申请/专利权人：中国船舶重工集团公司第七0七研究所九江分部

申请日：2018-09-28

公开（公告）日：2024-01-02

公开（公告）号：CN109683508B

主分类号：G05B19/042

分类号：G05B19/042

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.01.02#授权;2019.05.21#实质审查的生效;2019.04.26#公开

摘要：一种带自动检测与BIT在线自测试的操舵手轮控制系统，由四组结构相同的自动检测与在线自测试电路组成，通过设置第一测试电压发生器、电位器供电电路及AD采样电路，用于自动检测操舵手轮电位器的全部引线的断线情况，还可检测引线之间相互短路情况并上报单片机，具有检测全面性、可靠性高、实用性强的特点；同时设置BIT在线自测试电路，用于在线自测试本控制装置的工作状态且不影响本控制装置的正常工作，并将检测结果上报单片机，具有检测实时性、可靠性的特点；BIT在线自测试功能主要用于信号频率较低的情况，特别是操舵信号，有利于大幅提高船舶操纵重要部件之一的多通道、多冗余的操舵手轮工作可靠性、安全性。

主权项：1.一种带自动检测与BIT在线自测试的操舵手轮控制系统，其特征在于，由四组结构相同的自动检测与在线自测试电路组成，每组自动检测与在线自测试电路包括输入端、第一测试电压发生器、第二测试电压发生器、电位器供电电路、放大器、AD采样控制电路、AD采样电路及输出端，输入端一端与操舵手轮电位器连接，输入端另一端与电位器供电电路连接，电位器供电电路与AD采样电路、放大器连接，第一测试电压发生器与电位器供电电路连接，第二测试电压发生器与放大器连接，AD采样控制电路分别与第一测试电压发生器、第二测试电压发生器及AD采样电路连接，AD采样电路与输出端连接，输入端包括第一引线～第三引线、一根接地线；具体结构如下：第一引线分别与AD采样电路、电位器供电电路的第二电容及第五电阻连接；第二引线分别与AD采样电路、第一电容、第一测试电压发生器的第一电阻及第三电阻、放大器的第十五电阻连接，第一电容与接地线连接；第三引线分别与AD采样电路、电位器供电电路的第三电容及第七电阻连接；放大器的第十七电阻分别与AD采样电路、第八电容一端、输出端连接，第八电容另一端与接地线连接；第一测试电压发生器通过第四电阻与AD采样控制电路连接；第二测试电压发生器通过第十三电阻与AD采样控制电路连接；所述自动检测由第一测试电压发生器、电位器供电电路及AD采样电路完成，操舵手轮电位器阻值为2KΩ，当操舵手轮电位器的第一引线P1-R1端与接地线P1GND正常时，UP1-R19V；当只有第一引线P1-R1端断开，UP1-R1=9V，由此可以判断第一引线P1-R1端断开，同理，判断第三引线P1-R3端断开；实时在线监测Uoutput1电压，记录Uoutput1电压值，令第一三极管V1导通，+5V电压经第一三极管V1、第二二极管V2、第三电阻R3加入放大器的输入端，因第三电阻R3阻值很大（120KΩ），若第二引线P1-R2端未断开，则因第二引线P1-R2端对地阻抗较小，施加的电压在第二引线P1-R2端上被分压拉低，此时Uoutput1电压值维持原值不变，即判断方法为：第一三极管V1导通前后的Uoutput1电压值保持不变，则判断第二引线P1-R2端未断开，若第一三极管V1导通前后的Uoutput1电压值变化0.2V～0.3V，则判断第二引线P1-R2端断开；类似方法可推断各引线是否有短路情况；所述BIT在线自测试由第二测试电压发生器及AD采样电路完成，主要用于信号频率较低的情况，特别是操舵信号，由于操舵信号是控制舵机转动的信号，舵机运动在2.3°～47°S之间，相应1°舵角对应0.25V电压，只要操舵信号电压快速变化，在舵机还没有开始转舵之前即变回原来数值，则测量电路不会对舵机控制回路产生影响；在无操舵舵令期间自测试时，AD采样控制电路快速控制第三三极管V3导通，+5V电压经第三三极管V3、第十一电阻R11快速加入第一运放N1，若UP1O测量值在第三三极管V3导通前后按设定的值变化，说明控制装置工作正常，否则可判断本控制装置有故障；在有操舵舵令期间自测试时，应考虑排除舵机正常转舵时的UP1O测量值变化幅度。

全文数据：一种带自动检测与BIT在线自测试的操舵手轮控制系统技术领域本发明涉及操舵手轮控制装置技术领域，尤其涉及一种带自动检测与BIT在线自测试的操舵手轮控制系统。背景技术操舵手轮模块是船舶操纵重要部件之一，其可靠性、安全性将直接影响船舶安全可靠的航行，为了提高船舶（特别是舰船）自动操舵仪操纵的可靠性，目前舰船自动操舵仪操舵手轮模块已普遍采用多通道、多冗余的设计方法，并将其多通道控制电路设置在操舵手轮模块之外的控制装置内集中处理，因此需要通过引线将操舵手轮模块的多路电位器信号引出至模块外的控制装置内，而多通道、多冗余的操舵手轮模块电位器信号通过接插头、引线引出，不可避免容易产生引线接触不良、断线及短路等故障。同时，对放大器电路自身工作状态进行监测的应用需求也越来越多，监测任务普遍采用BIT自测试技术，即额外增加测试电路与测试单片机，随时监测待测放大器的工作状态。放大器电路的自测试控制电路主要有非在线式和在线式两种，非在线式测试电路在测试放大器工作状态时，需要增加切换开关，切断放大器的信号输入，同时输入自测试电压信号，若放大器输出信号与设计信号相符，即确定放大器电路工作正常，但增加切换开关不可避免增多电路环节，进而降低放大器电路工作的可靠性，具有局限性；在线式测试电路在测试放大器的工作状态时，则需在放大器的信号输入端额外增加输入自测试电压信号，若放大器输出信号与设计信号相符，即确定放大器电路工作正常。此类测试在测试时将直接使工作信号变化，易造成放大器工作状态偏移而影响放大器正常工作；两种自测试控制电路均存在局限性。为及时发现引线接触不良、断线及短路等此类故障问题，实时在线监测放大器电路自身工作状态，研制一种解决上述问题的装置已经成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。发明内容本发明所解决的技术问题在于提供一种带自动检测与BIT在线自测试的操舵手轮控制系统，以解决上述背景技术中的缺点。本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种带自动检测与BIT在线自测试的操舵手轮控制系统，由四组结构相同的自动检测与在线自测试电路组成，每组自动检测与在线自测试电路包括输入端、第一测试电压发生器、第二测试电压发生器、电位器供电电路、放大器、AD采样控制电路、AD采样电路及输出端，输入端一端与操舵手轮电位器连接，输入端另一端与电位器供电电路连接，电位器供电电路与AD采样电路、放大器连接，第一测试电压发生器与电位器供电电路连接，第二测试电压发生器与放大器连接，AD采样控制电路分别与第一测试电压发生器、第二测试电压发生器及AD采样电路连接，AD采样电路与输出端连接，输出端输出电位器信号放大后的信号，输入端包括第一引线～第三引线、一根接地线；具体结构如下：第一引线分别与AD采样电路、电位器供电电路的第二电容及第五电阻连接；第二引线分别与AD采样电路、第一电容、第一测试电压发生器的第一电阻及第三电阻、放大器的第十五电阻连接，第一电容与接地线连接；第三引线分别与AD采样电路、电位器供电电路的第三电容及第七电阻连接；放大器的第十七电阻分别与AD采样电路、第八电容一端、输出端连接，第八电容另一端与接地线连接；第一测试电压发生器通过第四电阻与AD采样控制电路连接；第二测试电压发生器通过第十三电阻与AD采样控制电路连接。在本发明中，第一测试电压发生器包括第一电阻～第四电阻、第一三极管、第二二极管，第一电阻一端与第三电阻一端连接，第一电阻另一端与接地线连接，第三电阻另一端与第二二极管一端连接，第二二极管另一端与第一三极管一端连接，第一三极管另一端与第四电阻连接，第一三极管还与第二电阻并联。在本发明中，第二测试电压发生器包括第九电阻～第十三电阻、第三三极管，第九电阻一端分别与第十电阻一端、第十一电阻一端连接，第九电阻另一端与接地线连接，第十电阻另一端与第三三极管一端连接；第三三极管另一端与第十三电阻连接，第三三极管还与第十二电阻并联。在本发明中，电位器供电电路包括第五电阻～第八电阻、第二电容~第五电容，其中，第五电阻一端与第二电容一端连接，第二电容另一端与接地线连接，第五电阻另一端分别与第四电容的一端、第六电阻连接，第四电另一端与接地线连接；第七电阻一端与第三电容一端连接，第三电容另一端与接地线连接，第七电阻另一端分别与第五电容的一端、第八电阻连接，第五电容另一端与接地线连接。在本发明中，放大器电路包括第十四电阻～第十七电阻、第六电容、第七电容、第一运放，第一运放分别与第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第六电容、第七电容的一端连接，还与第十四电阻并联，第十六电阻的另一端与接地线连接，第六电容的另一端与接地线连接，第七电容的另一端与接地线连接。在本发明中，AD采样电路包括采样集成电路、第九电容～第十七电容、第十八电阻、稳压器。在本发明中，在AD采样控制电路与第四电阻、第十三电阻之间设置有隔离电路，在AD采样控制电路与AD采样电路之间设置有隔离电路。在本发明中，第二测试电压发生器通过第十一电阻与放大器连接。有益效果：本发明由四组结构相同的自动检测与在线自测试电路组成，通过设置第一测试电压发生器、电位器供电电路及AD采样电路，用于自动检测操舵手轮电位器的全部引线的断线情况，还可检测引线之间相互短路情况并上报单片机，具有检测全面性、可靠性高、实用性强的特点；同时设置BIT在线自测试电路（即第二测试电压发生器和AD采样电路），用于在线自测试本控制装置的工作状态且不影响本控制装置的正常工作，并将检测结果上报单片机，具有检测实时性、可靠性的特点；BIT在线自测试功能主要用于信号频率较低的情况，特别是操舵信号，有利于大幅提高船舶操纵重要部件之一的多通道、多冗余的操舵手轮工作可靠性、安全性。附图说明图1为本发明的较佳实施例的原理框图。图2为本发明的较佳实施例的电路框图。具体实施方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。参见图1～2的一种带自动检测与BIT在线自测试的操舵手轮控制系统，由四组结构相同的自动检测与在线自测试电路组成，每组自动检测与在线自测试电路包括输入端Input1、第一测试电压发生器BITOnline1、第二测试电压发生器BITOnline2、电位器供电电路CircuitI、放大器Amplifier、AD采样控制电路ADandlevelcontrol、AD采样电路、输出端Output1、第一三极管V1、第二二极管V2、第三三极管V3、第一电阻R1～第十八电阻R18、第一电容C1～第十七电容C17、第一运放N1、AD采样集成电路N2、稳压器N3及隔离电路，输入端一端与操舵手轮电位器连接，输入端另一端与电位器供电电路连接，电位器供电电路与AD采样电路、放大器连接，第一测试电压发生器与电位器供电电路连接，第二测试电压发生器与放大器连接，AD采样控制电路分别与第一测试电压发生器、第二测试电压发生器及AD采样电路连接，AD采样电路与输出端连接，输出端输出电位器信号放大后的信号，输入端包括第一引线P1-R1～第三引线P1-R3、接地线P1GND，具体结构如下：第一引线P1-R1分别与AD采样电路、电位器供电电路（CircuitI）的第二电容C2及第五电阻R5连接；第二引线P1-R2分别与AD采样电路、第一电容C1、第一测试电压发生器（BITOnline1）的第一电阻R1及第三电阻R3、放大器（Amplifier）的第十五电阻R15连接，第一电容C1与接地线连接；第三引线P1-R3分别与AD采样电路、电位器供电电路（CircuitI）的第三电容C3及第七电阻R7连接；放大器（Amplifier）的第十七电阻R17分别与AD采样电路、第八电容C8一端、输出端（Output1）连接，第八电容另一端与接地线连接；第一测试电压发生器（BITOnline1）通过第四电阻R4与AD采样控制电路（ADandlevelcontrol）连接；第二测试电压发生器（BITOnline2）通过第十三电阻R13与AD采样控制电路连接，在AD采样控制电路与第四电阻R4、第十三电阻R13之间设置有隔离电路，第二测试电压发生器（BITOnline2）通过第十一电阻R11与放大器（Amplifier）连接，在AD采样控制电路与AD采样电路的控制端之间设置有隔离电路；第一测试电压发生器（BITOnline1）包括第一电阻R1～第四电阻R4、第一三极管V1、第二二极管V2，其中，第一电阻R1一端与第三电阻R3一端连接，第一电阻R1另一端与接地线连接，第三电阻R3另一端与第二二极管V2一端连接，第二二极管V2另一端与第一三极管V1一端连接，第一三极管V1另一端与第四电阻R4连接，第一三极管V1还与第二电阻R2并联；第二测试电压发生器（BITOnline2）包括第九电阻R9～第十三电阻R13、第三三极管V3，其中，第九电阻R9一端分别与第十电阻R10一端、第十一电阻R11一端连接，第九电阻R9另一端与接地线连接，第十电阻R10另一端与第三三极管V3一端连接；第三三极管V3另一端与第十三电阻R13连接，第三三极管V3还与第十二电阻R12并联；电位器供电电路（CircuitI）包括第五电阻R5～第八电阻R8、第二电容C2~第五电容C5，其中，第五电阻R5一端与第二电容C2一端连接，第二电容C2另一端与接地线连接，第五电阻R5另一端分别与第六电阻R6、第四电容C4一端连接，第四电容C4另一端与接地线连接；第七电阻R7一端与第三电容C3一端连接，第三电容C3另一端与接地线连接，第七电阻R7另一端分别与第八电阻R8、第五电容C5一端连接，第五电容C5另一端与接地线连接；放大器电路（Amplifier）包括第十四电阻R14～第十七电阻R17、第六电容C6、第七电容C7、第一运放N1，其中，第一运放N1分别与第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第六电容C6、第七电容C7的一端连接，还与第十四电阻R14并联，第十六电阻R16的另一端与接地线连接，第六电容C6的另一端与接地线连接，第七电容C7的另一端与接地线连接；AD采样电路（AD）包括采样集成电路N2、第九电容C9～第十七电容C17、第十八电阻R18、稳压器N3，按AD采样集成电路的典型应用电路设计；工作原理1、信号断线、短路自动检测电路工作原理如图2所示，信号断线、短路自动检测功能主要由第一测试电压发生器（BITOnline1）、电位器供电电路（CircuitI）及AD采样电路完成，操舵手轮电位器阻值为2KΩ，当操舵手轮电位器的第一引线P1-R1端与接地线P1GND正常时，UP1-R19V；当只有第一引线P1-R1端断开，UP1-R1=9V，由此可以判断第一引线P1-R1端断开，同理，判断第三引线P1-R3端断开；实时在线监测Uoutput1电压，记录Uoutput1电压值，令第一三极管V1导通，+5V电压经第一三极管V1、第二二极管V2、第三电阻R3加入放大器（Amplifier）的输入端，因第三电阻R3阻值很大（120KΩ），若第二引线P1-R2端未断开，则因第二引线P1-R2端对地阻抗较小，施加的电压在第二引线P1-R2端上被分压拉低（UP1-R2变化0.1V），此时Uoutput1电压值维持原值不变（变化0.1V），即判断方法为：第一三极管V1导通前后的Uoutput1电压值保持不变（变化0.1V），则判断第二引线P1-R2端未断开，若第一三极管V1导通前后的Uoutput1电压值变化0.2V~0.3V，则判断第二引线P1-R2端断开；接地引线P1GND端即使断开，电路仍然可正常工作，不受影响，只是可能电路零位有少量变化，故无须判断接地线P1GND是否断开；类似方法可推断各引线是否有短路情况。2、BIT在线自测试工作原理BIT在线自测试功能主要由第二测试电压发生器（BITOnline2）及AD采样电路完成，主要用于信号频率较低的情况，特别是操舵信号，由于操舵信号一般是控制舵机转动的信号，舵机运动一般在2.3°~47°S之间，相应1°舵角对应0.25V电压，只要操舵信号电压快速变化（几毫秒~十几毫秒级），在舵机还没有开始转舵之前即变回原来数值，则测量电路不会对舵机控制回路产生影响；在无操舵舵令期间自测试时，AD采样控制电路（ADandlevelcoutrol）快速控制第三三极管V3导通，+5V电压经第三三极管V3、第十一电阻R11快速加入第一运放N1，若UP1O测量值在第三三极管V3导通前后按设定的值变化，说明本控制装置工作正常，否则可判断本控制装置有故障。在有操舵舵令期间自测试时，应考虑排除舵机正常转舵时的UP1O测量值变化幅度。3、AD采样电路工作原理参考AD采样IC工作资料即可。以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

权利要求：1.一种带自动检测与BIT在线自测试的操舵手轮控制系统，其特征在于，由四组结构相同的自动检测与在线自测试电路组成，每组自动检测与在线自测试电路包括输入端、第一测试电压发生器、第二测试电压发生器、电位器供电电路、放大器、AD采样控制电路、AD采样电路及输出端，输入端一端与操舵手轮电位器连接，输入端另一端与电位器供电电路连接，电位器供电电路与AD采样电路、放大器连接，第一测试电压发生器与电位器供电电路连接，第二测试电压发生器与放大器连接，AD采样控制电路分别与第一测试电压发生器、第二测试电压发生器及AD采样电路连接，AD采样电路与输出端连接，输入端包括第一引线～第三引线、一根接地线；具体结构如下：第一引线分别与AD采样电路、电位器供电电路的第二电容及第五电阻连接；第二引线分别与AD采样电路、第一电容、第一测试电压发生器的第一电阻及第三电阻、放大器的第十五电阻连接，第一电容与接地线连接；第三引线分别与AD采样电路、电位器供电电路的第三电容及第七电阻连接；放大器的第十七电阻分别与AD采样电路、第八电容一端、输出端连接，第八电容另一端与接地线连接；第一测试电压发生器通过第四电阻与AD采样控制电路连接；第二测试电压发生器通过第十三电阻与AD采样控制电路连接。2.根据权利要求1所述的一种带自动检测与BIT在线自测试的操舵手轮控制系统，其特征在于，第一测试电压发生器包括第一电阻～第四电阻、第一三极管、第二二极管，第一电阻一端与第三电阻一端连接，第一电阻另一端与接地线连接，第三电阻另一端与第二二极管一端连接，第二二极管另一端与第一三极管一端连接，第一三极管另一端与第四电阻连接，第一三极管还与第二电阻并联。3.根据权利要求1所述的一种带自动检测与BIT在线自测试的操舵手轮控制系统，其特征在于，第二测试电压发生器包括第九电阻～第十三电阻、第三三极管，第九电阻一端分别与第十电阻一端、第十一电阻一端连接，第九电阻另一端与接地线连接，第十电阻另一端与第三三极管一端连接；第三三极管另一端与第十三电阻连接，第三三极管还与第十二电阻并联。4.根据权利要求1所述的一种带自动检测与BIT在线自测试的操舵手轮控制系统，电位器供电电路包括第五电阻～第八电阻、第二电容~第五电容，第五电阻一端与第二电容一端连接，第二电容另一端与接地线连接，第五电阻另一端分别与第四电容的一端、第六电阻连接，第四电另一端与接地线连接；第七电阻一端与第三电容一端连接，第三电容另一端与接地线连接，第七电阻另一端分别与第五电容的一端、第八电阻连接，第五电容另一端与接地线连接。5.根据权利要求1所述的一种带自动检测与BIT在线自测试的操舵手轮控制系统，其特征在于，放大器电路包括第十四电阻～第十七电阻、第六电容、第七电容、第一运放，第一运放分别与第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第六电容、第七电容的一端连接，还与第十四电阻并联，第十六电阻的另一端与接地线连接，第六电容的另一端与接地线连接，第七电容的另一端与接地线连接。6.根据权利要求1所述的一种带自动检测与BIT在线自测试的操舵手轮控制系统，其特征在于，AD采样电路包括采样集成电路、第九电容～第十七电容、第十八电阻、稳压器。7.根据权利要求1所述的一种带自动检测与BIT在线自测试的操舵手轮控制系统，其特征在于，在AD采样控制电路与第四电阻、第十三电阻之间设置有隔离电路，在AD采样控制电路与AD采样电路之间设置有隔离电路。8.根据权利要求1所述的一种带自动检测与BIT在线自测试的操舵手轮控制系统，其特征在于，第二测试电压发生器通过第十一电阻与放大器连接。

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