[实用新型]数字式舵角信号变送器

说明书

(一)技术领域

本实用新型涉及船舶导航的一种舵角信号测量变换装置，尤其是一种舵角信号变送器。

(二)背景技术

近年来，我国的船舶制造技术，特别是自动舵控制技术得到了快速的发展。而舵角信号的测量精度对整个控制系统具有至关重要的作用。传统的舵角测量装置一般是采用旋转式电位器，通过测量电位器的输出电压信号获得舵角，将测量的电压信号直接传送到自动舵控制器进行处理，实现舵角反馈功能。但是现代船舶制造的船体越来越大，舵叶到控制室的距离越来越长，电压信号在远距离传送过程中，不可避免的存在着导线压降、沿途信号干扰，降低了舵角反馈信号的测量精度，严重影响了自动舵系统的控制性能。一般的解决测量电压信号远距离传输的方法是(1)将电压信号转换成频率信号；(2)电压信号转换成电流信号。

压频转换技术是解决信号远程传送的方法之一。但采用现有的压频转换芯片设计的电路受温度影响比较大，对外部电阻、电容要求比较高，特别是外接的单稳电阻对电路的转换精度影响比较大；而实际舵舱控制室的温度、湿度、震荡等工作条件相当恶劣，所以传统的压频转换技术在船舶舵角信号测量系统中并没有得到很好的应用。电压电流转换技术可以解决传输导线降压的问题，但高精度电压电流转换器件成本较高，对光电隔离器件的线性度要求高。

基于这些原因，目前船舶舵角信号测量反馈系统中广泛采用的仍然是简单的电位器电压信号测量技术。

(三)发明内容

为了克服已有的船舶舵角信号测量系统的抗干扰能力弱、转换精度低和信号隔离处理难的不足，本实用新型提供一种抗干扰能力强、转换精度高、容易实现信号隔离的数字式舵角信号变送器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于检测船舶舵角位置的数字式舵角信号变送器，所述的变送器包括用于将电压信号转换成频率信号的单片机、用于提供供电电源的电源模块，所述的单片机包括：用于采集电位器的电压信号的信号采集模块、用于将电压信号转换成数字信号的A/D转换模块、用于将A/D转换模块输出的数字信号进行处理的数据处理模块、用于将处理后的信号转换成频率信号的频率转换模块、用于将转换后的频率信号输出的频率输出模块；所述电源模块连接电位器和单片机，所述的电位器连接信号采集模块，所述的信号采集模块连接A/D转换模块，所述的A/D转换模块连接数据处理模块，所述的数据处理模块连接频率转换模块，所述的频率转换模块连接频率输出模块。

进一步，所述的电位器为旋转式电位器。

再进一步，所述的A/D转换模块为4通道10位A/D转换器。

所述的频率转换模块将数字信号转化为频率随数字量变化的0、1方波信号。

本实用新型的技术构思为：舵角测量信号经数字式转换后再进行远程传送的全数字式舵角测量。

在进行具体的模块设计时，考虑实际产品的使用情况，舵角的测量采用旋转式电位器，根据电位器上输出的电压值实时反映舵叶的转动位置。为了解决电压信号远距离传输的压降与干扰问题，考虑将电压信号转化为频率信号进行传输，测量得到的电压信号经过单片机转化为频率信号传送给自动舵控制器做数据处理以产生控制信号。考虑船舶实际的工作环境比较恶劣，在进行具体的器件选择时，选用稳定性能比较好、设计简单、在工业广泛应用的PIC系列单片机。考虑实际产品的生产经济性、使用过程的方便性，同时又能满足自动舵系统实际精度要求的PIC12F675单片机实现电压信号的频率转换。该芯片是微芯公司首创的8引脚的8位机，特别适用于要求产品性能高、体积小的场合。内部嵌有4MHZ的高精度震荡器可以满足一般场合对工作频率的要求，也可以选择外接振荡电路，最高可以支持20MHZ晶振的工作频率。更为重要的是该芯片内置有4通道10位A/D转换器，在进行舵角信号的采样时就无需外接A/D转换器使得电路设计简单，适合在船舶舵机舱的恶劣环境下稳定工作。本实用新型设计采用高精密的旋转式电位器，单片机外接20MHZ的晶振，以定时器计时的方式输出频率信号，测量转换精度可以达到0.5度。

本实用新型的有益效果主要表现在：1、转换精度高；2、采用纯数字方式实现，抗干扰能力强，输出给控制器的频率信号容易实现隔离。

(四)附图说明

图1是系统结构图；

图2是电源供电电路图；

图3是单片机接口电路图；

图4是系统主程序流程图；

图5是频率转换子程序流程图。

(五)具体实施方式