專利名稱：無主機分布式網絡總線結構船載航行數據記錄裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種可靈活擴展的船載航行數據記錄裝置，特別是無主機分布式網絡總線結構船載般行數據記錄裝置。
船舶在航行中各部分的運行狀態(tài)正常與否，關系到船舶的航行安全。把這些運行狀態(tài)用各種傳感元件轉換成電信號再加以數字化處理后進行整理儲存或即時再現，日常有助于提高航行技術、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)生前一段時間的運行狀態(tài)及操作數據進行再現，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據記錄裝置采用的是有主機集中式記錄型式，即各傳感器前端經專線集中連接至記錄主機進行數據整理記錄，這種方式明顯的弱點為由于記錄裝置為專線集中式，且呈一一對應關系，當需要增加新的記錄項目時，原機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、電源出現故障或癱瘓時(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，重則全部停止運行甚至刪改毀壞原記錄(當采用自帶鋰電池的存儲芯片，如故障時片選有效，即會刪改或寫入錯誤數據)。故此方式已不適應船載數據記錄的要求。
本實用新型的目的是設計出一種適用于船載航行數據記錄的無主機分布式網絡總線結構船載航行數據記錄裝置。
本實用新型的任務是這樣完成的，采用各種功能模塊以節(jié)點方式組成無主機的分布式網絡總線結構，各種數據前端、存儲器、網絡監(jiān)管器、外設裝置和電源供給器等均經路由選通模塊和自適應電源模塊與總線連接?？偩€為熱冗余設置，既可按網絡總線式連接，也可組成環(huán)網，均按預定通訊協(xié)議運行。本實用新型的設計特點和優(yōu)點是1、各種型式數據前端對傳感信息處理后，打成數據包，按協(xié)議送入總線。當需要增加新的記錄項目時，只需另行制作數據前端，作為節(jié)點并入總線，不存在一一對應、前后順序、空間位置或接入數量的限制。整個結構為無主機運行方式，不會因主機故障而導致所有記錄功能喪失。
2、存儲器(最終記錄介質)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、帶無線信標式等多種類型，可同時配置，不受數量限制。各存儲器基于通訊協(xié)議自動同步記錄。當發(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據再現，大大提高本記錄裝置的實用價值。
3、電源供給裝置可多點設置，智能供電，極大提高網絡運行的不間斷性。
4、整個網絡可接成網絡總線式或內外環(huán)網方式，均為熱冗余總線設置。每個節(jié)點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絡。
綜前所述，對于船載航行數據記錄裝置的特殊環(huán)境條件及性能要求，本實用新型可體現出其優(yōu)越性及先進性。
圖1為本實用新型網絡總線結構示意圖圖2為本實用新型內外環(huán)網總線結構示意圖圖3為本實用新型內外環(huán)網總線結構節(jié)點故障示意圖圖4為本實用新型內外環(huán)網總線結構線段故障封閉示意圖圖5為本實用新型節(jié)點總線接口模塊示意圖圖6為本實用新型模擬量數據節(jié)點電原理圖圖7為本實用新型存儲器節(jié)點電原理圖圖8為本實用新型PC機模塊節(jié)點原理圖圖9為本實用新型電源模塊電原理圖
以下結合附圖對本實用新型的結構及某些典型工作機理作進一步描述。
根據
圖1至圖9所述的本實用新型的結構和工作機理為1、網絡結構整個網絡結構可有如下兩種結構型式，即網絡總線結構及內外環(huán)網總線結構。
圖1為網絡總線結構示意圖。各模塊節(jié)點(1)呈分布式接入網絡總線(4)。圖2為內外環(huán)網總線結構示意圖，各模塊節(jié)點(1)[1～n#]也呈分布式接入具有內、外環(huán)的網絡總線(4)。其工作機理除了按后述第2點進行總線冗余切換外，還可進行如下路由選通如按圖3，當節(jié)點(1)[2#]損壞時，由相鄰總線(4)把該節(jié)點(1)封閉，另組環(huán)路；按圖4，當總線(4)上[n#與(n-1)#]節(jié)點(1)間的總線全部損壞時，則由相鄰節(jié)點(1)[n#及(n-1)#]把總線(4)上該線段封閉，另組環(huán)路，保證了網絡的正常運行。
2、節(jié)點(1)與總線(4)間的接口模塊工作機理見圖5和圖6，本結構的總線(4)除了由一對數據總線(5)及一對電源總線(6)構成外，均各增加一對冗余數據總線(7)和冗余電源總線(8)。每個節(jié)點(1)的總線接口(9)均經路由選通模塊(2)及自適應電源模塊(3)再接入功能電路(10)。路由選通模塊(2)連接至數據總線(5)及冗余數據總線(7)，平時經相應開關器件(11)選通數據總線(5)運行。當節(jié)點內的監(jiān)測電路發(fā)現數據總線(5)上超過3～5秒沒有數據包出現時，即判斷為某一節(jié)點(1)或數據總線(5)有故障，此時節(jié)點(1)內的中央處理器U3(15)即進入智能路由選通程序，按快速算法查找冗余線路進行測試通訊，把數據總線(5)由開關器件(11)切換到可用的冗余數據總線(7)，確認正常后，重建新路由，整個過程在10秒以內完成；電源總線(6)及冗余電源總線(8)接入自適應電源模塊(3)，經“或門”(12)和“與非門”(13)電路向電源穩(wěn)壓芯片U4(14)供電，自適應電源模塊(3)能保證電源總有一路可對節(jié)點(1)內的功能電路(10)供電。當電源總線(6)或其上的其他節(jié)點(1)有故障(如短路)時，自適應電源模塊(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、模擬量數據前端向存儲器發(fā)送數據的工作過程見圖6及圖7，由傳感器送來的電信號經模擬量前端節(jié)點(圖6)上的模擬量輸入接口(19)送入模/數轉換芯片U5(16)，把模擬量的變化轉換為十位數字信號(電路精度可達1/1024)，再送入中央處理器U3(15)進行處理。該信號如是突發(fā)(有變化量)的數據，則立即對照存儲芯片U2(17)的預存參數按幀結構組成數據包；如是周期性發(fā)送的數據，若無新的變化量，則發(fā)送前幀數據包。中央處理器U3(15)經總線接口芯片U1(18)探測總線閑忙狀態(tài)，待到總線有空閑，立即把數據包從總線接口(9)發(fā)送入網絡總線(4)。此時，總線(4)上的各節(jié)點(1)均處于監(jiān)聽狀態(tài)，當此數據包的前三個字節(jié)所指向的節(jié)點(1)(如存儲器節(jié)點)收到“ID0”及“SN0”碼與自己身份相符時，假如內存空閑，即在字節(jié)“AC”時刻保持靜默，(否則，發(fā)“拒絕接收”碼)，則數據前端節(jié)點繼續(xù)發(fā)送后續(xù)碼直至結束。存儲器節(jié)點(圖7)由總線接口(8)經總線接口芯片U1(18)接收到總線(4)傳來的數據包時，中央處理器U3(15)根據數據類型由存儲芯片U2(17)取出預存參數，按預存程序進行整理，分類分區(qū)，加入時間標志等過程，以規(guī)定格式存入海量存儲器U6(20)或U7(21)。至此，即完成了一次數據傳輸及存儲過程。該過程不須任何主機參與，一切運行均遵循通訊協(xié)議及按預存程序自動進行，耗時極短，并由校驗碼“CRC”2個字節(jié)進行傳輸校驗，如出錯可要求重發(fā)，以達到高效準確。
4、PC機模塊向存儲器讀數據工作過程的機理見圖7及圖8，當需要向存儲器提取數據時，PC機的串行接口與PC機模塊節(jié)點(見圖8)的PC串行接口(22)聯接，由串行接口芯片U10(23)進行接口電平轉換(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)進行預處理。當總線接口芯片U1(18)探測到總線空閑時，中央處理器U3(15)即根據存儲芯片U2(17)的預存參數據把該指令打成的數據包，經總線接口芯片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(見圖7)進入工作狀態(tài)，如內存空閑，即在“AC”字節(jié)時刻示閑，后續(xù)數據經總線接口芯片U1(18)直接送給中央處理器U3(15)處理，按存儲芯片U2(17)的預存參數據，根據相應指令從海量存儲器U6(20)或U7(21)調出相關數據進行幀格式化，加入發(fā)送地址“ID0”及“SN0”緩存于內存芯片U8(26)中[U9(39)為U8的地址鎖存芯片]，當總線空閑時，即經總線接口芯片U1(18)發(fā)送入系統(tǒng)總線(4)，由指定的相應節(jié)點(1)接收。該批數據量如較大，可分為若干包，分開間歇發(fā)送。在間歇期間，如有其他節(jié)點向本存儲器節(jié)點(圖7)發(fā)送數據，可及時接收下來進行存儲，完后再續(xù)送出后續(xù)數據包，這樣，可保證系統(tǒng)總線有一定空閑間歇，不影響其他節(jié)點的數據發(fā)送和及時存儲。傳出的數據既可指定某節(jié)點(1)接收(如打印機節(jié)點，數據再現節(jié)點，語音回放節(jié)點等)，也可回傳給PC模塊節(jié)點(圖8)，由中央處理器U3(15)接收后交給微處理器U11(25)處理，再經串行接口芯片U10(23)經PC串行接口(22)送給PC機的串口接收，并在PC機顯示器上進行較完整的顯示。
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為DC18～36V范圍內經電源轉換模塊(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)負責對各電源模塊(27、28、29)的工作狀況進行監(jiān)測。當AC(30)供電變動超出預定值時，即切斷AC(30)供電，迅速由船用應急電源DC應急電源模塊(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，則迅速轉入BATT自備電源模塊(29)供電，并開始計時，超過預定時間(如2小時)時中央處理器U3(15)即經總線接口芯片U1(18)由總線接口(9)向總線(4)的各節(jié)點(1)送出終止碼，并切斷電源轉換模塊(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AC(30)或DC(31)恢復供電，則轉入相應供電狀態(tài)，停止“2小時”計時，以上狀態(tài)轉換均經總線(4)向存儲器節(jié)點(圖7)發(fā)送，由其記錄存儲；在各種電源供給轉換期間均有備電預供，不致造成供電中斷；DC/DC電壓變換模塊(34)的輸出經電源切換模塊(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，數秒后進行二次供電，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(1)的自適應供電模塊(3)亦自動轉入新供電線路，系統(tǒng)重新自檢后啟動運行；系統(tǒng)總線(4)可接入多個電源模塊(圖9)，當正在工作的電源模塊(圖9)出現故障引起總線(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程投入運行，以持續(xù)向總線(4)供電，充電模塊(38)負責對BATT自備電源模塊(29)進行充電。
其他型式的功能模塊，工作機理亦類似上述幾種類型，不再詳述。當增加數據記錄項目時，只需把數據前端節(jié)點(1)并入系統(tǒng)總線(4)，立即可投入運行。
權利要求1.本實用新型無主機分布式網絡總線結構船載航行數據記錄裝置，其特征是功能模塊以節(jié)點(1)方式組成無主機的分布式網絡總線結構，數據前端、存儲器、網絡監(jiān)管器、外設裝備、和電源供給器等均經路由選通模塊(2)及自適應電源模塊(3)以分布式多節(jié)點方式與總線(4)連接。
2.根據權利要求1所述的無主機分布式網絡總線結構船載航行數據記錄裝置，其特征是總線(4)的節(jié)點(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、和帶無線信標存儲器。
3.根據權利要求1或2所述的無主機分布式網絡總線結構船載航行數據記錄裝置，其特征是總線(4)內設有一對冗余數據總線(7)和一對冗余電源總線(8)，每個節(jié)點(1)的總線接口(9)經路由選通模塊(2)及自適應電源模塊(3)再接入功能電路(10)，節(jié)點(1)與數據總線(5)及冗余數據總線(7)的連接通過路由選通模塊(2)，節(jié)點(1)與電源總線(6)及冗余電源總線(8)的連接通過自適應電源模塊(3)。
專利摘要本實用新型涉及一種可靈活擴展的船載航行數據記錄裝置，特別是無主機分布式網絡總線結構船載般行數據記錄裝置。本實用新型的任務是這樣完成的，采用各種功能模塊以節(jié)點方式組成無主機的分布式網絡總線結構，各種數據前端、存儲器、網絡監(jiān)管器、外設裝置和電源供給器等均經路由選通模塊和自適應電源模塊與總線連接?？偩€為熱冗余設置，既可按網絡總線式連接，也可組成環(huán)網，均按預定通訊協(xié)議運行。
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)先權日2001年10月12日
發(fā)明者曾紀栓, 洪健 申請人:曾紀栓