徐昊君，張澤宇

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小型船舶操控面板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

徐昊君1，張澤宇2

（1. 湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢 430200 ；2.武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，武漢 430064）

本文介紹了一套小型游船操控面板的設(shè)計(jì)。本文操控面板的MCU采用STM32系列微控制器，通過合理的接口設(shè)計(jì)和功能調(diào)配，并采用數(shù)碼管作為信息顯示機(jī)制，相對(duì)于普通按鍵的面板具有結(jié)構(gòu)緊湊、可批量生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)性好、智能化程度高的優(yōu)點(diǎn)。

操控面板 STM32 ZLG7290

0 引言

隨著社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，船舶逐漸向綠色船舶、智能船舶的方向發(fā)展，電力推進(jìn)技術(shù)逐漸凸顯其優(yōu)越性，小型船舶上電力推進(jìn)系統(tǒng)使用日益廣泛。小型船舶的操控面板作為與操作人員交互最直接的可視化設(shè)備，逐漸向著智能化、小型化的方向發(fā)展。本文設(shè)計(jì)的針對(duì)小型船舶的操控面板，具有可靠性高、體積小巧、經(jīng)濟(jì)性好的特點(diǎn)。

1 小型船舶操控面板系統(tǒng)設(shè)計(jì)

小型船舶設(shè)備容量小，設(shè)備相對(duì)簡化，因此整個(gè)推進(jìn)操控系統(tǒng)需求盡量簡單，方便船員的操作。其操控面板需滿足小型游船的需要，同時(shí)也要盡量保證操控簡單。其主要包含以下幾個(gè)部件：

1）MCU模塊，可對(duì)整個(gè)操控面板系統(tǒng)進(jìn)行處理；

2）電源，保證整個(gè)系統(tǒng)的正常供電；

3）按鍵，可對(duì)系統(tǒng)及設(shè)別進(jìn)行操作控制；

4）指示燈，可指示系統(tǒng)及設(shè)備的狀態(tài)；

5）數(shù)碼管，顯示轉(zhuǎn)速等相關(guān)信息；

根據(jù)以上功能的需要，小型游船操控面板的設(shè)計(jì)可以如圖1分為幾個(gè)模塊：MCU模塊、電源模塊、按鍵模塊、指示燈模塊、數(shù)碼管模塊。

本文將分模塊介紹小型船舶操控面板的硬件設(shè)計(jì)，并對(duì)各模塊進(jìn)行相關(guān)的說明。

2小型船舶操控面板的硬件設(shè)計(jì)

2.1 MCU模塊

小型船舶操控面板由于信號(hào)量種類多，信號(hào)量數(shù)目較多，同時(shí)考慮到小型游船成本造價(jià)等方面的問題，本文采用STM32系列微控制器作為本文的MCU模塊，STM32系列微控制器，作為基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的代表性產(chǎn)品，其具有豐富的外設(shè)，能支持?jǐn)?shù)字量輸入輸出和模擬量輸入輸出，并可支持多種通訊方式，成本低廉且在工業(yè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用[1]。

2.2電源模塊

本文采用金升陽的隔離電源模塊，該電源模塊隔離電壓高，輸入電壓范圍寬，具有可持續(xù)短路保護(hù)、輸出過壓保護(hù)和自恢復(fù)功能，可靠性高，經(jīng)濟(jì)性好。同時(shí)本文在加入了去耦電容和穩(wěn)壓電容，可保證電源輸出的穩(wěn)定，有效減小紋波。

2.3按鍵模塊

當(dāng)MCU的I/O端口配置為輸入端口時(shí)，為保證其輸入的可靠性，會(huì)禁止其輸出緩沖器，同時(shí)在軟件中可設(shè)置輸入端口的上拉或下拉型式，該GPIO端口具有大電流通過能力[2]。

按鍵模塊采用短程按鍵，其具有輕快的接觸感和高壽命，并可安裝按鍵帽，配合薄膜面板使用，當(dāng)操作人員操作按鍵模塊后，MCU根據(jù)收集到的信息進(jìn)行分析判斷，執(zhí)行相關(guān)的操作。

2.4指示燈模塊

當(dāng)MCU的I/O端口配置為輸出端口時(shí)，根據(jù)其輸出模式可在軟件中配置為開漏輸出模式或推挽輸出的模式，為保證其輸出的可靠性，一般在其輸出端口需增加鎖存器或采用電平保持芯片保證其輸出的穩(wěn)定。

指示燈采用發(fā)光二級(jí)管，通過ULN2803芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，ULN2803單通道輸出電流大，可有效增強(qiáng)輸出能力。

2.5數(shù)碼管模塊

本文采用ZLG7290作為數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)芯片。ZLG7290的生產(chǎn)廠家為廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司，這款芯片適用于數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)方面。能對(duì)8位共陰式數(shù)碼管（或64 只獨(dú)立的LED）進(jìn)行直接驅(qū)動(dòng)，但不可用于共陽極數(shù)碼管。其通訊采用目前工業(yè)上廣泛應(yīng)用的I2C總線的通訊方式，I2C總線通訊方式具有ACK應(yīng)答機(jī)制，僅需要兩根信號(hào)線即可實(shí)現(xiàn)通訊，具有很好的抗干擾能力，在工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域中有大量的使用業(yè)績[3]。

3操控面板實(shí)物圖

圖9為操縱面板實(shí)物，目前已在某型全電動(dòng)游船上使用，滿足所需求的功能指標(biāo)參數(shù)，在未來作為一種低成本、可批量化的操控面板，具有很好的適用性。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了一種適用于電力推進(jìn)小型船舶的操控面板，其能夠滿足小型船舶操作顯示的需要，具有很好的適用性，可批量化制造且成本低廉，是一種可靠性高、智能化、小型化的操控面板。

[1] 劉波文. ARM Cortex-M3應(yīng)用開發(fā)實(shí)例詳解[M]. 北京:電子工業(yè)出版社, 2011，(02):3-5.

[2] ST. STM32F101xx, STM32F102xx, STM32F103xx, STM32F105xxand STM32F107xx advanced ARM-based 32-bit MCUsReference manual. 2011.

[3] 稻葉保. 模擬技術(shù)應(yīng)用技巧101例[M]. 北京:科學(xué)出版社, 2012,(01):38-39.

Design and Implementation of Operation Panel of A Small Ship

Xu Haojun1, Zhang Zeyu2

(1.Hubei Ecology Vocational College, Wuhan 430200,China；2. Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion , Wuhan 430064, China)

This paper presents the design of the operation panel of a small ship, which uses STM32 series Micro-controller as the MCU, through the reasonable interface design and the function with the tube nixie as the information display. The operation panel has the advantage of the compact structure, easier mass production by machine, high cost-performance and high intelligence.

operation panel; STM32; ZLG7290

TP274

A

1003-4862（2016）03-0078-03

2016-03-09

徐昊君（1983-），女，講師。研究方向：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)。