6稳定出低纹波的5V直流电源，以进行供电。降压保护电路包括串接于DC-DC模块U5的正极(V+引脚)和线性稳压器U6的Vin引脚第一降压二极管D5、第二降压二极管D6、第三降压二极管D7、以及第四降压二极管D8，连接于DC-DC模块U5的正极(V+引脚)和负极(V-引脚)之间且相互并联的第一滤波电容C5和第二滤波电容C4，连接于所述线性稳压器U6的Vin引脚和Vout引脚之间的第一保护二极管D4，连接于线性稳压器U6的Vout引脚和DC-DC模块U5的负极(V-引脚)之间且相互并联的第三滤波电容C6、第四滤波电容C7、以及电压瞬态抑制器TVS2，该电压瞬态抑制器TVS2与DC-DC模块U5的负极(V-引脚)连接端接地，与线性稳压器U6的Vout弓I脚连接端连接短路线JP3。线性稳压器U6的2引脚与DC-DC模块U5的负极(V-引脚)连接。其中的线性稳压器U6选用美国国家半导体公司的LM7805线性LDO，其有较高的负载调整率和电压调整率，将前级高纹波的DCDC输出转化成稳定的DC5V。降压二极管D5至D8，因为7805是线性稳压源，故输入电流和输出电流相等，但是其效率不是很高，会产生大量的热，热功率P= (Vin-Vout)*I，故减小其输入会降低热量，提高效率，使用四个1N4007 二极管串联可以降低电压至9.2V左右，虽然总的热功耗没有变(二极管也会损耗低热量)，但是可以防止7805的局部过热，防止了损坏器件。第一保护二极管D4，当7805断开输入时，输出端的滤波电容会直接给内部的调整管的PN结加反向电压，有可能损坏7805，通过此二极管可以给输出电容中的电荷提供一个泄放回路，防止损坏。短线路JP3，当MCU在进行在线编程时(ISP)，编程线会给系统提供一个直流电压，该电压直接加到了 7805的输出端，很可能损坏7805内部的调整管。加上它以后，当进行ISP时，可以将跳线断开，就不会发生电压冲突了。提高安全性。滤波电容C4至C7，输入及输出的滤波电容，因普通的铝电解电容的ESL和ESR在高频时很明显，故在其旁边并联一个低ESR和ESL的独石电容来滤除高频。
[0035]如图4所示，在通信模块MAX488与数据处理芯片的UART接口之间连接有上拉电阻R21和电源VCC，通信模块MAX488与终端21之间并联有第一阻抗匹配电阻R3、第二阻抗匹配电阻R4、以及电压瞬态抑制器TVS3。数据处理芯片的串行数据通过固定的422电平转换后发送给外界，通信模块MAX488的3引脚与数据处理芯片的UART接口之间连接JP2，通信模块MAX488的3引脚还连接有上拉电阻R21和电源VCC，通信模块MAX488的I引脚连接电源VCC，4引脚接地，5引脚和6引脚连接终端。因STC系列的单片机的输出拉电流很低(几百微安)，故在高电平时容易损坏内部的CMOS结构，R21为上拉电阻，当单片机输出高电平时，外接上拉电阻和电源会使内部的CMOS管截止，由上拉电阻来提供拉电流，当MCU输出低电平时，外界要向MCU中的MOS管灌电流，此时R21也会向内灌电流，但是通常情况下没有问题，因为STC单片机的灌电流可以达到20mA，这里取上拉电阻为4.7K。阻抗匹配电阻R3和R4，因为RS422在进行长线通讯时，若导线中的阻抗不均匀，会发生波反射现象(类似于光在不同介质的界面发生反射)。此电阻起到了阻抗匹配作用，减小了反射的可能，通常取R3 = R4=120ohm。在短距离布线时该电阻可以不焊接。该电阻的使用缺点是增加了系统的功耗。电压瞬态抑制器TVS3用于防止输出端高压噪声损坏通信模块MAX488。通信模块MAX488422电平转换电路，将UART电平转换成RS422差分电平，增加传输距离。JP2:在进行ISP时会占用UART口，将JP2断开后就不会与后级的MAX488发生冲突。
[0036]如图5所示，倾角传感器11和倾角传感器12将角度转换成模拟电压发送给数据处理芯片。倾角传感器11和倾角传感器12采用SCA60C，双轴倾角传感器，测量范围为正负90度，将1、2、3、5脚短路，4脚接地，8脚接电源，7脚为模拟电压输出。
[0037]如图6所示，数据处理芯片将传感器的电压信号转换成角度后通过串口发送至终端。数据处理芯片采用STC12C5A16S2单片机，其内部自带10位AD转换器，且价格便宜，满足精度要求不是很高的场合，且其内部电压基准采用电源电压基准，方便。JT:晶振，在此选用18.432M的晶振，精度为30PPM，其与震荡电容构成考毕兹振荡电路给单片机提供外部时钟，震荡电容选用30pF<Jl:在线编程(ISP)部分，使用了单片机的5脚和7脚(RXD’TXD)。!^和C8:构成了上电复位电路，实际上CS可以不焊接，只将R2焊接上IK电阻即可。C14、C15:AD端口滤波电容，滤除高频噪声，使用陶瓷电容或独石电容，根据STC的手册，选用47pF进行滤波。
[0038]本实用新型的船用摇摆仪的成本为300元，而现有成品摇摆仪价格在1000元，采用本实用新型的船用摇摆仪可以大大节省成本。且在损坏后能够进行维修，避免了废弃的浪费现象。
[0039]本实用新型船用摇摆仪的系统需求为:电源:DC24V输入，<2W带隔离保护。接口方式:RS422串口输出语句，隔离保护。摇摆仪输出语句参考符合IEC61162格式。姿态测量范围及精度:俯仰(± 50°，<0.2°);横滚(± 50°，<0.2°)非线性(全量程):<0.2 %。启动时间:<0.53。零偏:0.1°/3、0.2°/3、0.4°/3。偏值稳定性(10):30° /h、40° /h、50°/h。安装:便于安装，可采用市场上现有的小型铝制防水密封盒。安装方式:船舶中轴线上。使用环境，温度:+
50C ?+70 0C ο 存储温度:-55 °C ?+100 V。
[0040]本实用新型船用摇摆仪的硬件设计要求:采用共模电感:防止共模电流对电磁兼容的影响。芯片引脚的电源输入端要采用电容滤波(通常采用0.luF，高速器件要采用
0.0luF)电源系统:电源系统与其他系统隔离开来(有一定间距)。电源和地:电源线和地线要尽量的短且要足够的粗。需要注意的是模拟部分和数字部分的地和电源即使电压相同也要分割开来。电源线应尽量粗而短。电源线和地线的宽度要求可以根据Imm的线宽最大对应IA的电流来计算，电源和地构成的环路尽量小。
[0041]本船用摇摆仪在船上驾驶台安装时需要用螺丝将主控单元固定在驾驶台上，防止船体在晃动时系统移动，长距离的布线要在一段距离内将线缆固定，防止线缆滑落，线缆应当处于隐秘位置，以免妨碍船员的正常工作。
[0042]以上结合附图实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本实用新型做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本实用新型的限定，本实用新型将以所附权利要求书界定的范围作为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种船用摇摆仪，其特征在于，包括: 主板； 设于所述主板上的两个倾角传感器，两个所述倾角传感器相互垂直设置于平面内以获取所述平面相对于水平面的倾斜角度； 设于所述主板上、与所述倾角传感器连接的数据处理芯片； 设于所述主板上、与所述数据处理芯片连接的通信模块；以及 设于所述主板上的供电电源，与所述倾角传感器、所述数据处理芯片、以及所述通信模块连接。2.如权利要求1所述的船用摇摆仪，其特征在于，所述通信模块与所述数据处理芯片的UART接口之间连接有上拉电阻和电源，所述通信模块与终端之间并联有第一阻抗匹配电阻、第二阻抗匹配电阻、以及电压瞬态抑制器。3.如权利要求1所述的船用摇摆仪，其特征在于，所述供电电源包括外部电源模块、与所述外部电源模块连接的共模电感电路、以及与所述共模电感电路连接的DC-DC模块，所述DC-DC模块与所述倾角传感器、所述数据处理芯片、以及所述通信模块连接。4.如权利要求3所述的船用摇摆仪，其特征在于，所述共模电感电路包括与所述外部电源模块正负极连接的电压瞬态抑制器、与所述电压瞬态抑制器并联的共模电感、连接于所述电压瞬态抑制器与所述外部电源模块正极连接端和所述共模电感与所述外部电源模块正极连接端之间的保护二极管、以及与所述共模电感并联的第一电容和第二电容，所述第一电容和所述第二电容串联，所述第一电容和所述第二电容之间连接有接地线，所述第一电容和所述第二电容的两端分别与所述DC-DC模块的Vin弓I脚和GND弓I脚连接。5.如权利要求3所述的船用摇摆仪，其特征在于，还包括连接于所述DC-DC模块和所述倾角传感器、所述数据处理芯片、以及所述通信模块之间的由线性稳压器连接形成的降压保护电路。6.如权利要求5所述的船用摇摆仪，其特征在于，所述降压保护电路包括串接于所述DC-DC模块的正极和所述线性稳压器的Vin引脚第一降压二极管、第二降压二极管、第三降压二极管、以及第四降压二极管，连接于所述DC-DC模块的正极和负极之间且相互并联的第一滤波电容和第二滤波电容，连接于所述线性稳压器的Vin引脚和Vout引脚之间的第一保护二极管，连接于所述线性稳压器的Vout引脚和所述DC-DC模块的负极之间且相互并联的第三滤波电容、第四滤波电容、以及电压瞬态抑制器，所述电压瞬态抑制器与所述DC-DC模块的负极连接端接地，与所述线性稳压器的Vout引脚连接端连接短路线。7.如权利要求1所述的船用摇摆仪，其特征在于，所述数据处理芯片的AD转换器与所述倾角传感器连接。8.如权利要求1所述的船用摇摆仪，其特征在于，还包括封装所述倾角传感器、所述数据处理芯片、以及所述供电电源的防水外壳。
【专利摘要】本实用新型涉及一种船用摇摆仪，包括：主板；设于所述主板上的两个倾角传感器，两个所述倾角传感器相互垂直设于平面内以获取所述平面相对于水平面的倾斜角度；设于所述主板上、与所述倾角传感器连接的数据处理芯片；设于所述主板上、与所述数据处理芯片连接的通信模块；以及设于所述主板上的供电电源，与所述倾角传感器、所述数据处理芯片、以及所述通信模块连接。本实用新型采用倾斜传感器制作船用摇摆仪，在满足角度测量精度要求的情况下，降低了成本，实现了模块化，便于管理和维护，且比现有的成品摇摆仪体积小。
【IPC分类】G01C9/00
【公开号】CN205300579
【申请号】
【发明人】高勇, 韩胜宇, 苏华平
【申请人】大连陆海科技股份有限公司
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2015年12月29日