基于单刀双控开关的航行数据显控仪及显控方法

技术领域

本发明公开了基于单刀双控开关的航行数据显控仪及显控方法，涉及信号采集监测、传输、解码、显示、控制等过程领域，属于工业控制及通讯领域。

背景技术

随着海上交通事业的不断发展，海上交通事故也随之增多，而对交通事故的调查再也不能满足于人工记录的海上日志，它的不完整性和不准确性给事故的调查带来极大的不便。所以，就急需一种能够完整记录船舶航行时各种数据信息的装置，以便在事故发生后根据记录的数据进行调查研究，这样就导致了船舶航行数据记录仪（船载黑匣子）的面世。

船舶航行数据记录仪(VDR，Voyage Data Recorder)是一种以可靠的可恢复形式、保存大量有关事故前后船舶位置、运动、物理状态、命令和控制信息的设备。记录仪所保存的船舶航行过程中的重要数据，有助于获得可靠、正确的有关事故原因和细节方面的信息，有助于重建事故原因链，通过确定事故的真实原因来避免同类事故的再次发生，提高航海交通的安全性。

与之伴生的产品即为数据显控仪。VDR固定安装于船艇，其日常显示控制端位于船艇指挥室，对于其他舱室需要日常实时显示数据和对于岸基所需数据采集分析则无法通过固定的数据显控仪来实现便捷的观察。无法脱离其他计算设备，不能独立进行采集数据和转发工作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种基于单刀双控开关的航行数据显控仪及显控方法，数据显控仪观察便捷，能够实现为配套船艇航行数据记录仪VDR使用，供各专业人员从VDR读取、下载航行数据，并集成显示控制软件进行数据实时分类分析监控，更可下载到岸基系统供研究分析。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于单刀双控开关的航行数据显控仪，其特征在于包括：置于一体式壳体中的触控式显示屏、主板、传感器、CAN-USB转换卡、存储单元；主板上设置包括信号转换模块、信号传输模块、信息解码模块、信息集成显示模块在内的信号调理单元，以及用于与传感器对接的数据采集单元；仪器壳体上设置单刀双控开关，所述单刀双控开关为电源拨片开关，拨片设置为拨片被拨动时连接主板进入正常工况或连接CAN-USB转换卡进入存储器工况。

进一步，存储单元的硬盘采用一分二的IDE数据线，从硬盘引出一端连接主板IED插槽，一端连接USB-CAN转换卡，USB接口位于壳体机箱上。

进一步，USB-CAN转换卡的CAN口引出数据线一头为九芯标准CAN口接头，另一头悬空； CAN口引出数据线连接跨舱室延长线再与VDR引出线对接；跨舱室延长线两端均悬空，为六类屏蔽双绞线或同轴电缆； VDR引出线一端为航插，一端悬空。

进一步，设置专用数据线对接VDR的数据输出口，该专用数据线一端用航插连接各舱指挥室上方的VDR信号接线箱里的空余口，另一端用串口接USB-CAN转换卡固化在显控仪机箱内的串口；另有数据线一端接板卡分装盒上的USB方形口，一端接主机USB通道，工作时转换卡的电源灯会点亮绿色。

进一步，USB-CAN转换卡采用专用的工业级高速32位CPU、CAN 2.0B规范，兼容CAN2.0A，符合ISO 11898-1/2/3。

进一步，所述USB-CAN转换卡为周立功USBCANⅡ接口卡。

进一步的，基于USB-CAN转换卡VCI开发PC端应用程序，在LabView中通过CLF调用dll，或使用ActiveX控件使用VCI中的方法和属性，实现对USB-CAN转换卡和CAN总线的初始化等控制、数据发送接收，为用户提供帧信息、帧ID、帧数据显示存储功能。

进一步的，PC端应用程序设置手动选择串口通道的窗体，并通过ActiveX控件实现了模拟量的三维数字表头显示及报警功能。

一种基于单刀双控开关的航行数据显控方法，其特征在于包括如下步骤：

在正常工况时，将单刀双控开关拨片连接至主板供电位置，操控电源给主板供电；在需要读取、存储、显示、或控制船艇VDR内的数据时，将单刀双控开关拨片拨动至连接CAN-USB转换卡进入存储器工况，并在完成数据的读取、存储、显示、或控制后将拨片复位。

进一步的，在程序中点击开始采集，在时间间隔到达设定时间后读取数据并写入数据库，数据将实时显示并保存；若如有报警则显示报警记录并根据需要选择是否退出；若要导出excel，选择保存路径，点击停止采集时，数据将保存到excel中。

本发明的内置信号转换模块供软件触发调用。开机，将会自动运行程序；在软件触发方式下，触发源是由软件控制的。当数值写入软件触发的寄存器时，内置信号转换模块（如A/D转换器）开始工作，数据卡的状态灯由黄变绿。

进一步，本发明为岸基指挥室提供采集、转换得到的数据，基于统一的上位机二次开发函数库，为用户提供针对不同设备类型的无缝切换式接口实现。选用主流应用层协议，提供CAN 节点初始化、报文发送和报文接收等基本功能；并可提供CAN总线错误处理、总线脱离处理、接收滤波处理、波特率参数设置和自动检测以及CAN总线通信距离和节点数的计算等分析研究。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

实现为配套船艇航行数据记录仪（VDR）使用，供各专业人员从VDR读取、下载航行数据，并集成显示控制软件进行数据实时分类分析监控，更可下载到岸基系统供有关指挥官、专家深入研究分析。

观察控制集于一体，观察便捷，可脱离其他计算设备，独立进行采集数据和转发工作。

基于统一的上位机二次开发函数库，为用户提供针对不同设备类型的无缝切换式接口实现。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和效果展示地更加清晰，本发明提供以下附图进行说明。

图1 根据本发明实施的基于单刀双控开关的航行数据显控仪工作原理示意图。

图2 为本发明数采方法的数据采集流程图。

具体实施方式

下面将结合附图1-2详细描述本发明基于单刀双控开关的航行数据显控仪和数采方法。

本发明基于单刀双控开关的航行数据显控仪包括计算机、传感器、信号调理单元、数据采集硬件和软件，计算机的硬盘采用一分二的IDE数据线，从硬盘引出一端连接主板IED插槽，一端连接易驱IDE转USB的转换卡，USB接口位于计算机机箱上。

为响应在数据显控仪和岸基服务器之间同步数据不使用移动存储介质的要求，必须将数据显控仪做到一机两用，即正常工况和存储器工况。

计算机机箱上设计单刀双控开关，供外部计算设备访问。数据显单刀双控开关为电源拨片开关，分别操控电源给主板供电和给转换卡供电，实现正常工况和存储器工况的自由切换。

设置了专用数据线对接VDR的数据输出口：

定制数据线，将其一端用特定航插连接各舱指挥室上方的VDR信号接线箱里的空余口（9号口），一端用串口接USBCAN板卡固化在显控仪箱体内的串口。然后用配套的专用数据线一端接板卡分装盒上的的usb方形口，一端接主机usb通道，工作时转换卡的电源灯会点亮绿色。

设计内置信号转换模块供软件触发调用：

开机，将会自动运行程序；本设计采用软件触发方式，在软件触发方式下，触发源是由软件控制的。当数值写入软件触发的寄存器时，A/D转换器开始工作。数据卡的状态灯由黄变绿。

设计数据采集转换存储软件：

提供手动选择串口通道的窗体，并在显控仪软件系统中引入了ActiveX控件，实现了模拟量的三维数字表头显示及报警功能。通过DLL或是OCX我们所写的控制程序代码就经过层层的转译，一直到DAS卡上的缓存器；而检测程序代码则通过相反的管道将状态返回到我们所写的程序里。在程序中，额外的DLL必须事先告诉其编译器，以便建立和DLL的连接管道。

在程序中点击开始采集，数据将实时显示并保存；若要导出excel，选择保存路径，点击停止采集时，数据将保存到excel中。

本发明的基于单刀双控开关的航行数据显控方法，其特征在于包括如下步骤：

在正常工况时，将单刀双控开关拨片连接至主板供电位置，操控电源给主板供电；在需要读取、存储、显示、或控制船艇VDR内的数据时，将单刀双控开关拨片拨动至连接CAN-USB转换卡进入存储器工况，并在完成数据的读取、存储、显示、或控制后将拨片复位。

本发明从一个基于计算机的数据采集系统得到合理的结果，依赖于系统的每一个组成部分，即计算机、传感器、信号调理、数据采集硬件和软件；同时，数据显控仪的程序设计依靠驱动软件进行了简化，因而用户能够调用传统的语言和应用软件包来设计高级程序。

由此本发明从分析数据显控仪软、硬件的结合和具体实施入手，描述了如何设计数据显控仪的数据通信系统的总体结构，论证了数据处理部分硬件设计的实现性，经过接口测试、数据采集、存储和查询管理，验证出数据显控仪工作稳定，性能良好，系统结构清晰，控制方便，功能较为完善，做出了新的尝试。