單片機(jī)技術(shù)在鍋爐訓(xùn)練模擬系統(tǒng)中的應(yīng)用

王 龍

(海軍士官學(xué)校二系，安徽 蚌埠 233012)

0 前言

某型輔助鍋爐廣泛應(yīng)用于各種艦船上，掌握該型輔助鍋爐的結(jié)構(gòu)及工作原理、熟練掌握其操作使用、維護(hù)保養(yǎng)方法是鍋爐管理人員所必備的能力。為了增強(qiáng)培訓(xùn)效果、提高培訓(xùn)質(zhì)量，研制開發(fā)“某型船舶輔助鍋爐訓(xùn)練模擬系統(tǒng)”。該訓(xùn)練模擬系統(tǒng)分為硬件部分和軟件部分。

硬件部分包括一臺(tái)模擬計(jì)算機(jī)、兩塊液晶顯示器、一臺(tái)帶模擬操作面板的操作柜等等。其中操作面板和模擬計(jì)算機(jī)是核心部件，兩者的通信通過單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。操作面板上布置有指示燈、報(bào)警蜂鳴器、操作按鈕、操作旋鈕等，與該型船用輔助鍋爐的按鈕數(shù)目和功能相同。具體見圖1～3所示。

軟件部分為三維虛擬設(shè)計(jì)，在此不再贅述。

1 實(shí)現(xiàn)功能

模擬操作面板上指示燈、按鈕、旋鈕通過單片技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，其實(shí)現(xiàn)的功能如下所示：

1) 控制箱內(nèi)電源接通后，“電源”指示燈亮。

2) “啟動(dòng)/復(fù)位”按鈕：在啟動(dòng)鍋爐之前，第一次按下“啟動(dòng)/復(fù)位”按鈕是執(zhí)行復(fù)位功能，執(zhí)行復(fù)位功能后，聲光報(bào)警系統(tǒng)恢復(fù)到初始狀態(tài)；再一次按下“啟動(dòng)/復(fù)位”按鈕才執(zhí)行啟動(dòng)功能，此時(shí)“燃燒器控制”、“水泵Ⅰ控制”、“水泵Ⅱ控制”才接通電源，處于等待狀態(tài)。

3) “停止”按鈕：此按鈕按下后，強(qiáng)行停止工作！“燃燒器控制”、“水泵Ⅰ控制”、“水泵Ⅱ控制”斷電。

4) “報(bào)警測試”按鈕：此按鈕按下后，聲光報(bào)警。具體為：“報(bào)警器”喇叭發(fā)出報(bào)警聲；“高水位”指示燈、“低水位”指示燈、“過低水位”指示燈、“蒸汽壓力高”指示燈、“空氣壓力低”指示燈、“火焰故障”指示燈等6個(gè)紅色指示燈閃爍。

圖2 按鈕布置圖

圖3 旋鈕布置圖

5) “消音”按鈕：按下此按鈕，“報(bào)警器”喇叭停止發(fā)出報(bào)警聲。

6) “燃燒器控制”旋鈕：總體分三個(gè)工作狀態(tài)“自動(dòng)”、“停止”、“手動(dòng)”。

◆ 處于“自動(dòng)”狀態(tài)時(shí)：“風(fēng)機(jī)”指示燈和“自動(dòng)運(yùn)行”指示燈亮，演示風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)畫，而且“高水位”指示燈、“正常水位”指示燈、“低水位”指示燈、“過低水位”指示燈根據(jù)水位情況相應(yīng)的指示燈亮，在虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)中，演示鍋爐水位的相應(yīng)情況。如果水位異常，則需要排除故障，如果水位正常，則鍋爐自動(dòng)掃氣30 s。然后“噴嘴1”指示燈亮，進(jìn)入點(diǎn)火狀態(tài)，點(diǎn)火時(shí)間不超過6 s，火點(diǎn)著后，進(jìn)行1 min的小火燃燒，演示鍋爐的小火燃燒動(dòng)畫，然后再進(jìn)入大火燃燒，演示鍋爐的大火燃燒動(dòng)畫，此時(shí)“噴嘴1”指示燈和“噴嘴2”指示燈都亮。如果點(diǎn)火時(shí)間超過6 s未點(diǎn)著火，則進(jìn)行聲光報(bào)警，“火焰故障”指示燈亮，“報(bào)警器”喇叭報(bào)警，直到人工干預(yù)。

◆ 處于“停止”狀態(tài)時(shí)，燃燒器處于停止?fàn)顟B(tài)，停止噴油燃燒。

◆ 在“手動(dòng)”狀態(tài)時(shí)，“自動(dòng)運(yùn)行”指示燈不亮。“手動(dòng)”狀態(tài)有四個(gè)檔位，旋鈕處于任何一個(gè)檔位，“風(fēng)機(jī)”指示燈都亮，演示風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)畫。處于“掃氣”檔位時(shí)，進(jìn)行掃風(fēng)，掃風(fēng)時(shí)間超過30 s后，旋鈕旋至“點(diǎn)火”，鍋爐進(jìn)行點(diǎn)火，“噴嘴1”指示燈亮，點(diǎn)火時(shí)間超過6 s后，立即將旋鈕旋至“掃氣”，再進(jìn)行30 s掃氣，然后再重新點(diǎn)火，在該過程中，無聲光報(bào)警。如果6 s內(nèi)，點(diǎn)火成功，則旋鈕旋至“小火”，演示鍋爐的小火燃燒動(dòng)畫，在小火狀態(tài)燃燒1 min，而后，旋鈕旋至“大火”，此時(shí)，“噴嘴1”指示燈和“噴嘴2”指示燈都亮，進(jìn)行大火燃燒，演示鍋爐的大火燃燒動(dòng)畫。

7) “水泵Ⅰ控制”旋鈕和“水泵Ⅱ控制”旋鈕作用如下：

◆ 當(dāng)水泵Ⅰ運(yùn)轉(zhuǎn)供水時(shí)，“水泵Ⅰ”指示燈亮，演示水泵Ⅰ向鍋爐供水動(dòng)畫；當(dāng)水泵Ⅱ運(yùn)轉(zhuǎn)供水時(shí)，“水泵Ⅱ”指示燈亮，演示水泵Ⅱ向鍋爐供水動(dòng)畫。

◆ 處于“備用”檔位時(shí)，相應(yīng)的水泵為備用泵，當(dāng)備用啟動(dòng)供水時(shí)，“備用泵起動(dòng)”指示燈亮，演示備用啟動(dòng)供水動(dòng)畫；

◆ 處于“自動(dòng)”檔位時(shí)，水泵根據(jù)水位自動(dòng)供水，同時(shí)演示水泵供水的動(dòng)畫；

◆處于“手動(dòng)”檔位時(shí)，水泵立即向鍋爐供水，同時(shí)演示水泵供水的動(dòng)畫。

2 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.1 線路連接

在該模擬器硬件設(shè)計(jì)中，關(guān)鍵部分是控制面板的按鈕、旋鈕、指示燈等各元件與電腦的通信設(shè)計(jì)。在控制柜中的按鈕及其布置如圖1～3所示。控制面板各元件通過單片機(jī)RS232通信協(xié)議進(jìn)行。單片機(jī)控制原理(部分)如圖4所示。

2.2 單片機(jī)RS232通信協(xié)議

1) 通信方式：異步通信；波特率：2400；奇偶校驗(yàn)：無。

圖4 單片機(jī)控制原理圖

2) 下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)發(fā)送格式：

第一個(gè)字節(jié)第二個(gè)字節(jié)第三個(gè)字節(jié)第四個(gè)字節(jié)

第一個(gè)字節(jié)的0位固定為“1”，作為數(shù)據(jù)發(fā)送起始位，第四個(gè)字節(jié)為校驗(yàn)位，固定值為“0x20”，如校驗(yàn)失敗，上位機(jī)發(fā)送字節(jié)“0x77”，下位機(jī)將重發(fā)數(shù)據(jù)。1-3字節(jié)的每位定義見表1。

表1 下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的第1～3字節(jié)定義

3) 下位機(jī)接受數(shù)據(jù)

接受數(shù)據(jù)格式：

第一個(gè)字節(jié)第二個(gè)字節(jié)第三個(gè)字節(jié)第四個(gè)字節(jié)

第一個(gè)字節(jié)的0位固定為“1” 作為數(shù)據(jù)接受起始位，第二、三字節(jié)的“0”位固定為“0”。第四個(gè)字節(jié)為校驗(yàn)位，固定值為“0x20”，如校驗(yàn)失敗，下位機(jī)發(fā)送字節(jié)“0x77”，向上位機(jī)申請(qǐng)重發(fā)數(shù)據(jù)。1-3字節(jié)的每位定義見表2。

表2 下位機(jī)接收數(shù)據(jù)的第1～3字節(jié)定義

3 結(jié)束語

利用單片機(jī)技術(shù)開發(fā)出“某型船舶輔助鍋爐訓(xùn)練模擬系統(tǒng)”的操作控制面板，使得該操作控制面板功能與船舶實(shí)際使用的裝備的功能完全一致，從而在技能訓(xùn)練中貼近實(shí)裝，大大提高實(shí)訓(xùn)效果、勝任崗位要求。