小型船舶操控面板的设计与实现

徐昊君，张泽宇



小型船舶操控面板的设计与实现

徐昊君1，张泽宇2

（1. 湖北生态工程职业技术学院，武汉 430200 ；2.武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064）

本文介绍了一套小型游船操控面板的设计。本文操控面板的MCU采用STM32系列微控制器，通过合理的接口设计和功能调配，并采用数码管作为信息显示机制，相对于普通按键的面板具有结构紧凑、可批量生产、经济性好、智能化程度高的优点。

操控面板 STM32 ZLG7290

0 引言

随着社会的可持续发展，船舶逐渐向绿色船舶、智能船舶的方向发展，电力推进技术逐渐凸显其优越性，小型船舶上电力推进系统使用日益广泛。小型船舶的操控面板作为与操作人员交互最直接的可视化设备，逐渐向着智能化、小型化的方向发展。本文设计的针对小型船舶的操控面板，具有可靠性高、体积小巧、经济性好的特点。

1 小型船舶操控面板系统设计

小型船舶设备容量小，设备相对简化，因此整个推进操控系统需求尽量简单，方便船员的操作。其操控面板需满足小型游船的需要，同时也要尽量保证操控简单。其主要包含以下几个部件：

1）MCU模块，可对整个操控面板系统进行处理；

2）电源，保证整个系统的正常供电；

3）按键，可对系统及设别进行操作控制；

4）指示灯，可指示系统及设备的状态；

5）数码管，显示转速等相关信息；

根据以上功能的需要，小型游船操控面板的设计可以如图1分为几个模块：MCU模块、电源模块、按键模块、指示灯模块、数码管模块。

本文将分模块介绍小型船舶操控面板的硬件设计，并对各模块进行相关的说明。

2小型船舶操控面板的硬件设计

2.1 MCU模块

小型船舶操控面板由于信号量种类多，信号量数目较多，同时考虑到小型游船成本造价等方面的问题，本文采用STM32系列微控制器作为本文的MCU模块，STM32系列微控制器，作为基于ARM Cortex-M3内核的代表性产品，其具有丰富的外设，能支持数字量输入输出和模拟量输入输出，并可支持多种通讯方式，成本低廉且在工业领域有广泛的应用[1]。

2.2电源模块

本文采用金升阳的隔离电源模块，该电源模块隔离电压高，输入电压范围宽，具有可持续短路保护、输出过压保护和自恢复功能，可靠性高，经济性好。同时本文在加入了去耦电容和稳压电容，可保证电源输出的稳定，有效减小纹波。

2.3按键模块

当MCU的I/O端口配置为输入端口时，为保证其输入的可靠性，会禁止其输出缓冲器，同时在软件中可设置输入端口的上拉或下拉型式，该GPIO端口具有大电流通过能力[2]。

按键模块采用短程按键，其具有轻快的接触感和高寿命，并可安装按键帽，配合薄膜面板使用，当操作人员操作按键模块后，MCU根据收集到的信息进行分析判断，执行相关的操作。

2.4指示灯模块

当MCU的I/O端口配置为输出端口时，根据其输出模式可在软件中配置为开漏输出模式或推挽输出的模式，为保证其输出的可靠性，一般在其输出端口需增加锁存器或采用电平保持芯片保证其输出的稳定。

指示灯采用发光二级管，通过ULN2803芯片进行驱动，ULN2803单通道输出电流大，可有效增强输出能力。

2.5数码管模块

本文采用ZLG7290作为数码管的驱动芯片。ZLG7290的生产厂家为广州周立功单片机发展有限公司，这款芯片适用于数码管显示驱动方面。能对8位共阴式数码管（或64 只独立的LED）进行直接驱动，但不可用于共阳极数码管。其通讯采用目前工业上广泛应用的I2C总线的通讯方式，I2C总线通讯方式具有ACK应答机制，仅需要两根信号线即可实现通讯，具有很好的抗干扰能力，在工业测控领域中有大量的使用业绩[3]。

3操控面板实物图

图9为操纵面板实物，目前已在某型全电动游船上使用，满足所需求的功能指标参数，在未来作为一种低成本、可批量化的操控面板，具有很好的适用性。

4 结束语

本文设计了一种适用于电力推进小型船舶的操控面板，其能够满足小型船舶操作显示的需要，具有很好的适用性，可批量化制造且成本低廉，是一种可靠性高、智能化、小型化的操控面板。

[1] 刘波文. ARM Cortex-M3应用开发实例详解[M]. 北京:电子工业出版社, 2011，(02):3-5.

[2] ST. STM32F101xx, STM32F102xx, STM32F103xx, STM32F105xxand STM32F107xx advanced ARM-based 32-bit MCUsReference manual. 2011.

[3] 稻叶保. 模拟技术应用技巧101例[M]. 北京:科学出版社, 2012,(01):38-39.

Design and Implementation of Operation Panel of A Small Ship

Xu Haojun1, Zhang Zeyu2

(1.Hubei Ecology Vocational College, Wuhan 430200,China；2. Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion , Wuhan 430064, China)

This paper presents the design of the operation panel of a small ship, which uses STM32 series Micro-controller as the MCU, through the reasonable interface design and the function with the tube nixie as the information display. The operation panel has the advantage of the compact structure, easier mass production by machine, high cost-performance and high intelligence.

operation panel; STM32; ZLG7290

TP274

A

1003-4862（2016）03-0078-03

2016-03-09

徐昊君（1983-），女，讲师。研究方向：计算机科学与技术。