基于單片機的新型海警艦艇電子舵角指示儀

摘要：現有海警艦艇的舵角指示技術(shù)多采用自整角機舵角指示系統，此類(lèi)舵角指示裝置不僅體積質(zhì)量大，傳動(dòng)機構復雜，而且指示精準度也不高。針對上述不足，提出一種電子舵角指示方法，設計了基于單片機的新型舵角指示系統。實(shí)驗研究結果表明，該電子舵角指示儀方法可靠，舵角指示系統結構合理、指示精度高、響應靈敏，且設計的聲光報警系統報警準確、及時(shí)。在海警艦艇、公務(wù)用船及其他民用船只上有很大的推廣應用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：舵角指示儀；海警艦艇；角度傳感器；C8051F020單片機

0 引言
隨著(zhù)我國對海洋的日益重視，公安海警艦艇部隊不斷壯大，海警的裝備也有了長(cháng)足的發(fā)展，千噸級以上的大艦不斷裝備到海警部隊，為海警部隊完成國家所賦予的任務(wù)提供了有力的保證。然而，綜觀(guān)海警大艦的來(lái)源，除少部分是通過(guò)部局與地方政府聯(lián)合建造外，如1001艦，多數是通過(guò)對海軍退役艦艇的改造而列編的。一個(gè)突出的問(wèn)題——艦艇裝備的自動(dòng)化程度比較落后，對海警部隊完成海上執勤執法任務(wù)提出了挑戰。而舵角指示裝置是其中較為突出的問(wèn)題之一。
眾所周知，現有海警艦艇的舵角指示技術(shù)多采用自整角機舵角指示系統，此類(lèi)舵角指示裝置不僅體積質(zhì)量大，傳動(dòng)機構復雜，而且指示精準度也不高。因此，對海警艦艇的舵角指示系統進(jìn)行自動(dòng)化和可靠性改造已是顯得十分迫切。
本文在分析現有海警艦艇舵角指示系統存在不足的基礎上，提出了一種新型的電子舵角指示方法，設計了基于單片機的新型舵角指示系統，并設計和制造了舵角指示儀樣機，并進(jìn)行了自動(dòng)化、指示精度和可靠性研究。

1 設計思想
舵角指示器是用來(lái)測量顯示艦艇舵葉轉角和方向的儀器，現有海警中型艇多數還在使用自整角機舵機指示系統。此類(lèi)舵角指示器主要用于精度較低的指示系統，其指示精度、噪音等級、制造成本以及保養維修要求都存在明顯的不足。首先，自整角機式舵角顯示系統單元多由單相激磁繞組的小型異步電動(dòng)機、電纜線(xiàn)和指示儀表盤(pán)等構成。其系統線(xiàn)路接線(xiàn)較為復雜，還需要較大電壓供電，因此消耗電能大，故障機率高；其次，此類(lèi)舵角指示系統指示精度不高。自整角機的定子和轉子線(xiàn)圈是采取微行滑環(huán)，存在接觸不良的問(wèn)題，指示器表針使用電磁機構，容易受到外界磁場(chǎng)的干擾，要經(jīng)常校零，精確度不夠高；再次，就經(jīng)濟性而言此類(lèi)舵角指示器成本較高。
針對上述不足，提出了一種基于單片機的新型的電子舵角指示方法，即基于角度傳感器和單片機的電子舵角指示系統。其基本原理是：通過(guò)角度傳感器檢測舵角的轉角信號，然后在單片機中進(jìn)行A／D轉換，按預先設計的程序，經(jīng)計算后輸出相應的信號，并通過(guò)液晶顯示器顯示舵角的所處的位置。實(shí)現了艦艇舵角及顯示的數字化，具有技術(shù)先進(jìn)、成本低、功耗小、反映速度快、測量精度高、低噪音、故障率低、壽命長(cháng)、配套靈活、使用維護修理方便等優(yōu)點(diǎn)，克服了現有海警艦艇舵角指示器的不足，有極大的推廣應用價(jià)值。

2 設計原理及方案
2．1 設計原理
系統采用模塊化設計，由電源模塊、角度傳感器、單片機、顯示模塊和報警模塊等組成。電源模塊向系統提供5 V直流電，并控制系統的通斷；角度傳感器模塊及其指針式角度表采集舵角度信息，并傳輸到C8051F020單片機；單片機模塊將輸出信號進(jìn)行A／D轉換，把模擬量轉換為數字量，按一定的控制規律進(jìn)行計算，并把結果傳輸送液晶顯示器顯示出舵角結果；報警模塊在舵角超過(guò)到極限角度35°時(shí)，發(fā)出聲光報警，保證操舵系統的安全。
2．2 系統框圖
電子舵角指示系統的框圖如圖1所示，控制程序框圖如圖2所示，聲光報警模塊電路圖如圖3所示。