新型輪機員安全報警裝置

劉洪偉

(廣州船舶及海洋工程設計研究院，廣東廣州 510250)

新型輪機員安全報警裝置

劉洪偉

(廣州船舶及海洋工程設計研究院，廣東廣州 510250)

當輪機員等工作人員在船樓、機艙、鍋爐間等較遠場所工作時，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員安全報警裝置。該裝置以ST89C52單片機為控制核心，結合RS-485通訊模塊、聲選報警、兩位數(shù)碼顯示模塊等，通過軟件實現(xiàn)自動控制。實驗結果表明，新型輪機員安全報警裝置能夠準確確定出現(xiàn)安全狀況的人員位置并發(fā)出報警，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用前景。

船舶安全設備;保護裝置;報警裝置;單片處理機

0 引言

輪機員安全報警系統(tǒng)，又稱安全報警系統(tǒng)，是指能夠及時反映輪機員、技術人員或船員單獨或一起在船樓、機艙、鍋爐間等較遠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能力時及時發(fā)出報警，以保障現(xiàn)場工作人員的人身安全。

輪機員安全報警系統(tǒng)是在參考文獻［1］和文獻［2］的基礎上，提出的針對輪機員人身安全的一種報警系統(tǒng)。現(xiàn)有的國內外產(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確定位。本文在充分分析國內外現(xiàn)有產(chǎn)品的基礎上，給出了一種以ST89C52單片機為控制核心，基于RS-485通訊的新型輪機員安全報警裝置及其應用。該裝置的報警系統(tǒng)可實時、準確地確定出現(xiàn)人身安全情況的工作人員所在場所并發(fā)出聲光報警。

1 新型輪機員安全報警系統(tǒng)組成

新型輪機員安全報警系統(tǒng)由2個或2個以上的新型輪機員安全報警裝置組成，其中主安全報警裝置安裝在機艙監(jiān)控室或駕駛室，其他單元(從安全報警裝置)安裝在船樓、機艙、鍋爐間等場所，系統(tǒng)結構如圖1所示。所有的輪機員安全報警裝置結構相同，由程序根據(jù)撥碼開關的設定狀態(tài)確定運行主安全報警裝置的程序還是從安全報警裝置的程序。新型輪機員報警裝置之間通過RS-485總線相連，根據(jù)船舶的自動化程度的不同要求，有的新型輪機員安全報警系統(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 新型輪機員安全報警系統(tǒng)

2 硬件設計

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

圖2 新型輪機員安全報警裝置硬件結構框圖

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

2.1 數(shù)碼顯示及按鍵模塊

按鍵共4個，除“設置”鍵外，其余3個鍵均為復用按鍵，即與軟件相結合實現(xiàn)不同的功能:“+/啟動”、“－/停止”、“確認/確認(重新計時)”。三極管2B3904與鎖存器74ALS573共同為兩位數(shù)碼管提供驅動電流。

2.2 日歷時鐘芯片

為了準確計時，本設計中采用日歷時鐘芯片DS1302，DS1302的第5、6、7腳分別與單片機STC89C52的第26、28、27腳相連。

DS1302用于報警時記錄報警時刻及為報警判斷提供依據(jù)。報警判斷時，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，用當前的時間值減去首次時間值，將差值與設定的報警時限值進行比較，差值大于等于設定值就報警，反之不報警。

2.3 I2C存儲芯片

為了保存設定的報警時限值及報警發(fā)生的時間和場所，本設計采用I2C芯片AT24C01進行存儲，AT24C01的第5、6腳分別與單片機的第6、5腳相連。

3 軟件設計

新型輪機員安全報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)設置、存儲、按鍵掃描、日歷時鐘芯片讀/寫、報警判斷、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)程序的設計。

3.1 DS1302讀/寫程序設計

DS1302的控制命令字節(jié)結構見表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表示要進行寫操作(WR)，為1表示要進行讀操作(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)傳送進行初始化，需要將復位腳置為高電平，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)結構

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/寫程序設計

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個響應位。主器件在SCL線上產(chǎn)生8個脈沖，第9個脈沖(為響應時鐘脈沖)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個接收確認位，確認數(shù)據(jù)發(fā)送成功，保證數(shù)據(jù)完整性。

3.3 通信程序設計

本設計中，報警裝置之間、報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置。通信程序中的數(shù)據(jù)發(fā)送采用主程序調用子程序方式，當從安全報警中的程序判斷需向主安全報警裝置發(fā)送報警信息或報警確認信息時，調用發(fā)送子程序;當主安全報警裝置中的程序判斷需向上一級發(fā)送報警信息，或需向從安全報警裝置發(fā)送報警信息或報警已確認信息時調用發(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 結語

實驗結果表明，所設計的基于單片機的新型輪機員安全報警裝置與現(xiàn)有產(chǎn)品相比，在功能上更為完善，能夠準確定位，及時發(fā)出報警信息，可有效地縮短施救時間。此外，所有安全報警裝置結構完全相同，僅通過程序根據(jù)撥碼開關設置的地址，即可實現(xiàn)主安全報警裝置或從安全報警裝置的功能，減少了所需備用裝置的數(shù)量，所以本設計具有較高的可靠性和實際應用價值。

圖6 通信中斷程序流程圖

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

U665.26

B

2013-11-16

劉洪偉(1981－)，男，工程師，研究方向為船舶自動化。