船舶車鐘Proteus軟件仿真研究

章國華

（武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院 ， 武漢 430050 ）

船舶車鐘Proteus軟件仿真研究

章國華

（武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院 ， 武漢 430050 ）

以Proteus仿真軟件為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，提出了船舶車鐘用Keil C軟件設(shè)計(jì)的方法，一種基于RS485通訊技術(shù)的船舶應(yīng)急車鐘系統(tǒng)，包括發(fā)送器和接收器，該發(fā)送器與接收器之間通過RS485異步串行接口相互連接。通過設(shè)計(jì)驗(yàn)證船舶車鐘軟件相關(guān)功能，發(fā)現(xiàn)軟件設(shè)計(jì)中不同步等相關(guān)問題，從而提出了改進(jìn)的方法。

車鐘口令 Proteus軟件 單片機(jī)

0 引言

船舶車鐘是船舶行駛過程中必不可少的設(shè)備，直接關(guān)系到船舶的安全行駛。船舶車鐘是駕駛臺與機(jī)艙聯(lián)系用車的一種最重要的手段。目前船舶車鐘一般來說有微速進(jìn)、前進(jìn)一、前進(jìn)二、前進(jìn)三、前進(jìn)四、停車、微速退、后退一、后退二、后退三共十種車鐘。如果駕駛臺想用前進(jìn)二，就把車鐘推到前進(jìn)二位置向機(jī)艙發(fā)出用車指令，機(jī)艙下面就會聽到鈴聲，輪機(jī)員把車鐘推到同樣的位置鈴聲才會停止(駕駛臺和機(jī)艙的車鐘鈴聲是同時(shí)響同時(shí)停)，機(jī)艙立即執(zhí)行用車指令，把主機(jī)開到前進(jìn)二。當(dāng)駕駛員下達(dá)某一命令后，機(jī)倉操作員必須按此命令執(zhí)行操作。它的操作可靠性是至關(guān)重要的。船舶車鐘也經(jīng)歷了從機(jī)械到電子的發(fā)展變化，用微處理器來設(shè)計(jì)船舶車鐘[1]，不但能減少體積，而且在可靠性上有很大的提高。本設(shè)計(jì)從核心控制入手，介紹發(fā)送和接收的通信軟件設(shè)計(jì)。外圍功能擴(kuò)展設(shè)計(jì)已有相關(guān)論述[2-3]。

Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部分組合在一起。

1 船舶車鐘設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

采用微處理器的船舶傳令車鐘 主要功能特點(diǎn)是全部電子化設(shè)計(jì)，無機(jī)械磨損，質(zhì)量可靠、壽命長。獨(dú)特的編碼和譯碼技術(shù)，確保了發(fā)令和回令信號的準(zhǔn)確譯碼，容錯(cuò)率高、抗干擾能力強(qiáng)。采用RS-485計(jì)算機(jī)的串口通訊方案。駕駛室主控發(fā)令單元和機(jī)艙回令單元之間采用一對雙絞線連接電纜僅需2芯，走向和長短不限，比老式車鐘節(jié)省電纜。

船舶車鐘采用RS-485總線，在傳送距離和抗干擾性上都能滿足設(shè)計(jì)要求。RS-485總線，在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)，采用 RS-485串行總線標(biāo)準(zhǔn)。由于RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測低至 200 mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復(fù)。 485最大傳輸距離約為 1219 m，最大傳輸速率為 10 Mbps。船舶車鐘為了實(shí)現(xiàn)上述功能進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，會遇到以下幾個(gè)困難。首先是如何實(shí)現(xiàn)船舶車鐘各檔位傳輸和顯示編碼和譯碼。發(fā)令信號發(fā)光二極管和回令信號發(fā)光二極管分別點(diǎn)亮，在沒有其它操作時(shí)不能消失。由于編碼不當(dāng)，回令信號發(fā)光二極管點(diǎn)亮剛不久便滅了，不能有效實(shí)現(xiàn)其功能。最主要的問題是RS485通信，也是由于編碼不當(dāng)，要么不能啟動，要么不能同步，用示波器觀察，信號極不穩(wěn)定。本設(shè)計(jì)通過有效的代碼設(shè)計(jì)和精心調(diào)試，設(shè)計(jì)出工作穩(wěn)定的系統(tǒng)軟件。

2 船舶車鐘軟件實(shí)現(xiàn)方法

2.1 在proteusl軟件上設(shè)計(jì)硬件電路

選擇AT89C52微處理器芯片2片，發(fā)光二極管22只，RS485芯片2片及其它電路元件，增加仿真示波器，如圖1所示。上圖是啟動后按發(fā)送器后的效果，為了美觀和節(jié)省空間將中間的公共接地畫在了一起，下面是仿真示波器和RS485，發(fā)送器和接收器之間只有兩根線連接。為了驗(yàn)證運(yùn)行的穩(wěn)定，用示波器觀察效果如下：

最后，經(jīng)過不斷的調(diào)試和修改，形成了穩(wěn)定的應(yīng)用軟件。

2.2 算法設(shè)計(jì)

船舶車鐘的控制代碼不是深不可測的，前面已經(jīng)展示了軟件運(yùn)行的效果，在這里由于篇幅限制只提供一部分代碼，可以看出其效率。

發(fā)送器主程序：

3 結(jié)論

本文從proteus軟件和Kei C軟件應(yīng)用角度出發(fā)，介紹了proteus軟件和Kei C軟件在PC的Windows環(huán)境下船舶車鐘的發(fā)送和接收控制代碼的設(shè)計(jì)方法，通過軟件調(diào)試解決了代碼的穩(wěn)定問題，在仿真環(huán)境下用示波器測試了運(yùn)行的穩(wěn)定性。

[1] 陳小米, 張 浩. 基于ARM 的艦船車鐘記錄儀設(shè)計(jì)[J]. 船電技術(shù), 2012.

[2] 張洪明, 胡宗超 .微計(jì)算機(jī)在船舶車鐘上的應(yīng)用[J].天津航海, 1990.

[3] 孫秀強(qiáng), 宋延民. 單片機(jī)在通用船舶車鐘自動記錄儀中的應(yīng)用[J]. 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)學(xué)報(bào), 2001.

Simulation of Ship’s Bell Design Based on Proteus Software

Zhang Guohua
(Wuhan Institute of Shipbuilding Technology , Wuhan 430050, China)

Based on the design of proteus simulation software, the paper puts forward a Keil C software design method of ship's bell , which is a ship's emergency telegraph system based on RS485 communication technology between the transmitter and receiver via RS485 asynchronous serial interface connected to each other. By the design verification to related functions of the ship telegraph software, the paper presents the improvement methods to the related problems found in the design of the software, such as no synchronization etc.

engine orders; Proteus software；MCU

TM773

A

1003-4862（2014）03-0029-04

2013-10-17

章國華(1964-),男，講師。研究方向：機(jī)電一體化技術(shù)教學(xué)與研究。