[发明专利]一种用于喷水推进控制的高速数据采集系统

说明书

技术领域

本发明涉及船舶控制技术领域的一种高速数据采集技术，具体地，涉及一种用于喷水推进控制的高速数据采集系统。

背景技术

喷水推进技术是一种不同于传统螺旋桨推进的新型推进技术，该技术利用装在船尾部的喷水泵向后喷出水流产生的反作用力来推动船体向前运动，同时通过控制方向舵、倒航斗的摆动操纵船体运动的方向，涉及到动力系统、计算机控制、通信系统等多个学科，具有推进效率高、操作灵活、工作平稳、振动噪声低及传动结构简单等特点，在高性能船舶上得到了广泛应用。喷水推进控制系统承担着对船舶运行情况进行监测、控制的任务，其中，对船体运行时的关键状态变量进行可靠、快速的监测尤为重要。

用于喷水推进控制的关键状态变量（如方向舵及倒航斗的角度、液压缸工作压力、液压缸行程等）监测系统一般由单片机、传感器、变送器构成，虽然结构上相对简单，但是系统的稳定性、快速性与数据采集精度难以得到保证。另外由于单片机上传到上位机的数据只是用来监控船体运行状态，通常没有存储历史数据功能，数据加工能力较弱；而且，系统发生变更时，譬如因升级增加测量通道，需要专业人员对单片机程序进行重新修改，维护工作量较大。

经过对现有技术的检索，中国专利（申请号201210513353.2，公开日2013-3-13），记载了一种内河船舶的智能信息采集控制系统及方法，包括船载智能终端和控制平台两部分，通过二者之间的无线通信，实时接受所监控船舶的静态、动态信息。但是该方案采样周期为10s，频率较低，信息处理功能较弱，系统扩展性较差，难以构成对实时控制的支撑。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于喷水推进控制的高速数据采集系统，以解决现有技术中的不足。

为了达到上述目的，本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种用于喷水推进控制的高速数据采集系统，应用于船舶上，所述船舶包括船体，船体上设置方向舵和倒航斗的转动轴、液压缸进油管道和控制室，其中，包括：角度传感器、压力传感器、位移传感器、信号调理模块、多芯电缆、I/V转换模块、37针接线板、数据采集卡、上位机以及数据采集部分，所述角度传感器与所述方向舵和倒航斗的转动轴同轴连接；所述压力传感器安装于所述液压缸进油管道处；所述角度传感器、所述压力传感器、所述位移传感器的信号输出端均与所述信号调理模块连接，所述信号调理模块、所述多芯电缆、所述I/V转换模块、所述37针接线板依次相连；所述37针接线板与所述数据采集卡连接；所述数据采集卡与所述上位机相连；所述信号调理模块用于对所述角度传感器、所述压力传感器、所述位移传感器变送的电压信号进行隔离、放大及向标准电流信号的转换，调理后的信号通过所述多芯电缆实现从船体尾部到控制室的远距离传输；

所述I/V转化模块用于将多芯电缆传输的标准电流信号转换成标准电压信号，标准电压信号通过数据采集卡进行采集；所述37针接线板用于将37针D形接头引出为接线柱形式，便于信号线接入；所述数据采集卡具有多路模拟量输入通道，用于将标准电压模拟信号转换成数字信号，并通过USB传输协议发送到上位机；

所述数据采集部分包括高速数据采集模块、参数配置模块、信号转换模块、数据存储模块、图形绘制模块和图形信息显示模块：所述高速数据采集模块用于驱动数据采集卡，将各通道电压模拟信号连续地、高速地转换成相应的数字信号，数字信号形式为原码值；所述参数配置模块用于对数据采集系统的采样频率、通道数、信号连接方式、信号量程、物理量程按照需要进行参数配置；所述信号转换模块用于将高速数据采集模块采集得到的数字信号原码值还原成电压值，以及转换成对应的物理量值；所述数据存储模块用于将信号转换模块转换后的数字信号存储成为数据文件形式，便于用户对历史数据进行离线分析；所述图形绘制模块用于在人机交互界面中实时绘制各通道信号，方便用户直观、实时地观测、分析所采集的各通道信号；所述图形信息显示模块用于所绘曲线指定区间对应的时间宽度和指定位置对应的各变量值的计算和显示。

上述的一种用于喷水推进控制的高速数据采集系统，其中，所述多芯电缆为铜芯多股带双屏蔽层软线电缆，具有接地的屏蔽层。

上述的一种用于喷水推进控制的高速数据采集系统，其中，所述数据采集部分涉及到的信号转换方法包括：

信号原码转换为对应电压值：

N为数据卡采集到的信号的原码值，0～2ⁿ-1，V_min为电压信号量程下限，V_max为电压信号量程下限，V为对应的电压值，n为ADC转换位数；