劉洪偉

(廣州船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州 510250)

新型輪機(jī)員安全報(bào)警裝置

劉洪偉

(廣州船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州 510250)

當(dāng)輪機(jī)員等工作人員在船樓、機(jī)艙、鍋爐間等較遠(yuǎn)場所工作時，為了及時了解其安全狀況以保證其人身安全，提出了一種新型輪機(jī)員安全報(bào)警裝置。該裝置以ST89C52單片機(jī)為控制核心，結(jié)合RS-485通訊模塊、聲選報(bào)警、兩位數(shù)碼顯示模塊等，通過軟件實(shí)現(xiàn)自動控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，新型輪機(jī)員安全報(bào)警裝置能夠準(zhǔn)確確定出現(xiàn)安全狀況的人員位置并發(fā)出報(bào)警，與現(xiàn)有產(chǎn)品相比，有效縮短了施救時間，具有較高的可靠性和廣闊的應(yīng)用前景。

船舶安全設(shè)備;保護(hù)裝置;報(bào)警裝置;單片處理機(jī)

0 引言

輪機(jī)員安全報(bào)警系統(tǒng)，又稱安全報(bào)警系統(tǒng)，是指能夠及時反映輪機(jī)員、技術(shù)人員或船員單獨(dú)或一起在船樓、機(jī)艙、鍋爐間等較遠(yuǎn)場所工作時的安全狀況，目的在于發(fā)現(xiàn)由于上述人員在出現(xiàn)人身安全情況而失去履行其職責(zé)能力時及時發(fā)出報(bào)警，以保障現(xiàn)場工作人員的人身安全。

輪機(jī)員安全報(bào)警系統(tǒng)是在參考文獻(xiàn)［1］和文獻(xiàn)［2］的基礎(chǔ)上，提出的針對輪機(jī)員人身安全的一種報(bào)警系統(tǒng)?，F(xiàn)有的國內(nèi)外產(chǎn)品中，系統(tǒng)功能相對單一，不能對發(fā)生人身安全狀況的工作人員準(zhǔn)確定位。本文在充分分析國內(nèi)外現(xiàn)有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，給出了一種以ST89C52單片機(jī)為控制核心，基于RS-485通訊的新型輪機(jī)員安全報(bào)警裝置及其應(yīng)用。該裝置的報(bào)警系統(tǒng)可實(shí)時、準(zhǔn)確地確定出現(xiàn)人身安全情況的工作人員所在場所并發(fā)出聲光報(bào)警。

1 新型輪機(jī)員安全報(bào)警系統(tǒng)組成

新型輪機(jī)員安全報(bào)警系統(tǒng)由2個或2個以上的新型輪機(jī)員安全報(bào)警裝置組成，其中主安全報(bào)警裝置安裝在機(jī)艙監(jiān)控室或駕駛室，其他單元(從安全報(bào)警裝置)安裝在船樓、機(jī)艙、鍋爐間等場所，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。所有的輪機(jī)員安全報(bào)警裝置結(jié)構(gòu)相同，由程序根據(jù)撥碼開關(guān)的設(shè)定狀態(tài)確定運(yùn)行主安全報(bào)警裝置的程序還是從安全報(bào)警裝置的程序。新型輪機(jī)員報(bào)警裝置之間通過RS-485總線相連，根據(jù)船舶的自動化程度的不同要求，有的新型輪機(jī)員安全報(bào)警系統(tǒng)還可與上一級的監(jiān)控或管理系統(tǒng)之間通過RS-485總線相連。

圖1 新型輪機(jī)員安全報(bào)警系統(tǒng)

2 硬件設(shè)計(jì)

新型輪機(jī)員安全報(bào)警裝置以單片機(jī)STC89C52為控制核心，結(jié)合外圍撥碼開關(guān)、按鍵、時鐘芯片DS1302、I2C存儲芯片AT24C01、兩位數(shù)碼顯示模塊、聲光報(bào)警模塊和RS-485通信模塊等模塊構(gòu)成，其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 新型輪機(jī)員安全報(bào)警裝置硬件結(jié)構(gòu)框圖

撥碼開關(guān)用以識別報(bào)警裝置所處的位置;按鍵用以啟動、停止、確認(rèn)報(bào)警(消音并重新計(jì)時)，同時與數(shù)碼管結(jié)合可設(shè)置報(bào)警時限，數(shù)碼管還用來顯示報(bào)警剩余時長或報(bào)警時顯示報(bào)警場所的地址代碼;聲光報(bào)警模塊由紅色高亮發(fā)光二極管、蜂鳴器及聲光報(bào)警輸出接口組成;時鐘芯片用以為報(bào)警判斷及記錄報(bào)警發(fā)生的時間提供依據(jù);I2C存儲芯片用以存儲設(shè)置的報(bào)警時限值及報(bào)警發(fā)生的時間、處所;通信接口基于RS485，用于輪機(jī)員報(bào)警裝置之間及輪機(jī)員報(bào)警裝置與上一級監(jiān)控單元或系統(tǒng)之間的通信;單片機(jī)采用宏基科技的STC89C52;電源模塊主要實(shí)現(xiàn)DC24V轉(zhuǎn)DC5V功能，采用雙DC24V供電方式，提高報(bào)警裝置持續(xù)供電的可靠性。本文主要介紹數(shù)碼顯示及按鍵模塊、日歷時鐘芯片和I2C存儲芯片的硬件設(shè)計(jì)。

2.1 數(shù)碼顯示及按鍵模塊

按鍵共4個，除“設(shè)置”鍵外，其余3個鍵均為復(fù)用按鍵，即與軟件相結(jié)合實(shí)現(xiàn)不同的功能:“+/啟動”、“－/停止”、“確認(rèn)/確認(rèn)(重新計(jì)時)”。三極管2B3904與鎖存器74ALS573共同為兩位數(shù)碼管提供驅(qū)動電流。

2.2 日歷時鐘芯片

為了準(zhǔn)確計(jì)時，本設(shè)計(jì)中采用日歷時鐘芯片DS1302，DS1302的第5、6、7腳分別與單片機(jī)STC89C52的第26、28、27腳相連。

DS1302用于報(bào)警時記錄報(bào)警時刻及為報(bào)警判斷提供依據(jù)。報(bào)警判斷時，先讀取“啟動”按鍵按下時DS1302中的時間值保存為首次時間值，然后循環(huán)讀取DS1302中的時間值，用當(dāng)前的時間值減去首次時間值，將差值與設(shè)定的報(bào)警時限值進(jìn)行比較，差值大于等于設(shè)定值就報(bào)警，反之不報(bào)警。

2.3 I2C存儲芯片

為了保存設(shè)定的報(bào)警時限值及報(bào)警發(fā)生的時間和場所，本設(shè)計(jì)采用I2C芯片AT24C01進(jìn)行存儲，AT24C01的第5、6腳分別與單片機(jī)的第6、5腳相連。

3 軟件設(shè)計(jì)

新型輪機(jī)員安全報(bào)警裝置的軟件主要包括主程序和通信中斷程序。主程序包括:初始化、參數(shù)設(shè)置、存儲、按鍵掃描、日歷時鐘芯片讀/寫、報(bào)警判斷、數(shù)碼顯示、數(shù)據(jù)發(fā)送等。通信中斷程序處理接收中斷。本文主要介紹日歷時鐘芯片讀/寫程序、I2C存儲芯片讀/寫程序和通信收/發(fā)程序的設(shè)計(jì)。

3.1 DS1302讀/寫程序設(shè)計(jì)

DS1302的控制命令字節(jié)結(jié)構(gòu)見表1。表1中，位6如果為0，則表示存取日歷時鐘(CK)數(shù)據(jù)，為1表示存取RAM數(shù)據(jù);位5至位1指示操作單元的地址(A4～A0);最低有效位(位0)為0表示要進(jìn)行寫操作(WR)，為1表示要進(jìn)行讀操作(RD)，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。

為了對任何數(shù)據(jù)傳送進(jìn)行初始化，需要將復(fù)位腳置為高電平，且將8位地址和命令信息裝入移位寄存器。數(shù)據(jù)在SCLK(串行時鐘)的上升沿串行輸入，前8位指定訪問地址，確定讀/寫操作，命令字裝入移位寄存器后，在之后的時鐘周期，讀操作時輸出數(shù)據(jù)，寫操作時輸入數(shù)據(jù)。

表1 DS1302控制命令字節(jié)結(jié)構(gòu)

DS1302的單字節(jié)讀寫時序見圖3。R/W位:為0表示寫操作，為1表示讀操作;R/C位:為0表示傳送的是指令，為1表示傳送的是數(shù)據(jù)。A0～A4:表示地址，D0～D7:表示數(shù)據(jù)。3.2AT24C01A讀/寫程序設(shè)計(jì)

圖3 DS1302讀/寫時序圖

AT24C01A是基于I2C通信的存儲芯片，其讀/寫時序如圖4所示。

圖4 AT24C01A讀/寫時序圖

每次送到I2C總線SDA上的數(shù)據(jù)必須是1個字節(jié)，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)字節(jié)按照由高位到低位的順序發(fā)送，每發(fā)送1個字節(jié)必須跟1個響應(yīng)位。主器件在SCL線上產(chǎn)生8個脈沖，第9個脈沖(為響應(yīng)時鐘脈沖)低電平期間，發(fā)送器不釋放SDA線，即置高SDA;接收器件則把SDA線拉成低電平，以給出1個接收確認(rèn)位，確認(rèn)數(shù)據(jù)發(fā)送成功，保證數(shù)據(jù)完整性。

3.3 通信程序設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中，報(bào)警裝置之間、報(bào)警裝置主單元與上級監(jiān)控系統(tǒng)之間采用RS-485通信方式，通信波特率在初始化程序中設(shè)置。通信程序中的數(shù)據(jù)發(fā)送采用主程序調(diào)用子程序方式，當(dāng)從安全報(bào)警中的程序判斷需向主安全報(bào)警裝置發(fā)送報(bào)警信息或報(bào)警確認(rèn)信息時，調(diào)用發(fā)送子程序;當(dāng)主安全報(bào)警裝置中的程序判斷需向上一級發(fā)送報(bào)警信息，或需向從安全報(bào)警裝置發(fā)送報(bào)警信息或報(bào)警已確認(rèn)信息時調(diào)用發(fā)送子程序，其程序流程圖如圖5所示。

數(shù)據(jù)接收采用中斷方式，其程序流程圖如圖6所示。

圖5 通信發(fā)送子程序流程圖

4 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的新型輪機(jī)員安全報(bào)警裝置與現(xiàn)有產(chǎn)品相比，在功能上更為完善，能夠準(zhǔn)確定位，及時發(fā)出報(bào)警信息，可有效地縮短施救時間。此外，所有安全報(bào)警裝置結(jié)構(gòu)完全相同，僅通過程序根據(jù)撥碼開關(guān)設(shè)置的地址，即可實(shí)現(xiàn)主安全報(bào)警裝置或從安全報(bào)警裝置的功能，減少了所需備用裝置的數(shù)量，所以本設(shè)計(jì)具有較高的可靠性和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

圖6 通信中斷程序流程圖

［1］ 黃巧亮，劉維亭，朱志宇，等.一種死人報(bào)警裝置及其實(shí)現(xiàn)方法:中國，201210455976［P］.2013－01－30.

U665.26

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2013-11-16

劉洪偉(1981－)，男，工程師，研究方向?yàn)榇白詣踊?/p>