HMI在船舶车令记录仪中的应用

丁蓓蓓，秦　珩

（海军92896部队，大连116018）

HMI在船舶车令记录仪中的应用

丁蓓蓓，秦珩

（海军92896部队，大连116018）

船舶车令记录仪是重要的船舶航行设备。使用人机触摸屏（HMI）设计的车令记录仪不仅显示界面丰富多彩，而且正确运用HMI自带的打印功能，驱动微型打印机，可以减少指令代码，取到事半功倍的效果。本文分析了船舶车令记录仪的功能特点，工作原理。重点介绍了威纶HMI的界面设计，图控软件的使用方法，HMI自由通讯协议的实现，微型打印机的使用方法。本文的研究及其采用的技术，可以大幅度简化系统结构，提高系统（设备）的性能和功能。

车令记录仪HMI微型打印机宏指令

0　引言

在海上航行的船舶中，车令记录仪是必不可少的装备之一，它随时记录着船舶的主机操作指令和主机转速等数据。

车令记录仪通常记录两组数据，一组为车钟指令，另一组为主机转速。其中，车钟指令指驾驶室和集控室操纵左右主机的指令，包括：进五、进四、进三、进二、进一、空车、退一、退二、退三。

车令记录仪使用微型打印机作为输出设备，在纸带上打印车令发生的日期、时间、车令和转速。一般的的车令记录仪大多使用LED发光二极管和数码管作为指示器和显示器，信息显示不全面，内容过于简单，不直观。

我们研制的HXG- 926型车令记录仪采用单片机采集车令信号，使用微型打印机作为输出设备，采用带触摸功能的彩色液晶屏HMI作为显示器，具有显示界面丰富，形象直观，操控方便的特点。

1　系统设计

1.1工作原理

HXG- 926型车令记录仪主要由五部分组成，车令传感器、转速传感器、信号采集板、人机触摸屏（HMI）和微型打印机。其功能框图如下图所示。工作过程如下：信号采集板采集车令传感器（高精度电位器）的0 V～10 V信号，经过ADC转换为数字信号；同时采集主机转速传感器的脉冲信号，经过计时器计算，转换为转速数据。信号采集板将采集到的数据通过RS485送到HMI进行显示。HMI在显示车令和转速的同时，将数据按照一定的格式通过RS232送微型打印机进行打印。

图1　系统方框图

1.2设计方案

1） 车令传感器：由安装在车令操纵器（车钟）转轴上的角度电位器来完成，输出0～10 V电压，密封防水设计。其主要特性如下：

电气行程：0～360°

机械行程：0～360°

供电电压：10 VDC

输出电压：0～10V

分辨率：0.088°

车令信号分为四路，分别为驾驶室左车钟、驾驶室右车钟、集控室左车钟、集控室右车钟。

2） 转速传感器：由安装在主机飞轮上的磁脉冲传感器来完成，输出与转速成正比的频率信号。转速信号分为两路，分别为：左主机转速、右主机转速。

3） 信号采集板：以MCS-51单片机为主控制芯片，具有成本低，结构简单，性能稳定的特点。

其工作原理为：信号采集板模拟量通道接收车令传感器的0 ～10 V电压信号，经ADC转换，形成数字信号，送入单片机。频率量通道接收转速传感器的脉冲信号，经电平转换电路转换为TTL电平，送入单片机处理。

单片机将计算出来的车令数据和转速数据通过RS485送HMI进行显示。

4）显示部分：使用的威纶人机触摸屏（简称HMI），型号MT6050iH，软件EB8000V465.13。其主要性能如下：

显示器：4.3”、Widescreen

分辨率：480×272

处理器：32 Bit RISC 400 MHz

COM1 （RS-232/RS-485 2 W/4 W）

COM3 （RS-485 2 W）；

电源输入：24±20%VDC，250 mA@24VDC

内存（DRAM）：64 MB DDR2 on board

闪存： 128 MB flash memory on board

历史资料容量：48 MB

通讯口：2组异步式串行通讯端口

由以上信息可以看出，威纶HMI不仅仅是显示器，其自带的高性能处理器，可以进行各种逻辑运算和复杂的数据运算。另外还带有记忆保持单元，失电后能保持数据不被修改。

2　系统功能实现

2.1系统需求分析

系统工作过程中需要处理的判断和操作很多，归纳如下：

1）四路模拟信号输入（0 V～10 V）；2）根据输入的模拟信号判断当前的车令；3）两路脉冲信号输入；4）根据输入的脉冲信号计算当前转速；5）显示和保存当前车令、转速；6）保存和显示历史数据；7）打印的处理。

2.2信号采集板程序

使用KEIL2进行开发，主要包括系统初始化函数、ADC转换函数、定时器处理函数、串口处理函数等。

2.3HMI图形界面的实现

该项目使用EB8000图控软件编辑图形界面，EB8000是一款人机界面领域的经典软件，也是目前市场上最流行的软件之一。

HXG- 926型车令记录仪主要有两个界面：主工作界面和历史数据界面。

主工作界面如图2所示。主要使用了文字元件、数值输入文件、多状态指示灯、功能键元件等。

图2　主工作界面

历史数据界面如图3所示。主要使用了文字元件、历史数据显示元件、功能键元件等。

2.4HMI自由通讯协议的实现

威纶HMI支持大多数主流PLC，可以与这些PLC很好的通讯，传输数据。同时，威纶HMI也支持开放的自由通讯协议，可通过宏指令编写通讯程序，实现与非标准通讯协议设备的连接。由于该项目中HMI连接的是单片机，而不是PLC，所以必须使用HMI的自由通讯协议功能。

图3　历史数据界面

利用自由通信协议时必须进行以下设置操作：

1）PLC类型要设置为Free Protocol。

2）双方通信参数设置要完全一致，单片机的串口通讯要设置波特率为9600 b ps，数据位8，停止位1。

3）EB8000在【编辑】-＞【系统参数设置】-＞【设备列表】中做如下设置。

COM： COM3（9600，N，8，1）；

接口类型： RS-485 2 W。

4）编写宏指令。数据接收部分的宏指令如下：

从上面的程序可以看出，在正确设置通讯参数后，HMI接收数据非常简单，一个INPORT（）语句就可以，完全不用理会繁琐的中断函数。

完成以上设置，当HMI下载成功后，点击“打印”键，就能将屏幕上显示的画面按1：1的比例打印出来。

3　结论

本文介绍了一个船舶上使用的车令记录仪的设计和实现的要点。该设备技术特点：1）车令模拟信号和主机转速脉冲信号的采集由单片机及其外围电路完成。2）充分应用了HMI的人机对话功能和打印功能。 3）该设备与现有的车令记录仪产品相比，画面显示生动直观，性能稳定可靠。本文的创新点在于成功的将HMI的操作显示和打印功能引入船舶车令记录仪的设计。

［1］ 台湾威纶科技公司. EB8 000人机界面使用说明书和软件使用手册，2009.

［2］ 谭一川，陈曾汉. HM I在烟草行业能源管理系统中的应用.计算机信息，2009，25（3） ：23-25.

［3］ 郭会堂. 触摸屏在人造板生产线控制系统中的应用. 林业机械与木工设备，2012，40（2）：12-14.

Applications of HMI to Ship’s Driving-Command Recorder

Ding Beibei，Qin Hang
（No.91370 Troops of PLA， Dalian 116018，Liaoning，China）

Ship’s driving-command recorder is an important navigational instrument. HMI design of the driving-command recorder has colorful display interface, print function, micro-printer driver, and reducing instruction code with the multiplier effect. This paper analyzes a ship’s driving-command recorder features, and working principle, and mainly focuses on using WEINVIEW HMI, control software, freedom HMI communication protocol, and micro printer. Research and technology used in this article, can greatly simplify the system structure ,and improve the equipment performance and functionality.

driving- command recorder; HMI; micro-printer; Macro

TM930

A

1003-4862（2015）09-0019-03

2015-06-09

丁蓓蓓（1985-），女，工程师。研究方向：舰船工程。