为比例换算值计算的原理:
[0057]如图4所示，Vmin对应前进(后退)最大挡时电位器对应的电压值，Vmax对应后退(前进)最大挡时电位器对应的电压值。左右车钟的挡位值G通过以下公式获得:
[0058]G = KgVg
[0059]其中，Ke = Mg/(Vmax-Vmin)，Vg为步骤3滤波后的左右车钟采样电压值，Mg为驾驶台车钟挡位数，Vmax和Vmin分别为船舶驾驶台车钟前进最大挡和后退最大挡时电位器的对应的电压值；
[0060]根据求得Ke的值可以划分出每个挡位对应的电压范围，形成挡位表，则时时采集到的驾驶台车钟电位器电压值可以由挡位表最终确定传到VDR中的船舶挡位值，以空挡为例，空挡电压值Vm范围为Vmmin < Vffl ^ Vnmax ；
[0061 ] 如图5所示，Vmax左(右)对应左舵(右舵)最大偏角，Vmax右(左)对应右舵(左舵)最大偏角。舵角的偏角值D通过以下公式获得:
[0062]D = KdVd，
[0063]其中，Kd= (Dma x左-Dmax右)/(Vmax左-Vmax右)，Vd为步骤3滤波后的舵角采样电压值，Dmax左和Dmax；&为船舶驾驶台左舵最大偏角和右舵最大偏角，Vmaj^和Vmax；&为船舶驾驶台即舵角指示仪在左舵最大偏角和右舵最大偏角时表头电阻对应的电压值。
[0064]根据求得Kd的值以及实时采集到的驾驶台舵角指示仪电压值可以最终确定传到VDR中的船舶舵角值；
[0065]步骤5:将车钟与舵角值封装为一条NEMA0183标准格式报文；
[0066]步骤6:发送单元3向VDR传输已转换成标准NMEAO183格式的左右车钟信号报文及舵角信号报文，VDR存储数据以备后续查看。
[0067]本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属【技术领域】的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
【权利要求】
1.一种船舶VDR车钟与操舵数据通用转换终端，包括采集单元(I)，其特征在于，还包括与采集单元(I)连接的处理单元(2)和与处理单元(2)连接的发送单元(3)， 采集单元(I)包括: 用于通过正负双向电压采集的A/D采样单元对舵角指示仪的偏角所对应的电位器的电压进行采集的舵角采集接口(101)、和 用于分别通过正负双向电压采集的A/D采样单元对驾驶台处左右车钟的挡位所对应的电位器的电压进行采集的左车钟采集接口(102)和右车钟采集接口(103)； 处理单元(2)包括: 用于对A/D采样值进行平均值滤波处理，然后将A/D采样值按比例转换为对应的左右车钟与舵角值，并将左右车钟与舵角值封装为NEMA0183标准格式报文的数据处理单元⑵、 用于输入比例转换参数的人工输入单元(202)、和 显示比例转换参数配置界面和实时采集值的显示单元(203)； 发送单元⑶将处理单元⑵生成的NEMAO183标准格式报文发送至VDR。
2.利用权利要求1所述转换终端进行车钟与操舵数据转换的方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1、对具有正负双向电压采集功能的A/D采样单元进行校零； 步骤2:对从左右车钟信号和舵角信号进行A/D采样，采集频率至少为60SPS ； 步骤3:对步骤2获得的A/D采样数据进行平均值滤波处理，选择至少10个采集数据为一组进行平均值计算； 步骤4:对滤波后的A/D采样数据进行比例换算获得左右车钟的挡位值和舵角的偏角值: 步骤5:将左右车钟的挡位值与舵角的偏角值封装为NEMA0183标准格式报文； 步骤6:发送单元(3)向VDR传输已转换成标准NMEA0183格式的左右车钟信号报文及舵角信号报文。
3.根据权利要求1所述的车钟与操舵数据转换的方法，其特征在于，所述的步骤4中，左右车钟的挡位值G通过以下公式获得:
G = KgVg, 其中，Ke = Mg/(Vmax-Vmin)，Vg为步骤3滤波后的左右车钟采样电压值，Mg为驾驶台车钟挡位数，Vmax和Vmin分别为船舶驾驶台车钟前进最大挡和后退最大挡时电位器的对应的电压值； 舵角的偏角值D通过以下公式获得:
D = KdVd, 其中，Kd = (Dmax左-Dmax右)/(Vmax左-Vmax右)，Vd为步骤3滤波后的舵角采样电压值，Dmax左和DMX；&为船舶驾驶台左舵最大偏角和右舵最大偏角，Vniaj^和Vniax$为船舶驾驶台即舵角指示仪在左舵最大偏角和右舵最大偏角时表头电阻对应的电压值。
【文档编号】B63H25/24GK104071312SQ201410318621
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月3日 优先权日:2014年7月3日
【发明者】严新平, 张东华, 初秀民, 陈鹏, 陈伟, 任学锋, 梁跃虹, 许晶, 王媛 申请人:武汉中原电子集团有限公司