專利名稱：柴油機多功能機旁控制裝置及控制方法
技術領域：
本發明涉及柴油機技術領域，具體涉及一種柴油機機旁控制裝置。
背景技術：
目前，船用柴油機監控裝置通常采用模擬儀表現場顯示監控數據，并將儀表和控制按鈕安裝在柴油機上或者機旁，通過儀表了解柴油機的轉速、溫度、壓力等信息，通過機旁按鈕控制柴油機起動、停機等命令。這種方式不方便直觀的觀察柴油機運行數據，數據顯示也不全面；控制命令輸入沒有反饋信息；而且當柴油機出現越限等故障時，需要專業人員根據監測數據進行判斷，不能及時看到故障信息。
現在有一些柴油機機旁顯示控制裝置，如專利申請號為ZL 01113424的中國專利“船用柴油機主動力裝置現場智能監控電子柜”公開了一種柴油機綜合監控裝置，包括數據采集單元、顯示單元、故障報警和安全保護單元等，該系統將監測、診斷及顯示功能集于一體，所以結構較復雜，故障是通過報警燈來顯示，沒有具體的故障信息；專利申請號為ZL 01245620的中國專利“柴油機監控電路板”公開了一種柴油機監控主機板，其特點是連接在指示儀表和各種傳感器之間，實現柴油機運行數據的采集、處理和顯示，其缺點是沒有顯示屏幕，僅依靠儀表和指示燈顯示數據和故障信息，顯示信息受到硬件條件限制，控制命令的輸入僅提供幾個簡單的按鈕，沒有按鍵的聯鎖保護等功能。
發明內容本發明的目的在于提供一種操作方便，帶顯示功能、控制功能、通訊功能的柴油機機旁多功能裝置及控制方法。
本發明的處理裝置為它包括殼體、設置在殼體上的前面板、外部接口及控制裝置，前面板包括兩個液晶顯示屏以及對應的兩組顯示控制按鍵和一組柴油機控制命令輸入按鍵；控制裝置包括微控制器、顯示模塊、邏輯控制模塊和通訊模塊，顯示模塊、邏輯控制模塊和通訊模塊均與微控制器連接，顯示模塊包括連接液晶顯示屏的液晶模塊和驅動器，邏輯控制模塊連接按鍵，通訊模塊包括CAN控制器和光電隔離元件，CAN控制器通過光電隔離元件連接微控制器，外部接口包括CAN通訊接口及電源，CAN通訊接口通過CAN總線連接柴油機監控系統。
本發明的處理裝置還有這樣一些結構特征1、所述的按鍵包括光點和光鍵指示燈，邏輯控制模塊的輸出與光點和光鍵指示燈的控制信號線相連；
2、所述的邏輯控制模塊為可編程邏輯器件CPLD，微控制器的十個I/O口及兩個脈寬調制輸出信號PWM1和PWM2分別與可編程邏輯器件CPLD的I/O口相連；3、所述的顯示模塊為320×240象素的彩色液晶顯示模塊及其配套的驅動器，CAN控制器可采用PCA82C250芯片。
本發明的控制方法為系統初始化；與柴油機監控系統握手通訊，如果校驗正確則進入主循環程序，如果校驗不正確則返回；如果校驗正確則進入主循環程序，首先判斷新數據標志位是否為1，如果是則進入數據處理子程序；如果不是則進一步判斷按鍵標志位是否為1；數據處理子程序結束后，清標志位，繼續判斷按鍵標志位是否為1；如果按鍵標志位為1則進一步判斷是哪個按鍵操作，并進入相應按鍵響應程序，如果不為1則循環結束并返回；按鍵響應程序結束后清標志位，循環結束并返回；在主程序循環運行過程中，如果定時器的定時時間到，則進入相應的定時中斷程序；如果CAN通訊總線有數據傳送過來，則進入相應的通訊中斷程序，定時中斷優先級為1，通訊中斷優先級為2。
本發明的控制方法還有這樣一些技術特征1、所述的數據處理子程序的處理過程為首先判斷數據是否為故障信息，如果是則轉入相應故障處理程序，處理后刷新屏幕，并清數據標志位，返回主程序；如果不是故障信息，則繼續判斷數據是否為按鍵反饋應答信息，如果是則進行相應指示燈狀態控制；如果不是按鍵反饋應答信息則繼續判斷是否為運行數據信息，如果是則進行運行數據的變量賦值，變量賦值后清數據標志位，如果不是則直接清數據標志位，返回主程序；2、所述的定時中斷程序的處理過程為定時中斷程序的時間間隔為50ms，中斷優先級為1；進入中斷程序后，刷新屏幕，令變量N＝N+1；判斷N是否等于2，如果是令N＝0，掃描按鍵輸入口，判斷是否有新按鍵按下，如果有則令按鍵標志位＝1，中斷程序結束；如果沒有則中斷程序結束；如果N不等于2，中斷程序結束；
3、所述的通訊中斷程序的處理過程為通訊中斷程序采用接收中斷，中斷優先級為2，當有數據傳送過來時，進入通訊中斷程序；進入中斷程序后，接收新數據，同時置數據標志位，中斷程序結束。
本發明可以實現以下功能顯示功能兩個液晶屏顯示柴油機運行過程中的工作參數和故障信息，兩組顯示控制按鍵可以控制兩個液晶屏的顯示內容，如翻頁，文本、圖形或故障模式的轉換等；控制功能控制輸入按鍵包括起動、停機、操作備便、機旁控制、調速器測試、盤車等柴油機控制命令；通訊功能通過CAN總線與柴油機監控系統通訊接口相連，柴油機運行過程中的工作參數和故障信息，通過CAN總線傳輸給本裝置，經過處理后，顯示在兩個液晶屏上。
液晶顯示屏有三種模式文本、圖形和故障，并可由按鍵控制進行切換，當有故障發生時，左側液晶顯示屏自動切換到故障模式，顯示當前故障信息，最新發生的故障總是置于故障信息顯示的第一行；在每種模式下，可多頁顯示，為方便操作者，合理安排每頁顯示的內容；采用兩個液晶顯示屏，也起到備份作用，當其中一個出現故障時，另一個液晶顯示屏也可以顯示全部柴油機運行信息。按鍵有提示和邏輯聯鎖功能，防止操作者出現誤按或者錯按，每個按鍵包括光點和光鍵指示燈，光點亮表示該按鍵所代表的功能發生作用，光鍵亮則表示該按鍵是有效的，它們之間的邏輯關系與柴油機運行狀態有關。
本發明的特點為(1)多模式顯示。每個顯示屏都有三個顯示模式文本、圖形和故障，這三個顯示模式都可以通過相應的按鍵進行切換。
文本模式以文字和數字形式顯示柴油機的工作狀態參數；圖形模式以圖形方式顯示柴油機的工作參數及一部分參數的上、下限等信息；故障模式當有故障發生時，左側屏幕自動切換到故障模式，顯示故障名稱和故障代碼。
(2)多頁顯示。為顯示更多的信息，在每種模式下，都可多頁顯示，并通過翻頁按鍵進行控制。
為方便操作者，合理安排每頁顯示的內容。在文本或者圖形模式下，綜合考慮柴油機各工作參數的關系和操作者對柴油機各參數的關心程度等因素，將所有柴油機工作參數優化組合，形成每頁內容。在故障模式下，最新發生的故障總是置于故障信息顯示的第一行。
(3)雙屏備份本發明采用兩個液晶顯示屏，當其中一個出現故障時，另一個液晶顯示屏也可以顯示全部柴油機運行信息，提高了系統可靠性。
(4)按鍵聯鎖功能每個按鍵包含光點和光鍵兩個指示燈，每個指示燈有三種狀態亮、滅、閃爍，光點和光鍵指示燈不同狀態的組合可以反映不同的信息。系統工作時，根據柴油機當前工作狀態和各個控制命令之間的邏輯聯鎖關系，顯示每個按鍵對應的光點和光鍵指示燈狀態。
光點和光鍵所代表的信息如下光點光點亮反映該按鍵功能有效，光點閃爍反映該按鍵功能正在執行，光點滅反映該按鍵功能無效。
光鍵光鍵亮反映該按鍵按下有效，光鍵滅反映該按鍵按下無效。光鍵狀態為操作者提供操作提示信息，防止誤操作。光鍵閃爍代表組合報警，按此鍵進行應答。
(5)帶反饋的控制命令輸入按下控制命令按鍵，其信息通過CAN總線通訊接口傳輸給外部柴油機監控系統，柴油機監控系統執行控制命令，并把執行情況反饋給該機旁控制裝置，機旁控制裝置則根據反饋狀態，確定控制按鍵的光點和光鍵指示燈狀態。
圖1為本發明前面板結構示意圖；圖2為本發明系統硬件連接圖；圖3-圖6為本發明系統軟件流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明結合圖1，本實施例前面板結構包括兩個液晶顯示屏(顯示屏1，顯示屏2)，以及對應的兩組顯示控制按鍵(按鍵1～10，按鍵11～20)，一組柴油機控制命令輸入按鍵(按鍵21～35)。外部接口通過CAN總線與柴油機監控系統相連。
顯示控制按鍵具體包括上頁、下頁、文本、圖形、警報展示、確認、加亮度、減亮度等。
控制輸入按鍵包括主ECS工作、備ECS工作、測試燈、機旁/遙控、起動、停機、加速、減速、離合器結合、離合器斷開、調速器測試、超速、盤車等。
按鍵的定義也可以根據需要進行修改或者擴充。
結合圖2，本實施例系統硬件主要包括顯示模塊，邏輯控制模塊及通訊模塊三部分，主控制芯片可以采用Motorola公司的MPC566芯片。顯示模塊由驅動器和液晶顯示屏組成，兩個驅動器的數據線和地址線都與微控制器相連，并由微控制器的片選線CS1和CS2區分；邏輯控制模塊由可編程邏輯器件CPLD實現，通過對CPLD芯片的邏輯時序編程實現按鍵指示燈的顯示邏輯控制，微控制器的十個輸出口與CPLD輸入口相連，通過這十個I/O口不同狀態的組合實現CPLD的輸出邏輯控制，另外，微控制器的兩個脈寬調制輸出信號PWM1和PWM2與CPLD相連，用于按鍵指示燈的閃爍和亮度控制，CPLD的輸出口與按鍵指示燈的控制信號線相連(LED1～LED70)，實現控制按鍵指示燈狀態的任務，可編程邏輯器件CPLD可采用EPM7256；通訊模塊中經過CAN控制器和光電隔離與微控制器的發送和接收端相連，CAN控制器可采用PCA82C250芯片。另外，由于微控制器可用的I/O口較多，按鍵輸入的識別可通過定時I/O掃描，如圖中所示，35個按鍵直接接在微控制器的35個I/O上(Key1～Key35)。
結合圖3-圖6，本實施例軟件包括四部分主程序、數據處理子程序、定時器中斷程序、通訊中斷程序。其中主程序實現系統初始化、與柴油機監控系統握手通訊、數據處理、按鍵響應處理等功能；數據處理子程序實現故障信息、柴油機運行參數、按鍵反饋應答信息的處理；定時器中斷程序實現屏幕刷新和按鍵掃描功能；通訊中斷程序實現數據接收和發送功能。
主程序處理過程為系統初始化；與柴油機監控系統握手通訊，如果校驗正確則進入主循環程序，如果校驗不正確則返回；如果校驗正確則進入主循環程序，首先判斷新數據標志為是否為1，如果是則進入數據處理子程序；如果不是則進一步判斷按鍵標志位是否為1；數據處理子程序結束后，清標志位，繼續判斷按鍵標志位是否為1；如果按鍵標志位為1則進一步判斷是哪個按鍵操作，并進入相應按鍵響應程序，如果不為1則循環結束并返回；按鍵響應程序結束后清標志位，循環結束并返回；在主程序循環運行過程中，如果定時器的定時時間到，則進入相應的定時中斷程序；如果CAN通訊總線有數據傳送過來，則進入相應的通訊中斷程序，定時中斷優先級為1，通訊中斷優先級為2。
數據處理子程序的處理過程為首先判斷數據是否為故障信息，如果是則轉入相應故障處理程序，處理后刷新屏幕，并清數據標志位，返回主程序；如果不是故障信息，則繼續判斷數據是否為按鍵反饋應答信息，如果是則進行相應指示燈狀態控制；如果不是按鍵反饋應答信息則繼續判斷是否為運行數據信息，如果是則進行運行數據的變量賦值，變量賦值后清數據標志位，如果不是則直接清數據標志位，返回主程序。
定時中斷程序的處理過程為定時中斷程序的時間間隔為50ms，中斷優先級為1；進入中斷程序后，刷新屏幕，令變量N＝N+1；判斷N是否等于2，如果是令N＝0，掃描按鍵輸入口，判斷是否有新按鍵按下，如果有則令按鍵標志位＝1，中斷程序結束；如果沒有則中斷程序結束；如果N不等于2，中斷程序結束。
通訊中斷程序的處理過程為通訊中斷程序采用接收中斷，中斷優先級為2；當有數據傳送過來時，進入通訊中斷程序；進入中斷程序后，接收新數據，同時置數據標志位，中斷程序結束。
系統工作時，將外部接口與柴油機監控系統相連，通過CAN總線與外部柴油機監控系統的通訊接口相連，傳輸柴油機的工作參數、故障信息和控制命令輸入及應答信息，避免了柴油機與控制裝置間過多的接線。通過CAN通訊總線傳輸監測數據，實時更新，并在液晶屏上顯示出來。
通過上頁、下頁按鍵控制液晶屏顯示更多的內容，通過文本、圖形和警報顯示按鍵切換液晶屏顯示模式。當有報警信息時，左側屏幕自動切換到故障模式，顯示當前故障信息。同時，確認鍵閃爍，操作人員按下確認鍵做報警應答。
當柴油機各部分工作正常，可以起動時，首先按下操作備便按鍵，機旁控制按鍵，通過CAN總線發送給監控系統，經確定后反饋給機旁控制裝置。機旁控制裝置則根據反饋信息，顯示控制按鍵的光點和光鍵，只有柴油機各部分運行數據正常，起動、調速器測試、盤車等按鍵的光鍵亮，此時按下該按鍵才是有效的。
在機旁控制狀態下，可以按下起動、調速器測試、盤車命令；起動后，停車和超速命令激活。
權利要求
1.一種柴油機多功能機旁控制裝置，它包括殼體、設置在殼體上的前面板、外部接口及設置在殼體內的控制裝置，其特征在于前面板包括兩個液晶顯示屏以及對應的兩組顯示控制按鍵和一組柴油機控制命令輸入按鍵；控制裝置包括微控制器、顯示模塊、邏輯控制模塊和通訊模塊，顯示模塊、邏輯控制模塊和通訊模塊均與微控制器連接，顯示模塊包括連接液晶顯示屏的液晶模塊和驅動器，邏輯控制模塊連接按鍵，通訊模塊包括CAN控制器和光電隔離元件，CAN控制器通過光電隔離元件連接微控制器，外部接口包括CAN通訊接口及電源，CAN通訊接口通過CAN總線連接柴油機監控系統。
2.根據權利要求1所述的柴油機多功能機旁控制裝置，其特征在于所述的按鍵包括光點和光鍵指示燈，邏輯控制模塊的輸出與光點和光鍵指示燈的控制信號線相連。
3.根據權利要求1所述的柴油機多功能機旁控制裝置，其特征在于所述的邏輯控制模塊為可編程邏輯器件CPLD，微控制器的十個I/O口及兩個脈寬調制輸出信號PWM1和PWM2分別與可編程邏輯器件CPLD的I/O口相連。
4.根據權利要求1所述的柴油機多功能機旁控制裝置，其特征在于所述的顯示模塊為320×240象素的彩色液晶顯示模塊及其配套的驅動器，CAN控制器可采用PCA82C250芯片。
5.一種柴油機多功能機旁控制方法，其特征在于系統初始化；與柴油機監控系統握手通訊，如果校驗正確則進入主循環程序，如果校驗不正確則返回；如果校驗正確則進入主循環程序，首先判斷新數據標志位是否為1，如果是則進入數據處理子程序；如果不是則進一步判斷按鍵標志位是否為1；數據處理子程序結束后，清標志位，繼續判斷按鍵標志位是否為1；如果按鍵標志位為1則進一步判斷是哪個按鍵操作，并進入相應按鍵響應程序，如果不為1則循環結束并返回；按鍵響應程序結束后清標志位，循環結束并返回；在主程序循環運行過程中，如果定時器的定時時間到，則進入相應的定時中斷程序；如果CAN通訊總線有數據傳送過來，則進入相應的通訊中斷程序，定時中斷優先級為1，通訊中斷優先級為2。
6.根據權利要求5所述的柴油機多功能機旁控制裝置，其特征在于所述的數據處理子程序的處理過程為首先判斷數據是否為故障信息，如果是則轉入相應故障處理程序，處理后刷新屏幕，并清數據標志位，返回主程序；如果不是故障信息，則繼續判斷數據是否為按鍵反饋應答信息，如果是則進行相應指示燈狀態控制；如果不是按鍵反饋應答信息則繼續判斷是否為運行數據信息，如果是則進行運行數據的變量賦值，變量賦值后清數據標志位，如果不是則直接清數據標志位，返回主程序。說明書
7.根據權利要求5所述的柴油機多功能機旁控制裝置，其特征在于所述的定時中斷程序的處理過程為定時中斷程序的時間間隔為50ms，中斷優先級為1；進入中斷程序后，刷新屏幕，令變量N＝N+1；判斷N是否等于2，如果是令N＝0，掃描按鍵輸入口，判斷是否有新按鍵按下，如果有則令按鍵標志位＝1，中斷程序結束；如果沒有則中斷程序結束；如果N不等于2，中斷程序結束。
8.根據權利要求5所述的柴油機多功能機旁控制裝置，其特征在于所述的通訊中斷程序的處理過程為通訊中斷程序采用接收中斷，中斷優先級為2；當有數據傳送過來時，進入通訊中斷程序；進入中斷程序后，接收新數據，同時置數據標志位，中斷程序結束。
全文摘要
本發明提供了一種柴油機多功能機旁控制裝置，它包括殼體、設置在殼體上的前面板、控制裝置及外部接口，前面板包括兩個液晶顯示屏以及對應的兩組顯示控制按鍵和一組柴油機控制命令輸入按鍵；控制裝置包括微控制器、顯示模塊、邏輯控制模塊和通訊模塊，其中顯示模塊包括連接液晶顯示屏的液晶模塊和驅動器，通訊模塊包括CAN控制器和光電隔離元件；外部接口包括CAN通訊接口及電源，CAN通訊接口通過CAN總線連接柴油機監控系統。本發明通過控制按鍵與外接監控系統進行帶反饋的命令輸入，并可以提供柴油機的工作狀態及按鍵功能有效性信息，避免錯按、誤按的發生。
文檔編號F02D29/02GK101042070SQ20071007216
公開日2007年9月26日 申請日期2007年4月30日 優先權日2007年4月30日
發明者費紅姿, 姚崇, 馬修真, 袁志國, 李學民, 劉龍, 李文輝, 石勇, 宋恩澤 申請人:哈爾濱工程大學