基于单片机的船舶机舱组合报警系统设计

孙艳秋

（渤海船舶职业学院，辽宁葫芦岛 125000）

0 引言

按照CCS《钢质海船入级规范》和SOLAS公约要求，在现代船舶中,一些较重要设备的报警,如：通用紧急报警、CO2释放报警、火灾报警、电话呼叫、车钟呼叫、机器故障报警和轮机员安全报警等，除了有单独的报警板之外，还把报警信号传输到机舱组合报警系统，发出相应的声光报警，以便通知机舱工作人员及时采取应急处理措施。为了保证接收人员能够区分报警信号的种类，机舱组合报警系统要能够发出多种不同音调的报警声响，且两个或两个以上报警信号同时发生时，只能发出高优先级的报警信号声响。机舱组合报警系统输入信号说明见表1。

本文利用单片机控制可靠性好、简单灵活等优点，采用宏晶STC12C5608AD单片机和音频功率放大器芯片TDA1013B，设计了一种具有多输入通道、多音调选择、可区分报警优先级的报警控制电路，该报警电路可广泛应用于实船机舱组合报警系统。

1 基于单片机的机舱组合报警系统总体方案设计

系统采用STC12C5608AD单片机作为控制核心，音频功率放大功能由TDA1013B芯片完成，靠软件实现不同音调的报警声响，便于修改；各路报警输入信号音调选择可以通过接在单片机I/O口上的编码开关来选择；报警信号的优先级顺序则靠软件查询来实现。系统包括：控制器芯片及电源部分、报警信号输入、报警音调选择电路、功放电路等几部分，总体结构如图1所示。采用单片机引脚P3.7作为音频脉冲信号输出口，驱动功放芯片，使扬声器发出声音。7 路具有优先级的报警输入信号经光耦隔离后输入单片机。单片机使用11个I/O 口对编码开关进行定时扫描，其中7个用于编码开关的选通，4个用于输入各个编码开关的状态[3]。

2 系统硬件设计

2.1 单片机及其电源电路

STC12C5608AD单片机具有超速、低耗、超强抗干扰能力等优点，指令代码完全兼备8051，但是速度比8051快8-12倍[2]。单片机采用外部6 MHz 晶振电路，由集成稳压器芯片7805将系统供电电源DC24 V 转换为5 V 电压，给单片机供电。24 V 直流电压可作为报警输入信号的正电压，同时也为音频功率放大器芯片供电。如图2所示为系统所用单片机及其电源电路。

2.2 报警信号输入部分

机舱组合报警系统的 7路报警信号来自各系统的独立报警板，以无源常开触点的形式送入[5]。报警输入信号IN0~IN6经光耦耦合器隔离后，输入单片机的P1口,分别占用P1.0~P1.6，采用软件查询方式判断各路报警信号是否发生。如图 3所示为其中一路报警信号输入电路。

2.3 报警音调选择电路

一路报警信号对应一个十进制的编码开关，报警信号播放的音调，取决于编码开关的设定值，最多可有0～9十种音调供选择，如图4所示。接在P1口上的报警输入信号与接在P2口上的音调选择开关之间的对应关系为：P1.X→P2.X。单片机对报警输入电路进行定时扫描，如果输入口状态全为“1”，表示无报警；如果P1.0～P1.6 七个引脚中有一个为低电平， 则表示有对应的报警信号输入。然后通过软件令对应的P2.X输出低电平，再读取接在该位上的编码开关P3.0～P3.3 的状态，可以得到对应的编码开关的编码，选择该编码对应的音调程序驱动音调输出口P3.7即可。

2.4 音频功率放大电路

单片机输出的音频报警信号包括音阶（音符的频率）和节拍。利用单片机发声的基本方法是：高低不同的音调取决于单片机输出脉冲信号的频率，节拍则决定了该音调持续多长时间。在单片机中，音调和节拍是由两个字节组成的：第一字节是音符字节，决定音调的高低即输出脉冲的频率，第二字节是节拍字节，决定音调长短的持续时间。因此，算法很简单：定义单片机的一个I/O引脚为声音输出口，在规定的节拍时长内（可用定时器定时），在所定义的I/O引脚上根据音符字节的大小输出相应频率的脉冲，该脉冲就是单片机产生的音频信号，使用该脉冲去驱动音频功率放大器，功放的输出端驱动报警电笛即可。本设计选用TDA1013B音频功率放大器来驱动报警电笛，TDA1013B是一种带有直流音量控制的集成音频功率放大器，供电电压范围10～40 V 。

控制电压2～6.5 V，外部只需很少的元器件，性能稳定，驱动能力强。驱动电路如图5 所示。功放芯片1，9 脚是地。24 V 电压经LC 滤波后输入3 脚。单片机输出的报警信号经电阻分压和点电容隔直后输入芯片第8 脚。芯片第7 脚接可变电阻，用于音量调节。

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3 系统软件设计

系统的软件采用模块化设计，要点如下：

1）主程序开始为初始化模块，所使用的I/O口、定时器、计数器、中断要初始化；2）采用软件查询方式判断是否有报警信号输入，是哪一路输入，各路报警信号输出程序以子程序调用的方式处理，因此主程序的核心程序段是一段无限循环的查询程序。3）如果同时有多个报警信号输入，则优先级高的输入得到响应，由软件查询顺序的先后来实现报警优先级排队。然后读取编码开关的状态，看需要输出哪种报警音调。再进行报警信号输出，一个输出周期结束后，重新循环。软件设计流程图如图6所示。

4 结束语

上述基于STC12C5608AD单片机和TDA1013B音频功率放大器设计的机舱组合报警系统控制电路，符合CCS规范和GB9193-2005《船舶声光报警信号和识别标志》要求，软件修改方便，可靠性较高，报警灯柱和报警灯板构成灵活，已在多艘实船上得到应用。

[1]B9193-2005船舶声光报警信号和识别标志[M]. 北京：人民交通出版社，2006.

[2]STC单片机官网， www.STCMCU.com.

[3]高建树，许亮亮. 基于单片机的多点测控系统设计[J]. 微计算机信息, 2009.

[4]胡汉广. 单片机原理及其接口技术[M]. 北京：清华大学出版社，1999.