专利名称：潜器全方位推进器三通道螺距检测转换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种水下潜器的信号转换装置。
背景技术：
全方位推进器是一种新型的特种推进装置，其桨叶旋转一周的过程中，通过桨叶 螺距角的周期性变化，使其不仅产生与桨轴平行的轴向推力，也能在侧向产生推力。因此， 使用全方位推进器除了可以实现普通螺旋桨推进器可以实现的功能外，还可以实现横向和 垂直方向的运动，可以省去横向和垂向的槽道推进器，大大减轻潜器重量，改善潜器结构和 布局。正因为全方位推进器是通过改变螺旋桨螺距角来产生任意方向推力的，所以对螺距 角进行准确的检测和反馈成为对全方位推进器进行控制的关键，成为亟待解决的问题之
器ο现在潜器全方位推进器的三路螺距角由绝对式光电编码器检测，以同步串行信号 形式输出。但同步串行信号存在着传送距离短、速率低、极易受到干扰的缺点，无法保证螺 距检测的准确性与可靠性。数据的远距离传输工程上通常采用CAN总线，RS-485总线等。目前应用十分广泛 的CAN总线其直接通信距离最远可达10km，最高通信速率可达1Mbps，且拥有国际通用的通 信协议。而RS-485总线虽然传输距离与传输速度方面不如CAN总线优越，但相较于CAN更 易实现，且满足本发明工作实际的传输距离要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以实现多路螺距检测信号实时、准确、可靠的传输 的潜器全方位推进器三通道螺距检测转换装置。本发明的目的是这样实现的包括信号采集单元、数据通信单元和液晶显示单元；信号采集单元的三路绝对式 光电轴角编码器检测全方位推进器三个桨叶的螺距角值并编码、然后以同步串行信号形式 输出，信号采集单元的主控芯片采集编码器输出的同步串行信号，经过数据处理后将得到 的数据通过串口送出；数据通信单元的RS-485信号驱动端将送入的串行的TTL电平信号转 换为标准RS-485差分信号送入RS-485总线进行远距离的传输，RS-485信号接收端将接收 到的差分信号转变回为TTL电平信号送入液晶显示单元的主控芯片；液晶显示单元将得到 的数据转换为螺距角值对应的ASCLL码并驱动IXD显示相应的螺距角值。本发明的特点主要体现在1、针对同步串行信号传输速率低、易受干扰、不宜远距离传输的缺点，本发明采用 了 “先转换后传输”的方案，避免外部干扰，保证螺距角信号传输的准确性。2、采用高性能8位单片机MC9S08DZ60作为螺距检测转换装置的主控芯片，满足螺 距检测转换装置功能要求，同时简化了系统结构。3、利用MC9S08DZ60集成的串行外设接口(SPI)配合数据选择器74LS153来实现同时对三路螺距检测信号进行采集和转换，在满足螺距检测转换装置多路转换、实时输出 的要求基础上，简化了系统结构同时降低对系统软件资源的占用。4、对于数据的远距离通信，采用RS-485总线标准接口，利用RS-485信号传输速度 快、传输距离远、通用性强、抗干扰能力出众等优点，实现螺距角信号的远距离可靠传输。5、在系统硬件设计上，将单片机最小系统单独设计为带有BDM接口的子板(最小 系统板)，方便了软件升级或功能变换，提高单片机的重复利用率，缩减开发成本。本发明中的螺距检测转换装置具有多路转换、实时输出、功耗低、可靠性好、寿命 长、结构简单、坚固等特点。可以配备潜器全方位推进器，保证螺距检测信号传输的准确性 和可靠性。能够实时显示螺距角值，使工作人员能够更直观的掌握螺距角的变化情况。螺 距检测转换装置的使用可以解决潜器全方位推进器螺距检测信号传输方面存在的问题，提 高螺距角信号反馈的准确性，对提高全方位推进器对潜器的控制精度具有一定意义。
图1螺距检测转换装置系统组成图；图2螺距检测转换装置系统结构图；图3绝对式轴角光电编码器工作时序图；图4最小系统板电路原理图；图5信号采集单元电路原理图；图6数据通信单元电路原理图；图7液晶显示单元电路原理图。
具体实施例方式下面结合附图举例对本发明做更详细地描述结合图1，其中角度传感器Ul为三路绝对式光电轴角编码器、多路选通器U2采用 74LS153芯片、主控芯片U3为飞思卡尔MC9S08DZ60、RS-485驱动端U4及接收端U5采用 MAX485芯片、液晶显示单元主控芯片U6同样为MC9S08DZ60单片机、液晶显示�？閁7采用 MS25664A。结合图2，三路绝对式光电轴角编码器Ul检测全方位推进器三个桨叶的螺距角值 并编码然后以同步串行信号形式输出；信号采集单元的主控芯片U3采集编码器输出的同 步串行信号，经过数据处理后将得到的数据通过串口送出；数据通信单元的RS-485信号驱 动端U4将送入的串行的TTL电平信号转换为标准RS-485差分信号送入RS-485总线进行 远距离的传输，RS-485信号接收端将接收到的差分信号转变回为TTL电平信号送入主控芯 片；液晶显示单元的主控芯片TO将得到的数据转换为螺距角值对应的ASCLL码并驱动液晶 显示模块U6显示相应的螺距角值。结合图3，编码器工作时由主控制器提供编码器数据锁存信号MOE ；该信号在非读 取数据时应保持高电平；在读取数据时，将信号置为低电平，并在读取数据时保持低电平； 数据读取结束，该信号置为高电平。编码器在MOE的下降沿锁存码盘在该点的数据并输出。 编码器数据输出为同步串行数据输出，先低位后高位，同步时钟频率20KHz。同步脉冲由主 控制器提供。在同步脉冲下降沿编码器将数据输出，在同步脉冲上升沿主控制器将数据读入，每次读数主控制器应发出14个脉冲。接口信号电平为TTL电平。结合图4，最小系统板硬件电路主要包括单片机的电源接口电路、时钟电路、复位 电路、外中断电路、串行通信电路、BDM接口电路。在电源接口电路设计上，电源管脚上需要 安装一个为大容量电解电容器(此处为IOyF)为整个系统提供大容量电荷存储，同时应在 离MCU电源管脚尽可能近的地方安装若干个0. 1 μ F的陶瓷旁路电容器来抑制高频噪音；在 时钟电路设计上，本发明采用外部时钟方式，在EXTAL、XTAL引脚外接4MHz石英晶振和电容 组成自激震荡；复位电路和外中断相仿，通过增加一个到地的按钮开关产生一个脉冲信号 到相应管脚以实现手动复位或外中断；串口通信电路采用MAX232接口芯片进行与上位机 的串行通信；BDM接口单元电路即一个6脚的BDM插头，用于插接后台调试器。结合图5，信号采集单元硬件设计中三路光电编码器共用+12V线、GND线、同步时 钟信号线，连同三路锁存信号线，三路数据信号线共九根引线，通过插接一个九针的串口插 头连接至螺距检测转换装置功能板的信号采集单元。其中三路锁存信号线分别接单片机普 通I/O管脚PTG2、PTG3、PTG4，三路数据线分别接入数据选择器74LS153的C1、C2、C3，数据 选择器的Yl输出接入MISO管脚，两个普通I/O管脚PTCO、PTCl分别接数据选择器的A和 B0结合图6，数据通信单元采用MAX485芯片作为RS-485驱动端和RS-485接收端来 设计数据通信单元。匹配电阻选择为120欧姆。Ul作为RS-485驱动端，其M，DE接高电 平。U2作为RS-485接收端，其M，DE接地。结合图7，液晶显示单元单片机的PTB 口接液晶显示器的数据输入输出引脚。 PTDO PTD4依次接功能引脚R/W、El、E2、RS、/RST。这样在编程时就可以将液晶作为I/O
设备统一编址，编写程序也相对简单一些。
权利要求
一种潜器全方位推进器三通道螺距检测转换装置，包括信号采集单元、数据通信单元和液晶显示单元；其特征是信号采集单元的三路绝对式光电轴角编码器检测全方位推进器三个桨叶的螺距角值并编码、然后以同步串行信号形式输出，信号采集单元的主控芯片采集编码器输出的同步串行信号，经过数据处理后将得到的数据通过串口送出；数据通信单元的RS 485信号驱动端将送入的串行的TTL电平信号转换为标准RS 485差分信号送入RS 485总线进行远距离的传输，RS 485信号接收端将接收到的差分信号转变回为TTL电平信号送入液晶显示单元的主控芯片；液晶显示单元将得到的数据转换为螺距角值对应的ASCLL码并驱动LCD显示相应的螺距角值。
2.根据权利要求1所述的潜器全方位推进器三通道螺距检测转换装置，其特征是所 述编码器信号采集单元的主控芯片提供编码器数据锁存信号Μ0Ε，该信号在非读取数据时 应保持高电平，在读取数据时将信号置为低电平，并在读取数据时保持低电平，数据读取结 束该信号置为高电平；编码器在MOE的下降沿锁存码盘的数据并输出；编码器数据输出为 同步串行数据输出，先低位后高位，同步时钟频率20KHz ；同步脉冲由信号采集单元的主控 芯片提供；在同步脉冲下降沿编码器将数据输出，在同步脉冲上升沿信号采集单元的主控 芯片将数据读入，每次读数主控制器应发出14个脉冲。
3.根据权利要求1或2所述的潜器全方位推进器三通道螺距检测转换装置，其特征是 信号采集单元的主控芯片和液晶显示单元的主控芯片均为MC9S08DZ60单片机。
全文摘要
本发明提供的是一种潜器全方位推进器三通道螺距检测转换装置。信号采集单元的三路编码器检测全方位推进器三个桨叶的螺距角值并编码、然后以同步串行信号形式输出，主控芯片采集编码器输出的同步串行信号，经过数据处理后将得到的数据通过串口送出；数据通信单元的RS-485信号驱动端将送入的串行的TTL电平信号转换为标准RS-485差分信号送入RS-485总线进行远距离的传输，RS-485信号接收端将接收到的差分信号转变回为TTL电平信号送入主控芯片；液晶显示单元将得到的数据转换为螺距角值对应的ASCLL码并驱动LCD显示相应的螺距角值。本发明具有多路转换、实时输出、功耗低、可靠性好、寿命长、结构简单等特点。
文档编号G01B11/26GK101907468SQ20101021558
公开日2010年12月8日 申请日期2010年7月2日 优先权日2010年7月2日
发明者刘胜, 宋颖慧, 屈阳, 张青青, 李冰 申请人:哈尔滨工程大学
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