用于船舶的信号输入输出模块的制作方法

1.本发明涉及船舶工业自动化技术领域，尤其涉及一种用于船舶的信号输入输出模块。


背景技术：

2.随着船舶机舱自动化程度越来越高，需要采集信号的种类也越来越多，需要输出各种信号的仪表也越来越多。根据采集信号类型的不同选择相应的采集板卡的模式带来的备件成本高，配置灵活性低，系统可扩展性低等缺点已经越来越凸显。针对一般船上常用的传感器和仪表信号类型包括开关量输入(0-24v)、开关量输出(0-24v)、电流输入(4-20ma)、电流输出(4-20ma)、电压输入(0-10v)和电压输出(0-10v)信号。根据不同的系统的需求，一般都会配备不同种类的板卡，每种类型信号的采集控制板卡都需要有备件。如果上述几种板卡可以实现硬件统一，则可以节省备件数量，降低生产成本。大大增强了系统设计、设备供货和施工的灵活性。
3.因此，需要一种用于船舶的信号输入输出模块以至少部分地解决上述问题。


技术实现要素：

4.在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
5.为了至少部分地解决背景技术中的问题，本发明提供一种用于船舶的信号输入输出模块，其包括：
6.处理器子模块，所述处理器子模块包括处理器芯片；
7.输入输出子模块，所述输入输出子模块包括n个输入输出接口单元，每个所述输入输出接口单元耦连至所述处理器芯片，其中n为自然数；和
8.供电子模块，所述供电子模块配置为给所述处理器子模块和所述输入输出子模块供电；
9.其中，所述输入输出子模块配置为在所述处理器芯片的控制下分别实现开关量信号输出、开关量信号输入、电压信号输出、电压信号输入、电流信号输出和电流信号输入的功能，
10.其中，每个所述输入输出接口单元配置为在所述处理器芯片的控制下分别实现所述开关量信号输入、电压信号输出、电压信号输入、电流信号输出和电流信号输入的功能。
11.根据本发明的信号输入输出模块，为一种用于船舶的通用信号输入输出模块，可以实现在不更改硬件模块的前提下，通过采用软件配置的方法进行不同类型信号输入输出的切换。根据本发明的用于船舶的信号输入输出模块支持多信号类型输入输出，其中包括船上常用的开关量信号输入、开关量信号输出、电流信号输入、电流信号输出、电压信号输入和电压信号输出。在硬件统一的情况下，可以节省备件数量、降低生产成本，大大增强了
系统设计、设备供货和施工的灵活性。
12.可选地，所述输入输出子模块还包括开关量输出单元，用于实现所述开关量信号输出功能，所述开关量输出单元包括do芯片，所述do芯片耦连至所述处理器芯片，每个所述do芯片包括多个输出端，所述信号输入输出模块配置为根据所述信号输入输出模块的输出端的数量m确定所述do芯片的数量，其中m为自然数。
13.根据本发明的信号输入输出模块，每个输入输出接口单元配置为在处理器芯片的控制下分别实现开关量信号输入、电压信号输出、电压信号输入、电流信号输出和电流信号输入的功能，开关量输出单元用于实现开关量信号输出的功能。在本发明中，根据具体的输入输出端数量配置输入输出接口单元的数量和do芯片的数量。
14.可选地，m＝n。
15.当m＝n时，根据本发明的信号输入输出模块具备n个信号输入输出的通用接口，n个通用接口中的每一个均可用于开关量信号输出、开关量信号输入、电压信号输出、电压信号输入、电流信号输出或电流信号输入的功能。通过配备根据本发明的信号输入输出模块，船舶可以采用统一的通用接口装置实现不同信号的输入输出功能切换，船舶的控制更加简单、硬件设备也相对更易维护。
16.可选地，所述输入输出子模块包括：
17.第一多路开关芯片，所述第一多路开关芯片包括n个信号输入端和1个信号输出端，所述第一多路开关芯片耦连至所述处理器芯片，和
18.adc芯片，所述adc芯片的数字信号输出端耦连至所述处理器芯片，所述adc芯片的第一模拟信号输入端耦连至所述第一多路开关芯片的信号输出端；
19.所述输入输出接口单元包括第一端子，用于作为所述信号输入输出模块的信号输入端子或信号输出端子，所述第一端子耦连至所述第一多路开关芯片的信号输入端中的一个和所述do芯片的输出端中的一个。
20.根据本发明的信号输入输出模块，第一端子为电压信号输入端子和开关量信号输入端子，多个第一端子通过多路开关连接至adc芯片和处理器芯片，从而将电压输入信号和开关量输入信号传输至处理器。第一端子可同时作为开关量信号输出端子。
21.可选地，所述输入输出子模块包括：
22.第三多路开关芯片，所述第三多路开关芯片包括n个信号输入端和1个信号输出端，所述第三多路开关芯片耦连至所述处理器芯片，所述第三多路开关芯片的信号输出端耦连至所述adc芯片的第三模拟信号输入端；
23.所述输入输出接口单元包括：
24.第二端子，用于作为所述信号输入输出模块的信号输入端子，所述第二端子耦连至所述第三多路开关芯片的信号输入端中的一个，
25.第二开关切换芯片，所述第二开关切换芯片耦连至所述处理器芯片，和
26.第二电阻，所述第二电阻耦连在所述第二端子和所述第二开关切换芯片之间，
27.其中，所述第二开关切换芯片配置为，当所述第二端子接收输入电流信号时，所述第二开关切换芯片将所述第二电阻接地。
28.根据本发明的信号输入输出模块，第二端子为电流信号输入端子，第二开关芯片和第二电阻将该输入电流信号转比为电压输入信号，然后传输至adc芯片和处理器芯片。多
个第二端子通过多路开关连接至adc芯片。
29.可选地，所述处理器芯片配置为，当所述第二端子接收输入电流信号时，所述处理器芯片监测所述adc芯片的输出电压，其中
30.当所述adc芯片的输出电压小于第一预设值时，所述处理器芯片判定传感器信号断路，
31.当所述adc芯片的输出电压大于第二预设值时，所述处理器芯片判定所述传感器信号短路，
32.其中，所述第一预设值小于所述第二预设值。
33.根据本发明的信号输入输出模块，接收输入电流信号时，同时监测其对应的电压信号，从而判断传感器信号是否出现异常，以及时报警。
34.可选地，所述输入输出接口单元还包括ao芯片，所述ao芯片耦连至所述处理器芯片，所述ao芯片的电流输出端耦连至所述第一端子。
35.根据本发明的信号输入输出模块，采用ao芯片实现电流信号输出的功能，第一端子用于作为电流信号的输出端子。
36.可选地，所述输入输出单元接口单元还包括采样电阻，所述采样电阻的一端耦连所述ao芯片的电流输出端和所述第一多路开关芯片的多个信号输出端中的一个，所述采样电阻的另一端耦连所述第一端子。
37.根据本发明的信号输入输出模块，输出电流信号经过采样电阻后传递至第一端子。
38.可选地，所述输入输出子模块包括第二多路开关芯片，所述第二多路开关芯片包括n个信号输入端和1个信号输出端，所述第二多路开关芯片耦连至所述处理器芯片，所述第二多路开关芯片的信号输出端耦连至所述adc芯片的第二模拟信号输入端，所述第二多路开关芯片的信号输入端与所述第一端子耦连。
39.根据本发明的信号输入输出模块，多个第一端子的信号还通过另一个多路开关传输至adc芯片和处理器芯片。由于采样电阻的存在，使得输出电流流经采样电阻时产生电压降，因而本发明通过同时监测采样电阻两端的电压(也即采样电阻的电压降)可以判断输出电流值是否正常。
40.可选地，所述输入输出接口单元包括：
41.第一开关切换芯片，所述第一开关切换芯片耦连至所述处理器芯片和所述第二多路开关芯片；和
42.第一电阻，所述第一电阻耦连在所述第一端子和所述第一开关切换芯片之间，
43.其中，所述第一开关切换芯片配置为：
44.当所述第一端子用于输出电压信号时，所述第一开关切换芯片将所述第一电阻接地；
45.当所述第一端子用于输出电流信号时，所述第一开关切换芯片将所述第一电阻与地断开，使第一电阻呈浮空状态。
46.根据本发明的信号输入输出模块，其输出电压信号的方法为，通过ao芯片输出电流信号，同时通过第一开关切换芯片和第一电阻将该输出电流信号转变为输出电压信号。第一端子用于作为电压输出信号的端子。
47.可选地，所述输入输出接口单元配置为，所述第一端子的信号经过低通rc滤波电路后再耦连所述第二多路开关芯片的信号输入端中的一个。
48.根据本发明的信号输入输出模块，第一端子的输入信号经过低通滤波后再传输至多路开关、adc芯片和处理器芯片。
49.可选地，所述输入输出接口单元配置为：
50.所述第一端子的信号经过低通rc滤波电路后再耦连所述第一多路开关芯片的信号输入端中的一个；并且/或者
51.所述第一端子耦连瞬态抑制二极管。
52.根据本发明的信号输入输出模块，第一端子的输入信号经过低通滤波后再传输至多路开关、adc芯片和处理器芯片。并且/或者采用瞬态抑制二极管作为保护短路，防止第一端子的输入信号过高。
53.可选地，所述输入输出接口单元配置为：
54.所述第二端子的信号经过低通rc滤波电路后再耦连所述第三多路开关芯片的信号输入端中的一个；并且/或者
55.所述第二端子耦连瞬态抑制二极管。
56.根据本发明的信号输入输出模块，第二端子的输入信号经过低通滤波后再传输至多路开关、adc芯片和处理器芯片。并且/或者采用瞬态抑制二极管作为保护短路，防止第二端子的输入信号过高。
57.可选地，所述供电子模块包括两路输入供电电路，并且/或者
58.所述处理器子模块还包括显示单元，所述显示单元与所述处理器芯片耦连，并且/或者
59.所述信号输入输出模块还包括通信子模块，所述通信子模块耦连至所述处理器芯片，所述通信子模块包括高速can通信单元、以太网通信单元和485通信单元中的一个或多个。
60.根据本发明的信号输入输出模块，采用两路输入供电电路以保障系统稳定运行，通过显示单元实现人机交互，通过多种通信方式与外部设备通信。
附图说明
61.本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的具体实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。
62.附图中：
63.图1为根据本发明第一实施方式的用于船舶的信号输入输出模块的结构简图；
64.图2为根据本发明第二实施方式的用于船舶的信号输入输出模块的结构简图；
65.图3为图1和图2中所示的供电子模块的结构示意图；
66.图4为图2中所示的处理器子模块与输入输出子模块和通信子模块的接口方式说明图；
67.图5为图1和图2中所示的输入输出子模块的结构简图；
68.图6为根据本发明的具体实施方式的的用于船舶的信号输入输出模块的开关量输出单元的电路图；
69.图7为图1所示的用于船舶的信号输入输出模块的结构说明图；
70.图8为根据本发明的具体实施方式的的用于船舶的信号输入输出模块的ao电路和vi电路的电路图；以及
71.图9为为根据本发明的具体实施方式的的用于船舶的信号输入输出模块的ai电路的电路图。
72.附图标记说明：
73.10：供电子模块
74.20：处理器子模块
75.25：处理器芯片
76.26：显示单元
77.30：输入输出子模块
78.31：第一多路开关芯片
79.32：第二多路开关芯片
80.33：第三多路开关芯片
81.35：adc芯片
82.40：开关量输出单元
83.45：do芯片
84.50：输入输出接口单元
85.51：第一端子
86.52：第二端子
87.53：第一保护电路
88.54：第二保护电路
89.55：ao芯片
90.56：ao电路
91.57：vi电路
92.58：ai电路
93.59：采样电阻
94.61：第一开关切换芯片
95.62：第二开关切换芯片
96.71：第一电阻
97.72：第二电阻
98.81：第一滤波电路
99.82：第二滤波电路
100.83：第三滤波电路
101.90：通信子模块
102.91：can通信单元
103.92：以太网通信单元
104.93：485通信单元
105.100/200：信号输入输出模块
具体实施方式
106.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
107.为了彻底了解本发明实施方式，将在下列的描述中介绍详细的过程。显然，本发明实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。
108.本发明提供一种用于船舶的信号输入输出模块。
109.如图1所示，在根据本发明的第一实施方式中，根据本发明的用于船舶的信号输入输出模块100包括供电子模块10、处理器子模块20和输入输出子模块30。如图2所示，在根据本发明的第二实施方式中，根据本发明的用于船舶的信号输入输出模块200包括供电子模块10、处理器子模块20、输入输出子模块30和通信子模块90。也即，在第二实施方式中，用于船舶的信号输入输出模块200在第一实施方式的用于船舶的信号输入输出模块100的基础上增加了通信子模块90。
110.在用于船舶的信号输入输出模块100或200中，供电子模块10用于为处理器子模块20、输入输出子模块30和通信子模块90供电；处理器子模块20包括处理器芯片25，其通过各种接口与输入输出子模块30和通信子模块90耦连，从而控制输入输出子模块30和通信子模块90的工作；输入输出子模块30用于在处理器子模块20的控制下完成信号的输入输出功能，优选地，输入输出子模块30配置为在处理器芯片25的控制下分别实现开关量信号输出、开关量信号输入、电压信号输出、电压信号输入、电流信号输出和电流信号输入的功能，以解决背景技术中所提出的问题；通信子模块90用于与外部设备通信。
111.具体地，供电子模块10的电路结构如图3所示。由于船上的电气环境特殊，供电系统电源经常切换，且不稳定，因此供电子模块10采用主备电源双路输入供电模式，主电源为av220，备用电源为dc24v。其中，主电源经过滤波器后进入ac/dc隔离电源模块，然后输出一路dc24v；备用电源先进入防反接保护电路，然后通过滤波器再进入dc/dc隔离电源模块，输出另一路dc24v。两路dc24v通过双二极管模块后合成输出一路dc24v，保证了整板供电的稳定性。这路dc24v分别采用非隔离的dc/dc和ldo方案分别转成3.3v、5v和12v，根据每个模块的具体需求供给每个模块。
112.如图4所示，本发明中处理器子模块20优选采用arm作为处理器芯片25，处理器子模块20还可以包括一个oled显示单元26，用于实现人机交互功能。例如，处理器芯片25通过spi接口连接oled显示单元26，提供通道状态、模块id、程序运行的状态等信息的显示。
113.输入输出子模块30包括adc芯片35、ao芯片55、do芯片45、多个开关切换芯片61/62和多个多路开关芯片31/32/33。处理器芯片25通过spi接口分别与输入输出子模块30中的adc芯片35和ao芯片55连接。处理器芯片25通过gpio接口与输入输出子模块30中的多路开关切换芯片31/32/33、do芯片45和开关切换芯片61/62连接。其中，do芯片45优选为n沟道多路输出的mosfet芯片。
114.在本发明中，通信子模块90包括高速can通信单元91、以太网通信单元和485通信单元93中的一个或多个。例如，通信子模块90由两路高速can通信单元91、一路以太网通信单元92和两路485通信单元93组成。arm处理器的uart接口通过uart转can芯片与每个can通
信单元91的can芯片组连接。arm芯片的uart接口通过uart转485芯片与每个485通信单元93的485芯片组连接。arm芯片的ethernet接口与以太网通信单元92的phy芯片连接。
115.如图5和图7所示，在本发明中，输入输出子模块30由开关量输出单元40和n(n为自然数)个输入输出接口单元50组成。n为信号输入输出模块100/200的输入输出端的数量。其中，开关量输出单元40用于实现开关量信号输出功能，每个输入输出接口单元50配置为在处理器芯片25的控制下分别实现开关量信号输入、电压信号输出、电压信号输入、电流信号输出和电流信号输入的功能。因此，输入输出子模块30可以在处理器芯片25的控制下分别实现开关量信号输出、开关量信号输入、电压信号输出、电压信号输入、电流信号输出和电流信号输入的功能。也即，输入输出子模块30支持多种类型信号的输入输出，为一种通用的信号输入输出装置，其具体用于何种类型的信号的输入或输出由处理器根据需要确定。
116.具体地，开关量输出单元40包括do芯片45，do芯片45通过gpio接口耦连至处理器芯片25。如图6所示，do芯片45优选为n沟道多路输出的mosfet芯片u21。通过gpio的拉高使能do输出24v，gpio拉低关断。每个do芯片45包括多个输入端和多个输出端，信号输入输出模块100/200配置为根据信号输入输出模块100/200的输出端的数量m(m为自然数)确定do芯片45的数量。例如，芯片u21包括8个输入端(3-10号管脚，通过gpio接口控制)和8个输出端(15-22号管脚)，当信号输入输出模块100/200需要配置9-16个输出端时，就需要两个芯片u21。
117.优选地，m＝n。当m＝n时，信号输入输出模块100/200具备n个信号输入输出的通用接口，n个通用接口中的每一个均可用于开关量信号输出、开关量信号输入、电压信号输出、电压信号输入、电流信号输出或电流信号输入的功能。通过配备根据本发明的信号输入输出模块100/200，船舶可以采用统一的通用接口装置实现不同信号的输入输出功能，船舶的控制更加简单、硬件设备也相对更易维护。
118.如图5和图7所示，输入输出子模块30还包括adc芯片35、第一多路开关芯片31、第二多路开关芯片32和第三多路开关芯片33。每个输入输出接口单元50由ao电路56、vi电路57、ai电路58以及保护电路组成。也即，输入输出子模块30包括n个ao电路56、n个vi电路57、n个ai电路58以及n个保护电路。其中，ao电路56用于实现电压信号和电流信号的输出功能，vi电路57用于实现电压信号和开关量信号的输入功能，ai电路58用于实现电流信号的输入功能，保护电路用于在输入信号过高时保护后级电路。
119.具体地，输入输出接口单元50还包括第一端子51和第二端子52，信号输入输出模块100/200共包括n个第一端子51和n个第二端子52。第一端子51用于作为信号输入输出模块100/200的信号输入端子或信号输出端子。每一个输入输出接口单元50中的ao电路56与vi电路57共用第一端子51。保护电路中的第一保护电路53耦连至第一端子51，用于保护后级电路。第一端子51和第一保护电路53也可以认为是ao电路56和vi电路57的一部分。ai电路58耦连至第二端子52，第二端子52用于作为信号输入输出模块100/200的信号输入端子。保护电路中的第二保护电路54耦连至第二端子52，用于保护后级电路。第二端子52和第二保护电路54也可以认为是ai电路58的一部分。
120.在具体的实施方式中，第一端子51用于作为开关量信号输出端子、开关量信号输入端子、电压信号输出端子、电压信号输入端子和电流信号输出端子；第二端子52用于作为电流信号输入端子。
121.第一多路开关芯片31包括n个信号输入端和1个信号输出端，第一多路开关芯片31耦连至处理器芯片25。第一多路开关芯片31的信号输出端耦连至adc芯片35的第一模拟信号输入端。第一多路开关芯片31的多个信号输入端分别耦连至不同的输入输出接口单元50的第一端子51。adc芯片35的数字信号输出端耦连至处理器芯片25。从而，多个第一端子51接收的信号可通过第一多路开关芯片31传递至adc芯片35，进而被处理器芯片25处理。
122.第二多路开关芯片32包括n个信号输入端和1个信号输出端，第二多路开关芯片32耦连至处理器芯片25。第二多路开关芯片32的信号输出端耦连至adc芯片35的第二模拟信号输入端，第二多路开关芯片32的多个信号输入端分别耦连至不同的输入输出接口单元50的第一端子51。从而，多个第一端子51接收的信号可通过第二多路开关芯片32传递至adc芯片35，进而被处理器芯片25处理。
123.第三多路开关芯片33包括n个信号输入端和1个信号输出端，述第三多路开关芯片33耦连至所述处理器芯片25。第三多路开关芯片33的信号输出端耦连至adc芯片35的第三模拟信号输入端，第三多路开关芯片33的多个信号输入端分别耦连至不同的输入输出接口单元50的第二端子52。从而，多个第二端子52接收的信号可通过第三多路开关芯片33传递至adc芯片35，进而被处理器芯片25处理。
124.如图7所示，第一端子51还耦连第一开关切换芯片61和第一电阻71，第二端子52还耦连第二开关切换芯片62和第二电阻72。每一个ao电路56还包括ao芯片55，ao芯片55耦连至arm处理器芯片25。
125.具体地，如图8所示，在ao电路56中，ao芯片55例如采用adi公司的ad5410芯片u31，其可以通过spi通信接口控制输出0-20ma信号(在图8所示的ao电路56中，u31芯片的7-10号管脚为输入控制管脚，10号管脚为电流输出管脚)。ao芯片55的输出信号耦连至第一端子51(例如ch1_p，即第一个输入输出接口单元50的第一端子51)，从而将电流信号从第一端子51输出。
126.第一端子51同时还耦连vi电路57。vi电路57包括第一滤波电路81和第二滤波电路82两组滤波电路、第一开关切换芯片61(例如u36)、第一电阻71(例如r336)和采样电阻59。第一电阻71耦连在第一端子51和第一开关切换芯片61之间。优选地，第一滤波电路81和第二滤波电路82为低通rc滤波电路，第一电阻71和采样电阻59为高精电阻。其中，ao芯片55的输出信号经过采样电阻59(例如r333)后耦连至第一端子51(例如ch1_p)。也即，采样电阻59的一端耦连至ao芯片55的信号输出端和第一滤波电路81的输入端(继而通过vi_1端子耦连至第一多路开关芯片31)，采样电阻59的另一端耦连至第二滤波电路82的输入端(继而通过vi_2端子耦连至第二多路开关芯片32)和第一端子51。或者说，第一端子51与第一多路开关芯片31的信号输入端中间耦连了采样电阻59和低通rc滤波电路；而第一端子51与第二多路开关芯片32的信号输入端中间只耦连了低通rc滤波电路。当第一端子51作为信号输入端子时，其接收的信号通过第一滤波电路81耦连至第一多路开关芯片31的多个信号输入端中的一个(vi_1端子)，通过第二滤波电路82耦连至第二多路开关芯片32的多个信号输入端中的一个(vi_2端子)。第一端子51接收的信号分别通过第一多路开关芯片31和第二多路开关芯片32实时反馈到adc芯片35，然后通过spi接口输送到arm处理器芯片25中。由于采样电阻59耦连在第一端子51与第一滤波电路81之间，因此vi_1端子处的信号可能不同于vi_2端子处的信号。
127.具体地，当信号输入输出模块100/200用于电流信号(例如4-20ma)输出时，arm芯片通过spi通信接口控制ao芯片55，使ao芯片55将4-20ma电流信号通过ch1_p端子输出。同时该电流信号通过vi电路57中的采样电阻59，使采样电阻59两端形成电压差，也即在vi_1与vi_2两端子形成电压差。adc芯片35实时采集vi_1与vi_2的电压差，从而监测输出电流信号状态是否正确。由于输出电流经过采样电阻59后输出至第一端子51，采样电阻59也可以认为是ao电路56的一部分。
128.具体地，当信号输入输出模块100/200用于电压信号(例如0-10v)输出时，arm芯片通过spi通信接口控制ao芯片55，使ao芯片55将0-10ma电流信号输出至ch1_p端子。同时，arm芯片通过gpio_ai信号控制第一开关切换芯片61，使得第一电阻71(阻值为1000欧姆)接地，此时电流信号通过该1000欧姆电阻r336后在ch1_p端子形成0-10v电压(ao芯片55输出的电流与第一电阻71阻值的乘积)。从而，第一端子51(ch1_p端子)可用于电压信号输出端子。
129.因此，第一开关切换芯片61配置为：当第一端子51用于输出电压信号时，第一开关切换芯片61将第一电阻71接地；当第一端子51用于输出电流信号时，第一开关切换芯片61将第一电阻71与地断开，使第一电阻71呈浮空状态。
130.具体地，当信号输入输出模块100/200用于电压信号(例如0-10v)输入时，将电压输入信号接到第一端子51(ch1_p端子)，通过电阻r337到地形成回路，电压信号通过rc电路滤波后，进入多路开关，再进入adc芯片35得到当前的电压值。可以理解的，可以通过第一滤波电路81和第一多路开关芯片31传输电压输入信号，也可以通过第二滤波电路82和第二多路开关芯片32传输电压输入信号。
131.类似地，当信号输入输出模块100/200用于开关量信号(0或24v)输入时，由于开关量信号也为电压信号，因此开关量信号仍通过第一端子51(ch1_p端子)接入，通过电阻r337到地形成回路，电压通过rc滤波后进入多路开关，再进到adc芯片35，反馈到arm芯片的电压值得到目前的开关量的状态。可以理解的，可以通过第一滤波电路81和第一多路开关芯片31传输开关量输入信号，也可以通过第二滤波电路82和第二多路开关芯片32传输开关量输入信号。
132.可以理解的，信号输入输出模块100/200也可以配置为采用第一滤波电路81及第一多路开关芯片31与第二滤波电路82及第二多路开关芯片32中的一组传输电压输入信号与开关量输入信号中的一个，采用第一滤波电路81及第一多路开关芯片31与第二滤波电路82及第二多路开关芯片32中的另一组传输电压输入信号与开关量输入信号中的另一个。
133.如图9所示，ai电路58包括第二端子52、第三滤波电路83、第二开关切换芯片62和第二电阻72。第二电阻72耦连在第二端子52和第二开关切换芯片62之间。优选地，第三滤波电路83为低通rc滤波电路，第二电阻72为高精电阻。
134.具体地，当信号输入输出模块100/200用于电流信号(例如4-20ma)输入时，电流信号通过第二端子52(例如ch1_n端子)接入。arm芯片通过gpio_ai信号控制第二开关切换芯片62，使得第二电阻72(例如阻值为300欧姆的电阻r339)接地，即，第二开关切换芯片62配置为，当第二端子52接收输入电流信号时，第二开关切换芯片62将第二电阻72接地，将输入电流信号转变为输入电压信号。第二端子52的信号经过低通rc滤波电路后再耦连第三多路开关芯片33的信号输入端中的一个(例如ai_1端子)。4-20ma电流信号输入到该300欧姆电
阻r339后，在ai_1端子形成1.2-6v(输入的电流信号与300欧姆电阻的乘积)的电压值，该电压值通过第三多路开关芯片33后进入adc芯片35。同时，arm芯片监测adc芯片35的输出电压，根据与输入电流对应的电压是否在第一预设值(例如1.2v)与第二预设值(例如6v)之间，判断当前传感器信号的状态，如果电压小于第一预设值(例如1.2v)判定传感器信号断线，如果电压大于第二预设值(例如6v)，判定传感器信号短路。可以理解的，根据电流输入信号的取值范围不同，以及第二电阻72的阻值不同，第一预设值与第二预设值的取值不同。第一预设值小于第二预设值。
135.如图7所示，第一端子51同时耦连至前述do芯片45的多个输出端(见图6)中的一个。具体地，当信号输入输出模块100/200用于开关量(0或24v)输出时，arm芯片通过gpio接口的拉高使能do芯片45输出24v，可以在第一端子51(例如ch1_p端子)输出24v。即，第一端子51用于作为开关量信号输出端子。同时，该24v电压信号也通过vi电路57回采，实现输出状态的实时反馈。当arm芯片通过gpio拉低关断do芯片45，则在ch1_p端子输出0v。
136.如图8和图9所示，保护电路53/54通过在输入输出接口处(ch1_p端子和ch1_n端子处)增加tvs瞬态抑制二极管以防止接口电压超高，如果电压超过电路承受范围，tvs管导通，电流直接拉到地，从而保护后级电路。
137.本发明克服了现有技术的不足，提供了一种用于船舶的通用信号输入输出模块，可以实现在不更改硬件模块的前提下，通过采用软件配置的方法进行不同类型信号输入输出的切换。根据本发明的用于船舶的信号输入输出模块支持多信号类型输入输出，其中包括船上常用的开关量信号输入、开关量信号输出、电流信号输入、电流信号输出、电压信号输入和电压信号输出。在硬件统一的情况下，可以节省备件数量、降低生产成本，大大增强了系统设计、设备供货和施工的灵活性。
138.除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。
139.本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。本领域技术人员可以理解的是，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。