一种通用船舶驾驶模拟器输入输出信号转接装置的制作方法

1.本实用新型属于船舶电子技术领域，特别是涉及一种应用于船舶驾驶模拟系统中用到的通用船舶驾驶模拟器输入输出信号转接装置。


背景技术：

2.船舶驾驶模拟训练是船舶驾驶技术训练的重要手段，用船舶驾驶模拟器来代替实船，开展船舶操纵、避碰等内容训练，具有训练场景条件可设定可重复、训练费用低、训练无事故风险等优点。船舶驾驶模拟器通常采用半实物仿真的方式实现，用计算机模拟船舶驾驶的场景，采用与实船一样的车、舵、按钮、指示灯等交互设施；其中车、舵、按钮、指示灯等输入输出信号与计算机间的数据交互是模拟器的中药环节。
3.当前，船舶驾驶模拟器的输入输出信号主要采用数据采集卡等方式直接连接计算机，以计算机直接处理输入输出信号的方式进行，使得计算机需处理接口多、数据多，系统软硬件维护升级较复杂。因此，提供一种通用的船舶驾驶模拟器的信号转换装置，一体化实现外部输入输出与计算机的连接，可灵活配置输入输出信号的接入，对于船舶驾驶模拟器具有重要意义和实用价值。


技术实现要素：

4.本实用新型提供了一种通用船舶驾驶模拟器输入输出信号转接装置，解决了以上问题。
5.为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
6.本实用新型的一种通用船舶驾驶模拟器输入输出信号转接装置，包括输入转接模块、输出转接模块以及电源模块；所述输入转接模块连接输出转接模块，电源模块为输入转接模块和输出转接模块供电；
7.所述输入转接模块包括输入控制模块、模拟量输入处理模块、模拟量输入接口、数字量输入接口、第一串口以及第三串口；所述输入控制模块连接模拟量输入处理模块、数字量输入接口、第一串口以及第三串口；模拟量输入处理模块连接模拟量输入接口；
8.所述输出转接模块包括输出控制模块、模拟量输出处理模块、模拟量输出接口、数字量输出接口和第二串口；所述输出控制模块连接模拟量输出处理模块、数字量输出接口和第二串口，模拟量输出处理模块连接模拟量输出接口；
9.所述输入转接模块、输出转接模块之间通过第一串口与第二串口进行相连；所述第三串口与计算机串口相连。
10.进一步地，所述输入控制模块包括微控制器、与第一串口、第三串口分别相连的两个串口、与模拟量输入处理模块相连的i2c接口、与数字量输入接口相连的gpio接口。
11.进一步地，所述模拟量输入处理模块包括支持i2c接口的a/d芯片、与输入控制模块相连的i2c接口。
12.进一步地，所述模拟量输入接口、数字量输入接口均采用接线端子，提供与模拟器
模拟量、数字量输入端的连接。
13.进一步地，所述第三串口采用usb接口。
14.进一步地，所述输出控制模块包括微控制器、与第二串口相连的一个串口、与模拟量输出处理模块相连的i2c接口、与数字量输出接口相连的gpio接口。
15.进一步地，所述模拟量输出处理模块包括支持i2c接口的a/d芯片、与输出控制模块相连的i2c接口。
16.进一步地，所述模拟量输出接口、数字量输出接口均采用接线端子，提供与模拟器模拟量、数字量输出端的连接。
17.进一步地，所述电源模块包括电源接口、电源管理芯片、电源开关以及电源工作状态指示灯。
18.本实用新型相对于现有技术包括有以下有益效果：
19.本技术方案的装置可通过串口连接驾驶模拟器计算机，提供各种模拟输入输出量、数字输入输出量的连接，且对于输入输出量的连接采用接线端子，具有很好的通用性；应用本装置能够独立实现输入量对输出量的控制，降低了与模拟器计算机的交互量，减轻了模拟器计算机的运算负担，易于使用；采用专用模数转换、数模转换芯片，对模拟量的可扩展性强；同时，本装置成本较低，升级维护方便，在船舶驾驶模拟器领域具有重要的意义和实用价值。
20.当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本实用新型的一种通用船舶驾驶模拟器输入输出信号转接装置的结构示意图；
23.图2为第一串口去第二串口的数据格式示意图；
24.图3为第三串口与计算机交互的数据格式示意图；
25.图4为模拟量输入处理模块电路原理图；
26.图5为模拟量输出处理模块电路原理图；
27.图6为电源模块电路原理图；
28.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
29.1-输入转接模块，101-输入控制模块，102-数字量输入接口，103-数字量输入接口，104-模拟量输入处理模块，105-第一串口，106-第三串口，2-输出转接模块，201-输出控制模块，202-数字量输出接口，203-模拟量输出接口，204-模拟量输出处理模块，205-第二串口，3-电源模块。
具体实施方式
30.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行
清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
31.请参阅图1-6所示，本实用新型的一种通用船舶驾驶模拟器输入输出信号转接装置，包括输入转接模块1、输出转接模块2以及电源模块3；输入转接模块1连接输出转接模块2，电源模块3为输入转接模块1和输出转接模块2供电；
32.输入转接模块1包括输入控制模块101、模拟量输入处理模块104、模拟量输入接口103、数字量输入接口102、第一串口105以及第三串口106；输入控制模块101连接模拟量输入处理模块104、数字量输入接口103、第一串口105以及第三串口106；模拟量输入处理模块104连接模拟量输入接口103；
33.输出转接模块2包括输出控制模块201、模拟量输出处理模块204、模拟量输出接口203、数字量输出接口202和第二串口205；输出控制模块201连接模拟量输出处理模块204、数字量输出接口202和第二串口205，模拟量输出处理模块204连接模拟量输出接口203；输出转接模块2在输入转接模块的控制下，输出模拟量和数字量，输入转接模块1可输入模拟量和数字量，反馈各输入量、输出量的参数给计算机，并根据输入模拟量、输入数字量及计算机数据控制输出转接模块2的输出模拟量和数字量；
34.输入转接模块1、输出转接模块2之间通过第一串口105与第二串口205进行相连；第三串口106与计算机串口相连。
35.如图2所示，第一串口105与第二串口205间的通信数据主要供输出转接模块2对输出量进行配置，主要有两字节、三字节两种数据格式。两字节时，第一个字节为0xff，表示对输出的数字量进行配置；第二个字节的最高位的1、0分别对应输出的数字量为高、低，第二个字节剩余部分对应具体的位置，可支持128个数字量输出。三字节时，第一个字节为0x31、0x32、0x34、0x38，分别对应不同的模拟量输出；第二个字节高四位保留；第二个字节低4位和第一个字节为对应模拟量输出的值。
36.如图3所示，第三串口106与计算机的通信数据包括送至计算机的输入量数据和来自计算机的输入量控制数据。送至计算机的数据有两字节、三字节两种数据格式，两字节时，第一个字节为0xff，表示数字量输入，第二个字节的最高位的1、0分别对应输入的数字量为低、高，第二个字节剩余部分对应具体的位置，可支持128个数字量输出；三字节时，第一个字节为0x31、0x32、0x34、0x38，分别对应不同的模拟量输入；第二个字节高四位保留；第二个字节低4位和第一个字节为对应模拟量输入的值。来自计算机的数据主要有两字节、三字节两种数据格式，两字节时，第一个字节为0xff，表示对输出的数字量进行配置，第二个字节的最高位的1、0分别对应输出的数字量为高、低，第二个字节剩余部分对应具体的位置，可支持128个数字量输出；三字节时，第一个字节为0x31、0x32、0x34、0x38，分别对应不同的模拟量输出，第二个字节高四位保留，第二个字节低4位和第一个字节为对应模拟量输出的值。
37.本具体实施例中，输入控制模块101包括微控制器mcu、与第一串口105、第三串口106分别相连的两个串口、与模拟量输入处理模块104相连的i2c接口、与数字量输入接口102相连的gpio接口。
38.如图4所示，模拟量输入处理模块104包括支持i2c接口的a/d芯片、与输入控制模
块101相连的i2c接口；本具体实施例中a/d芯片具体为ad7091r芯片，单个芯片支持四路模拟输入，可多个芯片共用接口提供更多路模拟输入；i2c接口将模拟量输入接口输入的模拟量处理后送至输入控制模块101。
39.其中，模拟量输入接口103、数字量输入接口102均采用接线端子，提供与模拟器模拟量、数字量输入端的连接。
40.其中，第三串口106采用usb接口，连接输入控制模块，实现输入控制模块与计算机的数据交互；第一串口直接连接第二串口，输入控制模块101发送数据至输出转接模块2的输出控制模块201，通过串口数据表明需配置的输出量及参数；输出控制模块201根据输入控制模块101发过来的数据，对输出转接模块2的模拟量输出和数字量输出进行控制。
41.其中，输出控制模块201包括微控制器mcu、与第二串口相连的一个串口、与模拟量输出处理模块204相连的i2c接口、与数字量输出接口202相连的gpio接口。
42.其中，模拟量输出处理模块204包括支持i2c接口的a/d芯片、与输出控制模块201相连的i2c接口；该a/d芯片具体为ad5694r芯片。
43.其中，模拟量输出接口203、数字量输出接口202均采用接线端子，提供与模拟器模拟量、数字量输出端的连接。
44.其中，电源模块3包括电源接口、电源管理芯片、电源开关以及电源工作状态指示灯；电源接口包括12v输入、5v输入两个接口。12v经电源管理芯片输出5v，与5v输入接口、usb的5v输入都可以作为5v输入使用；5v输入经电源开关后为输入转接模块的模拟量输入处理模块、输出转接模块的模拟量输出处理模块提供模拟电源，同时接两个输出为3.3v的电源管理芯片分别为输入转接模块、输出转接模块提供数字电源；电源工作状态指示灯在电源开关打开时亮、关闭时灭。
45.本技术方案的一种通用船舶驾驶模拟器输入输出信号转接装置，能够连接按键、车、舵等模拟量和数字量输入，将输入值通过串口提供给计算机；对可由输入量直接确定的模拟量和数字量输出，能够根据输出量和输入量的关系，可设定输入至输出的映射，当输入量变化时自动更新输出量；对需计算机独立确定或计算机与输入量共同确定的输出量，提供相应的映射关系，根据计算机串口数据和输入量的变化，实时改变输出量。
46.有益效果：
47.本技术方案的装置可通过串口连接驾驶模拟器计算机，提供各种模拟输入输出量、数字输入输出量的连接，且对于输入输出量的连接采用接线端子，具有很好的通用性；应用本装置能够独立实现输入量对输出量的控制，降低了与模拟器计算机的交互量，减轻了模拟器计算机的运算负担，易于使用；采用专用模数转换、数模转换芯片，对模拟量的可扩展性强；同时，本装置成本较低，升级维护方便，在船舶驾驶模拟器领域具有重要的意义和实用价值。
48.以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。