新型轮机员安全报警装置

2014-06-09刘洪伟

江苏船舶 2014年2期

关键词：存储芯片报警装置按键

刘洪伟

(广州船舶及海洋工程设计研究院，广东广州 510250)

新型轮机员安全报警装置

刘洪伟

(广州船舶及海洋工程设计研究院，广东广州 510250)

当轮机员等工作人员在船楼、机舱、锅炉间等较远场所工作时，为了及时了解其安全状况以保证其人身安全，提出了一种新型轮机员安全报警装置。该装置以ST89C52单片机为控制核心，结合RS-485通讯模块、声选报警、两位数码显示模块等，通过软件实现自动控制。实验结果表明，新型轮机员安全报警装置能够准确确定出现安全状况的人员位置并发出报警，与现有产品相比，有效缩短了施救时间，具有较高的可靠性和广阔的应用前景。

船舶安全设备;保护装置;报警装置;单片处理机

0 引言

轮机员安全报警系统，又称安全报警系统，是指能够及时反映轮机员、技术人员或船员单独或一起在船楼、机舱、锅炉间等较远场所工作时的安全状况，目的在于发现由于上述人员在出现人身安全情况而失去履行其职责能力时及时发出报警，以保障现场工作人员的人身安全。

轮机员安全报警系统是在参考文献［1］和文献［2］的基础上，提出的针对轮机员人身安全的一种报警系统。现有的国内外产品中，系统功能相对单一，不能对发生人身安全状况的工作人员准确定位。本文在充分分析国内外现有产品的基础上，给出了一种以ST89C52单片机为控制核心，基于RS-485通讯的新型轮机员安全报警装置及其应用。该装置的报警系统可实时、准确地确定出现人身安全情况的工作人员所在场所并发出声光报警。

1 新型轮机员安全报警系统组成

新型轮机员安全报警系统由2个或2个以上的新型轮机员安全报警装置组成，其中主安全报警装置安装在机舱监控室或驾驶室，其他单元(从安全报警装置)安装在船楼、机舱、锅炉间等场所，系统结构如图1所示。所有的轮机员安全报警装置结构相同，由程序根据拨码开关的设定状态确定运行主安全报警装置的程序还是从安全报警装置的程序。新型轮机员报警装置之间通过RS-485总线相连，根据船舶的自动化程度的不同要求，有的新型轮机员安全报警系统还可与上一级的监控或管理系统之间通过RS-485总线相连。

图1 新型轮机员安全报警系统

2 硬件设计

新型轮机员安全报警装置以单片机STC89C52为控制核心，结合外围拨码开关、按键、时钟芯片DS1302、I2C存储芯片AT24C01、两位数码显示模块、声光报警模块和RS-485通信模块等模块构成，其硬件结构框图如图2所示。

图2 新型轮机员安全报警装置硬件结构框图

拨码开关用以识别报警装置所处的位置;按键用以启动、停止、确认报警(消音并重新计时)，同时与数码管结合可设置报警时限，数码管还用来显示报警剩余时长或报警时显示报警场所的地址代码;声光报警模块由红色高亮发光二极管、蜂鸣器及声光报警输出接口组成;时钟芯片用以为报警判断及记录报警发生的时间提供依据;I2C存储芯片用以存储设置的报警时限值及报警发生的时间、处所;通信接口基于RS485，用于轮机员报警装置之间及轮机员报警装置与上一级监控单元或系统之间的通信;单片机采用宏基科技的STC89C52;电源模块主要实现DC24V转DC5V功能，采用双DC24V供电方式，提高报警装置持续供电的可靠性。本文主要介绍数码显示及按键模块、日历时钟芯片和I2C存储芯片的硬件设计。

2.1 数码显示及按键模块

按键共4个，除“设置”键外，其余3个键均为复用按键，即与软件相结合实现不同的功能:“+/启动”、“－/停止”、“确认/确认(重新计时)”。三极管2B3904与锁存器74ALS573共同为两位数码管提供驱动电流。

2.2 日历时钟芯片

为了准确计时，本设计中采用日历时钟芯片DS1302，DS1302的第5、6、7脚分别与单片机STC89C52的第26、28、27脚相连。

DS1302用于报警时记录报警时刻及为报警判断提供依据。报警判断时，先读取“启动”按键按下时DS1302中的时间值保存为首次时间值，然后循环读取DS1302中的时间值，用当前的时间值减去首次时间值，将差值与设定的报警时限值进行比较，差值大于等于设定值就报警，反之不报警。

2.3 I2C存储芯片

为了保存设定的报警时限值及报警发生的时间和场所，本设计采用I2C芯片AT24C01进行存储，AT24C01的第5、6脚分别与单片机的第6、5脚相连。

3 软件设计

新型轮机员安全报警装置的软件主要包括主程序和通信中断程序。主程序包括:初始化、参数设置、存储、按键扫描、日历时钟芯片读/写、报警判断、数码显示、数据发送等。通信中断程序处理接收中断。本文主要介绍日历时钟芯片读/写程序、I2C存储芯片读/写程序和通信收/发程序的设计。

3.1 DS1302读/写程序设计

DS1302的控制命令字节结构见表1。表1中，位6如果为0，则表示存取日历时钟(CK)数据，为1表示存取RAM数据;位5至位1指示操作单元的地址(A4～A0);最低有效位(位0)为0表示要进行写操作(WR)，为1表示要进行读操作(RD)，控制字节总是从最低位开始输出。

为了对任何数据传送进行初始化，需要将复位脚置为高电平，且将8位地址和命令信息装入移位寄存器。数据在SCLK(串行时钟)的上升沿串行输入，前8位指定访问地址，确定读/写操作，命令字装入移位寄存器后，在之后的时钟周期，读操作时输出数据，写操作时输入数据。

表1 DS1302控制命令字节结构

DS1302的单字节读写时序见图3。R/W位:为0表示写操作，为1表示读操作;R/C位:为0表示传送的是指令，为1表示传送的是数据。A0～A4:表示地址，D0～D7:表示数据。3.2AT24C01A读/写程序设计

图3 DS1302读/写时序图

AT24C01A是基于I2C通信的存储芯片，其读/写时序如图4所示。

图4 AT24C01A读/写时序图

每次送到I2C总线SDA上的数据必须是1个字节，传输的数据字节按照由高位到低位的顺序发送，每发送1个字节必须跟1个响应位。主器件在SCL线上产生8个脉冲，第9个脉冲(为响应时钟脉冲)低电平期间，发送器不释放SDA线，即置高SDA;接收器件则把SDA线拉成低电平，以给出1个接收确认位，确认数据发送成功，保证数据完整性。

3.3 通信程序设计

本设计中，报警装置之间、报警装置主单元与上级监控系统之间采用RS-485通信方式，通信波特率在初始化程序中设置。通信程序中的数据发送采用主程序调用子程序方式，当从安全报警中的程序判断需向主安全报警装置发送报警信息或报警确认信息时，调用发送子程序;当主安全报警装置中的程序判断需向上一级发送报警信息，或需向从安全报警装置发送报警信息或报警已确认信息时调用发送子程序，其程序流程图如图5所示。

数据接收采用中断方式，其程序流程图如图6所示。

图5 通信发送子程序流程图

4 结语

实验结果表明，所设计的基于单片机的新型轮机员安全报警装置与现有产品相比，在功能上更为完善，能够准确定位，及时发出报警信息，可有效地缩短施救时间。此外，所有安全报警装置结构完全相同，仅通过程序根据拨码开关设置的地址，即可实现主安全报警装置或从安全报警装置的功能，减少了所需备用装置的数量，所以本设计具有较高的可靠性和实际应用价值。