船舶廣播系統(tǒng)自動(dòng)開關(guān)機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

高洪超　劉明波

摘 要 本文針對(duì)遠(yuǎn)洋船舶KG-2公共廣播系統(tǒng)的自動(dòng)開關(guān)機(jī)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)思路和實(shí)施方案研究。系統(tǒng)可以根據(jù)需要，自行設(shè)定廣播開關(guān)機(jī)時(shí)間，并具有通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行廣播開關(guān)機(jī)狀態(tài)監(jiān)視、即時(shí)開關(guān)機(jī)命令發(fā)送和執(zhí)行的功能。測(cè)試表明，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)時(shí)性好，滿足功能需求，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值和工程實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞 單片機(jī) 繼電器 時(shí)間 開關(guān)機(jī) 網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)：TN934 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

KG-2型公共廣播系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在大中型船舶、海洋石油平臺(tái)等場(chǎng)所，具有遙控盒控制、通用緊急報(bào)警接口和遙控喊話接口等功能。系統(tǒng)最多可帶4個(gè)遙控盒，根據(jù)工作需要安裝于不同位置，確保緊急情況下在最短的時(shí)間內(nèi)發(fā)號(hào)施令。除上述功能外，KG-2廣播還配套安裝車載CD，用于日常船內(nèi)廣播、集合號(hào)令、音樂(lè)播放等功能。為了保證船員的正常生活和工作，廣播系統(tǒng)需要定期進(jìn)行開關(guān)機(jī)操作。目前，大多數(shù)的KG-2型公共廣播系統(tǒng)是由值班人員在規(guī)定時(shí)間通過(guò)廣播室遙控盒對(duì)廣播主機(jī)進(jìn)行開關(guān)機(jī)操作，保障日常廣播的正常使用，由于值班人員疏漏造成廣播延遲開關(guān)機(jī)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。如果能夠采用計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制電路實(shí)現(xiàn)廣播自動(dòng)開關(guān)機(jī)功能，在規(guī)定時(shí)間準(zhǔn)確的控制廣播開關(guān)機(jī)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對(duì)廣播狀態(tài)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)視和控制，則可以大大減輕值班人員的工作壓力，提高廣播系統(tǒng)工作的可靠性。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)針對(duì)某遠(yuǎn)洋船舶廣播系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，該廣播系統(tǒng)主要通過(guò)遙控盒面板按鍵進(jìn)行各類操作。遙控盒面板設(shè)有電源開關(guān)、喊話、船員、艙面、崗位、旅客、艙內(nèi)、對(duì)講1、對(duì)講2、對(duì)講3、對(duì)講4等功能按鍵，用于操作廣播主機(jī)開機(jī)并選擇輸出區(qū)域。在廣播主機(jī)關(guān)機(jī)狀態(tài)下，按下遙控盒開關(guān)按鍵，等待約1秒鐘，在聽到提示音后按下相應(yīng)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)該區(qū)域單路輸出，或者按下艙內(nèi)按鍵，系統(tǒng)自動(dòng)打開船員、艙面、崗位、旅客區(qū)域按鍵實(shí)現(xiàn)多路輸出，遙控盒面板如圖1所示。

遙控盒按鍵采用按鈕方式，連接在遙控盒核心控制板，S1為開/關(guān)按鍵，在廣播關(guān)機(jī)狀態(tài)下，按下該按鍵打開主機(jī)電源，S2-S7為區(qū)域選擇按鍵，按下相應(yīng)按鍵接通相應(yīng)的輸出區(qū)域。遙控盒按鍵原理如圖2所示。

系統(tǒng)系統(tǒng)主要完成在設(shè)定時(shí)刻對(duì)廣播主機(jī)電源開關(guān)和輸出區(qū)域選擇開關(guān)的控制，由于目前該船舶廣播系統(tǒng)主要使用艙內(nèi)區(qū)域廣播，因此，本系統(tǒng)僅對(duì)電源開關(guān)S1和艙內(nèi)區(qū)域選擇按鍵S7進(jìn)行自動(dòng)化控制，其主要功能有以下幾點(diǎn)：

（1）自動(dòng)按鍵控制。根據(jù)預(yù)先設(shè)定的廣播開、關(guān)機(jī)時(shí)間，自動(dòng)對(duì)電源開關(guān)S1和艙內(nèi)區(qū)域選擇按鍵S7進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)廣播主機(jī)自動(dòng)開關(guān)機(jī)和區(qū)域選擇功能。

（2）遠(yuǎn)程即時(shí)控制。崗位人員可以根據(jù)需要，實(shí)時(shí)向廣播主機(jī)發(fā)送控制命令，實(shí)現(xiàn)人員對(duì)廣播系統(tǒng)的遠(yuǎn)程即時(shí)控制功能。

（3）遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)視。崗位人員可以根據(jù)需要，實(shí)時(shí)獲取廣播系統(tǒng)開關(guān)機(jī)和區(qū)域選擇狀態(tài)。

根據(jù)上述功能需求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。系統(tǒng)主要由核心控制板、監(jiān)控微機(jī)、管理微機(jī)組成，監(jiān)控微機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向管理微機(jī)發(fā)送各類控制和狀態(tài)監(jiān)視命令，管理微機(jī)通過(guò)串口控制核心板進(jìn)行各類命令執(zhí)行和狀態(tài)信息搜集。正常情況下，核心控制板自動(dòng)走時(shí)并實(shí)時(shí)與系統(tǒng)設(shè)定的開關(guān)機(jī)時(shí)間進(jìn)行比對(duì)，比對(duì)一致則進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作，完成廣播開關(guān)機(jī)操作。

從圖3中可以看出，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，其中，硬件設(shè)計(jì)主要是指核心控制板的設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)主要是指遠(yuǎn)程監(jiān)控程序的設(shè)計(jì)。

2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)硬件主要由C51單片機(jī)、DS12C887時(shí)鐘芯片、MAX232串型接口芯片、數(shù)碼管、繼電器等模塊構(gòu)成。其基本原理如圖4所示。

圖4中，時(shí)鐘模塊為單片機(jī)提供時(shí)間信息，S1、S2、S3為時(shí)間調(diào)整按鍵，其中，S1是功能選擇鍵，在按下后可以通過(guò)S2和S3分別對(duì)時(shí)、分進(jìn)行加減調(diào)整，以確保核心控制板走時(shí)與船時(shí)同步；信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和管理微機(jī)間的數(shù)據(jù)通信功能；單片機(jī)控制繼電器完成各類控制功能，其中，K1繼電器作為遙控盒開關(guān)機(jī)使用，常開觸點(diǎn)并聯(lián)在遙控盒“開/關(guān)”按鍵， K2繼電器作為輸出區(qū)域選擇使用，常開觸點(diǎn)并接在遙控盒“艙內(nèi)”按鍵，單片機(jī)在指定時(shí)間分別輸出高電平或低電平控制繼電器動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)廣播開關(guān)機(jī)和區(qū)域選擇的控制，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器控制的原理如圖5所示。

圖5中，假定單片機(jī)內(nèi)設(shè)定廣播開機(jī)時(shí)間和關(guān)機(jī)時(shí)間分別為06：25和22：05，當(dāng)時(shí)間模塊走時(shí)到06：25，單片機(jī)端口輸出高電平“1”，三極管Q1導(dǎo)通，繼電器K1動(dòng)作，常開觸點(diǎn)閉合，接通遙控盒開/關(guān)按鍵，廣播主機(jī)開機(jī)，延時(shí)1s后，發(fā)送低電平“0”，三極管Q1截止，繼電器線圈失電，常開觸點(diǎn)恢復(fù)初始狀態(tài)，為下次動(dòng)作做準(zhǔn)備，同時(shí)在另一輸出端口發(fā)出高電平“1”，三極管Q2導(dǎo)通，接通繼電器K2，常開觸點(diǎn)閉合，選擇艙內(nèi)區(qū)域輸出，延時(shí)1s后再次發(fā)送低電平“0”，三極管Q2截止，斷開K2線圈電路，常開觸點(diǎn)恢復(fù)初始狀態(tài)，完成廣播開機(jī)和區(qū)域選擇。當(dāng)時(shí)間模塊走時(shí)到22：05時(shí)，單片機(jī)端口輸出高電平“1”，三極管Q1導(dǎo)通，繼電器1線圈得電，常開變常閉，導(dǎo)通遙控盒按鍵，廣播主機(jī)關(guān)閉，延時(shí)1s后，發(fā)出低電平“0”三極管Q1截止，繼電器K1線圈失電，常開觸點(diǎn)恢復(fù)初始狀態(tài)，為下次動(dòng)作做準(zhǔn)備。

為避免因串入電壓引起設(shè)備故障，本電路只使用繼電器的常開、常閉觸點(diǎn)，導(dǎo)通電路中沒(méi)有增加任何額外電源，和遙控盒手動(dòng)按鍵操作保持相同的方法。為解決在船岸電轉(zhuǎn)換時(shí)時(shí)間需重新設(shè)置的問(wèn)題，在電路設(shè)計(jì)中使用了時(shí)鐘芯片，在電路斷電后時(shí)間芯片繼續(xù)走時(shí)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間加電測(cè)試和實(shí)際使用，該電路具有高可靠性和穩(wěn)定性。為安全起見，電路中所采用的元器件均為低壓器件，供電電壓采用直流12V供電。有效提高了電路的安全性。

2.2系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)利用LabWindows/CVI豐富的界面設(shè)計(jì)資源完成主界面的設(shè)計(jì)，利用豐富的函數(shù)庫(kù)完成各類控制、顯示以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。

圖6中，軟件運(yùn)行界面包括時(shí)間顯示區(qū)、狀態(tài)顯示區(qū)、功能操作區(qū)。其中，時(shí)間顯示區(qū)用于顯示核心控制板時(shí)間；狀態(tài)顯示區(qū)可以根據(jù)接收的串口命令，實(shí)時(shí)顯示廣播主機(jī)的開關(guān)機(jī)狀態(tài)和廣播開關(guān)機(jī)記錄，配有指示燈顯示和文字顯示；功能操作區(qū)用于對(duì)核心控制板進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，遠(yuǎn)程命令通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到監(jiān)控微機(jī)，監(jiān)控微機(jī)通過(guò)串口將命令發(fā)送至單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)接收到的命令進(jìn)行相應(yīng)的功能操作，包括時(shí)間調(diào)整，開關(guān)機(jī)操作等。

3結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)遠(yuǎn)洋船舶廣播系統(tǒng)增加定時(shí)開關(guān)機(jī)電路，不僅提高了廣播系統(tǒng)在開關(guān)機(jī)時(shí)間上的準(zhǔn)確性，完成了廣播狀態(tài)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)減輕了值班人員的工作壓力，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理的網(wǎng)絡(luò)化、智能化，適用于所有需要進(jìn)行遠(yuǎn)程按鍵操作的場(chǎng)合，具有一定的工程實(shí)用價(jià)值和推廣價(jià)值。