專利名稱：無主機(jī)分布式網(wǎng)絡(luò)總線結(jié)構(gòu)船載航行數(shù)據(jù)記錄裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種可靈活擴(kuò)展的船載航行數(shù)據(jù)記錄裝置，特別是無主機(jī)分布式網(wǎng)絡(luò)總線結(jié)構(gòu)船載般行數(shù)據(jù)記錄裝置。
船舶在航行中各部分的運(yùn)行狀態(tài)正常與否，關(guān)系到船舶的航行安全。把這些運(yùn)行狀態(tài)用各種傳感元件轉(zhuǎn)換成電信號再加以數(shù)字化處理后進(jìn)行整理儲存或即時再現(xiàn)，日常有助于提高航行技術(shù)、資格審核等，更重要的是在發(fā)生海難事故時，可對事故發(fā)生前一段時間的運(yùn)行狀態(tài)及操作數(shù)據(jù)進(jìn)行再現(xiàn)，為事故鑒定提供第一手客觀的資料。目前公知的船載航行數(shù)據(jù)記錄裝置采用的是有主機(jī)集中式記錄型式，即各傳感器前端經(jīng)專線集中連接至記錄主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理記錄，這種方式明顯的弱點(diǎn)為由于記錄裝置為專線集中式，且呈一一對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)需要增加新的記錄項(xiàng)目時，原機(jī)軟硬件均需全面改造，有時幾近重置；使用日久或意外損傷傳輸電纜，以及主機(jī)、電源出現(xiàn)故障或癱瘓時(此種情況在發(fā)生海難事故時極常碰到)，輕則喪失部分記錄，重則全部停止運(yùn)行甚至刪改毀壞原記錄(當(dāng)采用自帶鋰電池的存儲芯片，如故障時片選有效，即會刪改或?qū)懭脲e誤數(shù)據(jù))。故此方式已不適應(yīng)船載數(shù)據(jù)記錄的要求。
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)出一種適用于船載航行數(shù)據(jù)記錄的無主機(jī)分布式網(wǎng)絡(luò)總線結(jié)構(gòu)船載航行數(shù)據(jù)記錄裝置。
本實(shí)用新型的任務(wù)是這樣完成的，采用各種功能模塊以節(jié)點(diǎn)方式組成無主機(jī)的分布式網(wǎng)絡(luò)總線結(jié)構(gòu)，各種數(shù)據(jù)前端、存儲器、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管器、外設(shè)裝置和電源供給器等均經(jīng)路由選通模塊和自適應(yīng)電源模塊與總線連接。總線為熱冗余設(shè)置，既可按網(wǎng)絡(luò)總線式連接，也可組成環(huán)網(wǎng)，均按預(yù)定通訊協(xié)議運(yùn)行。本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是1、各種型式數(shù)據(jù)前端對傳感信息處理后，打成數(shù)據(jù)包，按協(xié)議送入總線。當(dāng)需要增加新的記錄項(xiàng)目時，只需另行制作數(shù)據(jù)前端，作為節(jié)點(diǎn)并入總線，不存在一一對應(yīng)、前后順序、空間位置或接入數(shù)量的限制。整個結(jié)構(gòu)為無主機(jī)運(yùn)行方式，不會因主機(jī)故障而導(dǎo)致所有記錄功能喪失。
2、存儲器(最終記錄介質(zhì))可做成任意多個，型式可有浮力背心便攜式、防火式、深水式(耐一定水深壓力)、自動脫離漂浮式、帶無線信標(biāo)式等多種類型，可同時配置，不受數(shù)量限制。各存儲器基于通訊協(xié)議自動同步記錄。當(dāng)發(fā)生海難事故時，至少可有一種型式的存儲器能保存下來以供數(shù)據(jù)再現(xiàn)，大大提高本記錄裝置的實(shí)用價值。
3、電源供給裝置可多點(diǎn)設(shè)置，智能供電，極大提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的不間斷性。
4、整個網(wǎng)絡(luò)可接成網(wǎng)絡(luò)總線式或內(nèi)外環(huán)網(wǎng)方式，均為熱冗余總線設(shè)置。每個節(jié)點(diǎn)均有智能路由選通電路，可封閉故障部分，選擇正常路由重建總線網(wǎng)絡(luò)。
綜前所述，對于船載航行數(shù)據(jù)記錄裝置的特殊環(huán)境條件及性能要求，本實(shí)用新型可體現(xiàn)出其優(yōu)越性及先進(jìn)性。



圖1為本實(shí)用新型網(wǎng)絡(luò)總線結(jié)構(gòu)示意圖圖2為本實(shí)用新型內(nèi)外環(huán)網(wǎng)總線結(jié)構(gòu)示意圖圖3為本實(shí)用新型內(nèi)外環(huán)網(wǎng)總線結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)故障示意圖圖4為本實(shí)用新型內(nèi)外環(huán)網(wǎng)總線結(jié)構(gòu)線段故障封閉示意圖圖5為本實(shí)用新型節(jié)點(diǎn)總線接口模塊示意圖圖6為本實(shí)用新型模擬量數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)電原理圖圖7為本實(shí)用新型存儲器節(jié)點(diǎn)電原理圖圖8為本實(shí)用新型PC機(jī)模塊節(jié)點(diǎn)原理圖圖9為本實(shí)用新型電源模塊電原理圖
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)及某些典型工作機(jī)理作進(jìn)一步描述。
根據(jù)
圖1至圖9所述的本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)和工作機(jī)理為1、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)整個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可有如下兩種結(jié)構(gòu)型式，即網(wǎng)絡(luò)總線結(jié)構(gòu)及內(nèi)外環(huán)網(wǎng)總線結(jié)構(gòu)。
圖1為網(wǎng)絡(luò)總線結(jié)構(gòu)示意圖。各模塊節(jié)點(diǎn)(1)呈分布式接入網(wǎng)絡(luò)總線(4)。圖2為內(nèi)外環(huán)網(wǎng)總線結(jié)構(gòu)示意圖，各模塊節(jié)點(diǎn)(1)[1～n#]也呈分布式接入具有內(nèi)、外環(huán)的網(wǎng)絡(luò)總線(4)。其工作機(jī)理除了按后述第2點(diǎn)進(jìn)行總線冗余切換外，還可進(jìn)行如下路由選通如按圖3，當(dāng)節(jié)點(diǎn)(1)[2#]損壞時，由相鄰總線(4)把該節(jié)點(diǎn)(1)封閉，另組環(huán)路；按圖4，當(dāng)總線(4)上[n#與(n-1)#]節(jié)點(diǎn)(1)間的總線全部損壞時，則由相鄰節(jié)點(diǎn)(1)[n#及(n-1)#]把總線(4)上該線段封閉，另組環(huán)路，保證了網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。
2、節(jié)點(diǎn)(1)與總線(4)間的接口模塊工作機(jī)理見圖5和圖6，本結(jié)構(gòu)的總線(4)除了由一對數(shù)據(jù)總線(5)及一對電源總線(6)構(gòu)成外，均各增加一對冗余數(shù)據(jù)總線(7)和冗余電源總線(8)。每個節(jié)點(diǎn)(1)的總線接口(9)均經(jīng)路由選通模塊(2)及自適應(yīng)電源模塊(3)再接入功能電路(10)。路由選通模塊(2)連接至數(shù)據(jù)總線(5)及冗余數(shù)據(jù)總線(7)，平時經(jīng)相應(yīng)開關(guān)器件(11)選通數(shù)據(jù)總線(5)運(yùn)行。當(dāng)節(jié)點(diǎn)內(nèi)的監(jiān)測電路發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)總線(5)上超過3～5秒沒有數(shù)據(jù)包出現(xiàn)時，即判斷為某一節(jié)點(diǎn)(1)或數(shù)據(jù)總線(5)有故障，此時節(jié)點(diǎn)(1)內(nèi)的中央處理器U3(15)即進(jìn)入智能路由選通程序，按快速算法查找冗余線路進(jìn)行測試通訊，把數(shù)據(jù)總線(5)由開關(guān)器件(11)切換到可用的冗余數(shù)據(jù)總線(7)，確認(rèn)正常后，重建新路由，整個過程在10秒以內(nèi)完成；電源總線(6)及冗余電源總線(8)接入自適應(yīng)電源模塊(3)，經(jīng)“或門”(12)和“與非門”(13)電路向電源穩(wěn)壓芯片U4(14)供電，自適應(yīng)電源模塊(3)能保證電源總有一路可對節(jié)點(diǎn)(1)內(nèi)的功能電路(10)供電。當(dāng)電源總線(6)或其上的其他節(jié)點(diǎn)(1)有故障(如短路)時，自適應(yīng)電源模塊(3)能把冗余電源總線(8)與故障電源總線(6)隔開，使新建立的供電總線不受故障線路的影響。
3、模擬量數(shù)據(jù)前端向存儲器發(fā)送數(shù)據(jù)的工作過程見圖6及圖7，由傳感器送來的電信號經(jīng)模擬量前端節(jié)點(diǎn)(圖6)上的模擬量輸入接口(19)送入模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片U5(16)，把模擬量的變化轉(zhuǎn)換為十位數(shù)字信號(電路精度可達(dá)1/1024)，再送入中央處理器U3(15)進(jìn)行處理。該信號如是突發(fā)(有變化量)的數(shù)據(jù)，則立即對照存儲芯片U2(17)的預(yù)存參數(shù)按幀結(jié)構(gòu)組成數(shù)據(jù)包；如是周期性發(fā)送的數(shù)據(jù)，若無新的變化量，則發(fā)送前幀數(shù)據(jù)包。中央處理器U3(15)經(jīng)總線接口芯片U1(18)探測總線閑忙狀態(tài)，待到總線有空閑，立即把數(shù)據(jù)包從總線接口(9)發(fā)送入網(wǎng)絡(luò)總線(4)。此時，總線(4)上的各節(jié)點(diǎn)(1)均處于監(jiān)聽狀態(tài)，當(dāng)此數(shù)據(jù)包的前三個字節(jié)所指向的節(jié)點(diǎn)(1)(如存儲器節(jié)點(diǎn))收到“ID0”及“SN0”碼與自己身份相符時，假如內(nèi)存空閑，即在字節(jié)“AC”時刻保持靜默，(否則，發(fā)“拒絕接收”碼)，則數(shù)據(jù)前端節(jié)點(diǎn)繼續(xù)發(fā)送后續(xù)碼直至結(jié)束。存儲器節(jié)點(diǎn)(圖7)由總線接口(8)經(jīng)總線接口芯片U1(18)接收到總線(4)傳來的數(shù)據(jù)包時，中央處理器U3(15)根據(jù)數(shù)據(jù)類型由存儲芯片U2(17)取出預(yù)存參數(shù)，按預(yù)存程序進(jìn)行整理，分類分區(qū)，加入時間標(biāo)志等過程，以規(guī)定格式存入海量存儲器U6(20)或U7(21)。至此，即完成了一次數(shù)據(jù)傳輸及存儲過程。該過程不須任何主機(jī)參與，一切運(yùn)行均遵循通訊協(xié)議及按預(yù)存程序自動進(jìn)行，耗時極短，并由校驗(yàn)碼“CRC”2個字節(jié)進(jìn)行傳輸校驗(yàn)，如出錯可要求重發(fā)，以達(dá)到高效準(zhǔn)確。
4、PC機(jī)模塊向存儲器讀數(shù)據(jù)工作過程的機(jī)理見圖7及圖8，當(dāng)需要向存儲器提取數(shù)據(jù)時，PC機(jī)的串行接口與PC機(jī)模塊節(jié)點(diǎn)(見圖8)的PC串行接口(22)聯(lián)接，由串行接口芯片U10(23)進(jìn)行接口電平轉(zhuǎn)換(如有其他型式的信號，也可直接由TTL串行接口(24)送入)，由微處理器U11(25)進(jìn)行預(yù)處理。當(dāng)總線接口芯片U1(18)探測到總線空閑時，中央處理器U3(15)即根據(jù)存儲芯片U2(17)的預(yù)存參數(shù)據(jù)把該指令打成的數(shù)據(jù)包，經(jīng)總線接口芯片U1(18)發(fā)往總線(4)。總線(4)上如有多個存儲器時，當(dāng)接收到第三字節(jié)“SN0”身份碼時，只有符合該身份碼指向的存儲器節(jié)點(diǎn)(見圖7)進(jìn)入工作狀態(tài)，如內(nèi)存空閑，即在“AC”字節(jié)時刻示閑，后續(xù)數(shù)據(jù)經(jīng)總線接口芯片U1(18)直接送給中央處理器U3(15)處理，按存儲芯片U2(17)的預(yù)存參數(shù)據(jù)，根據(jù)相應(yīng)指令從海量存儲器U6(20)或U7(21)調(diào)出相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行幀格式化，加入發(fā)送地址“ID0”及“SN0”緩存于內(nèi)存芯片U8(26)中[U9(39)為U8的地址鎖存芯片]，當(dāng)總線空閑時，即經(jīng)總線接口芯片U1(18)發(fā)送入系統(tǒng)總線(4)，由指定的相應(yīng)節(jié)點(diǎn)(1)接收。該批數(shù)據(jù)量如較大，可分為若干包，分開間歇發(fā)送。在間歇期間，如有其他節(jié)點(diǎn)向本存儲器節(jié)點(diǎn)(圖7)發(fā)送數(shù)據(jù)，可及時接收下來進(jìn)行存儲，完后再續(xù)送出后續(xù)數(shù)據(jù)包，這樣，可保證系統(tǒng)總線有一定空閑間歇，不影響其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送和及時存儲。傳出的數(shù)據(jù)既可指定某節(jié)點(diǎn)(1)接收(如打印機(jī)節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)再現(xiàn)節(jié)點(diǎn)，語音回放節(jié)點(diǎn)等)，也可回傳給PC模塊節(jié)點(diǎn)(圖8)，由中央處理器U3(15)接收后交給微處理器U11(25)處理，再經(jīng)串行接口芯片U10(23)經(jīng)PC串行接口(22)送給PC機(jī)的串口接收，并在PC機(jī)顯示器上進(jìn)行較完整的顯示。
5、電源模塊智能供電工作過程見圖9，每個電源供給模塊(圖9)均有三種電源輸入方式，即AC220V(30)、DC24V(31)及自備BATT24V(32)。所有三種電源最終均轉(zhuǎn)為DC18～36V范圍內(nèi)經(jīng)電源轉(zhuǎn)換模塊(33)輸出至DC/DC電壓變換模塊(34)。平時為AC(30)供電，中央處理器U3(15)負(fù)責(zé)對各電源模塊(27、28、29)的工作狀況進(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)AC(30)供電變動超出預(yù)定值時，即切斷AC(30)供電，迅速由船用應(yīng)急電源DC應(yīng)急電源模塊(28)提供，同時啟動告警裝置(36)，閃動LED(37)；如DC(31)電源亦超限，不宜使用時，則迅速轉(zhuǎn)入BATT自備電源模塊(29)供電，并開始計(jì)時，超過預(yù)定時間(如2小時)時中央處理器U3(15)即經(jīng)總線接口芯片U1(18)由總線接口(9)向總線(4)的各節(jié)點(diǎn)(1)送出終止碼，并切斷電源轉(zhuǎn)換模塊(33)向DC/DC電壓變換模塊(34)的輸出，停止一切記錄，假如在2小時內(nèi)AC(30)或DC(31)恢復(fù)供電，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)供電狀態(tài)，停止“2小時”計(jì)時，以上狀態(tài)轉(zhuǎn)換均經(jīng)總線(4)向存儲器節(jié)點(diǎn)(圖7)發(fā)送，由其記錄存儲；在各種電源供給轉(zhuǎn)換期間均有備電預(yù)供，不致造成供電中斷；DC/DC電壓變換模塊(34)的輸出經(jīng)電源切換模塊(35)提供給常規(guī)電源總線(6)，如總線(4)供電電壓超出許可值時，即停止對外供電，并予記錄，數(shù)秒后進(jìn)行二次供電，如故障仍然存在，則電源切換模塊(33)立即切換至冗余電源總線(11)供電，各節(jié)點(diǎn)(1)的自適應(yīng)供電模塊(3)亦自動轉(zhuǎn)入新供電線路，系統(tǒng)重新自檢后啟動運(yùn)行；系統(tǒng)總線(4)可接入多個電源模塊(圖9)，當(dāng)正在工作的電源模塊(圖9)出現(xiàn)故障引起總線(4)電壓下跌時，其他電源模塊(圖9)立即按照上述二次供電進(jìn)程投入運(yùn)行，以持續(xù)向總線(4)供電，充電模塊(38)負(fù)責(zé)對BATT自備電源模塊(29)進(jìn)行充電。
其他型式的功能模塊，工作機(jī)理亦類似上述幾種類型，不再詳述。當(dāng)增加數(shù)據(jù)記錄項(xiàng)目時，只需把數(shù)據(jù)前端節(jié)點(diǎn)(1)并入系統(tǒng)總線(4)，立即可投入運(yùn)行。
權(quán)利要求1.本實(shí)用新型無主機(jī)分布式網(wǎng)絡(luò)總線結(jié)構(gòu)船載航行數(shù)據(jù)記錄裝置，其特征是功能模塊以節(jié)點(diǎn)(1)方式組成無主機(jī)的分布式網(wǎng)絡(luò)總線結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)前端、存儲器、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管器、外設(shè)裝備、和電源供給器等均經(jīng)路由選通模塊(2)及自適應(yīng)電源模塊(3)以分布式多節(jié)點(diǎn)方式與總線(4)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無主機(jī)分布式網(wǎng)絡(luò)總線結(jié)構(gòu)船載航行數(shù)據(jù)記錄裝置，其特征是總線(4)的節(jié)點(diǎn)(1)可同時接入帶浮力背心的易脫扣便攜式存儲器、防火式存儲器、深水式存儲器、自動脫離漂浮存儲器、和帶無線信標(biāo)存儲器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無主機(jī)分布式網(wǎng)絡(luò)總線結(jié)構(gòu)船載航行數(shù)據(jù)記錄裝置，其特征是總線(4)內(nèi)設(shè)有一對冗余數(shù)據(jù)總線(7)和一對冗余電源總線(8)，每個節(jié)點(diǎn)(1)的總線接口(9)經(jīng)路由選通模塊(2)及自適應(yīng)電源模塊(3)再接入功能電路(10)，節(jié)點(diǎn)(1)與數(shù)據(jù)總線(5)及冗余數(shù)據(jù)總線(7)的連接通過路由選通模塊(2)，節(jié)點(diǎn)(1)與電源總線(6)及冗余電源總線(8)的連接通過自適應(yīng)電源模塊(3)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種可靈活擴(kuò)展的船載航行數(shù)據(jù)記錄裝置，特別是無主機(jī)分布式網(wǎng)絡(luò)總線結(jié)構(gòu)船載般行數(shù)據(jù)記錄裝置。本實(shí)用新型的任務(wù)是這樣完成的，采用各種功能模塊以節(jié)點(diǎn)方式組成無主機(jī)的分布式網(wǎng)絡(luò)總線結(jié)構(gòu)，各種數(shù)據(jù)前端、存儲器、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管器、外設(shè)裝置和電源供給器等均經(jīng)路由選通模塊和自適應(yīng)電源模塊與總線連接。總線為熱冗余設(shè)置，既可按網(wǎng)絡(luò)總線式連接，也可組成環(huán)網(wǎng)，均按預(yù)定通訊協(xié)議運(yùn)行。
文檔編號B63B49/00GK2529821SQ01264899
公開日2003年1月8日 申請日期2001年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月12日
發(fā)明者曾紀(jì)栓, 洪健 申請人:曾紀(jì)栓