分布式航行信号灯灯丝
故障监测系统
谭英，肖纯，张兴飞，李强，何怡
武汉理工大学 自动化学院 中国武汉 430070
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摘要
针对船舶航行信号灯的环境要求，设计了一种分布式航行信号灯故障监视系统，该系统分为从站、主站和航行数据记录仪三层结构，可用于监测断丝故障，短路故障和航行信号灯电源故障。在从机和主机、主机和VDR（航行数据记录器）之间均采用成熟的RS-485通讯总线技术。主站从从站中获取所有航行信号灯的信息，并在处理后将这些接收到的数据发送到VDR。该系统已在实践中成功应用，可以有效地监控航行信号灯灯丝的状态，并在发生故障时给出报警信息。另外，监控系统可以快速准确地追踪故障位置和类型，使航行信号灯能够及时得到维修。
关键词：航行信号灯，RS-485，分布式监控系统。
引言
在晚上航行信号灯可以用于显示船舶航行或停泊状态以及船舶的大小和航行方向，由于海水经常溅在航行信号灯周围，很容易造成航行信号灯工作电路短路，颠簸容易使航行信号灯灯丝振断，所以航行信号灯的故障率很高。监视航行信号灯的状态及发出故障报警，并检测故障点和故障类型，对航行信号灯的正常工作和维护是至关重要的。如果采用单点离散监控方式去监测灯丝状态， 维护起来耗时耗力。
分布式航行信号灯故障监测系统的设计采用了从站到主站的两层结构，从站检测航行信号灯灯丝状态和电源状态，并通过RS-485总线将故障航行信号灯的状态信息发送到主站，主站在处理完后将状态数据发送到VDR和模拟站，以便可视化航行信号灯状态。当主站收到从站的报警信号，它会通过RS-485总线向从站发送报警确认信号，从站利用短路法来实现对航行信号灯短路检测 ，同样短路法检测的结果将通过总线发送到主站，主站采用数字信号的形式将短路法检测到的信息通过总线发送到VDR，该监控系统可以准确地将检测到的航行信号灯断线，短路和停电等信息发送给VDR。VDR在海上事故调查中起着关键作用，有助于加强船舶营运的安全监督和管理水平[ 2 ]。
分布式故障监测系统的总体方案
根据通用航行信号灯故障监测仪的要求，系统由两部分子系统组成，即断线故障监视子系统和短路故障监视子系统，故障监测系统的总体方案如图1所示。
图1故障监测系统总体方案
断线故障监视器子系统由DBW（断线检测）主站、模拟从站和DBW从站组成，成熟的MAX485通信总线技术不仅在主机和从机之间采用，还在主机和VDR（航行数据记录器）之间采用[3,4]。DBW主站可以通过RS-485总线从DBW从站获取航行信号灯的断线报警数据和电源状态数据，所有这些信息都将在处理完成后发送到VDR。当航行信号灯状态、报警状态或电源状态信息改变，信息将被发送到模拟站实时刷新。从模拟站返回的报警识别信息将通过RS485数据总线发送到DBW从站， 然后由DBW从站显示灯的报警信息，DBW从站检测到航行信号灯的断丝状态，定义灯光报警信息并将状态数据发送到DBW主站[5]。模拟站的主要任务是接收并实时显示从主站发回的所有信号的状态，它可以确认来自DBW从站的报警信息。
航行信号灯短路故障监测子系统由DSC（短路检测）主站和一些DSC从站组成，DSC主站可以通过RS485数据总线获取DSC从站提供的航行信号灯短路故障信息，所有数据在处理后都会发送到VDR，它会实时显示数码管的相关报警信息。当DSC从站检测到航行信号灯发生短路故障，发出声音报警信息并将状态数据发送到DSC主站。
断线故障监视子系统
DBW主站的硬件结构
DBW主站由功率放大单元，信号处理单元，声光报警模块和通讯单元组成。 系统结构如图2所示。
声光报警器是由报警模块提供，通信单元分别由DBW从站，模拟从站和VDR设备的三个RS485接口组成。DBW主站从DBW从站接收到状态信息，并将处理后的状态信息通过RS485数据总线发送到VDR装置[ 6, 7 ]。DBW主站把DBW从站发来的状态信息发送到模拟从站，当DBW主站接收到从模拟站的报警确认信号，主站将报警确认信号发送给DBW从站，然后DBW从站修改监控系统控制面板上的指示灯状态。
图2 DBW主站的架构 图3 DBW从站的体系结构
断线检测从站
断线检测从站由功率放大单元，信号处理单元，断丝检测单元，通讯单元和报警单元组成，DBW的从站架构如图3所示。当检测断丝的单元获取灯丝状态数据时，它把状态数据送到处理单元，处理单元在识别到灯丝断丝时发出报警信息，然后将灯丝的故障信息和电源的状态信息发送给DBW主站。
图4电源检测电路 图5灯丝检测电路
检测单元由电源状态检测电路和灯丝状态检测电路组成。
电源状态检测电路如图4所示，当航行信号灯的供给电源为AC 220V（DC 24V）时，电源线两端分别接于A1和B0（或A1和B1）。当电源正常时，光耦4N36导通，X为低电平（约0.7V）；当电源不正常（未接或短线时），光耦4N36截止，X为高电平（约5V）。
灯丝状态检测如图5所示。当电源（X为低电平）和航行信号灯HL1均正常时，Y为低电平（约0.7V），否则Y为高电平（约5V）。
仿真从站：
模拟从站由功率放大单元，处理单元，键盘阵列，通信单元和LCD显示单元组成，模拟从站接收并显示来自DBW主站的状态信息，来自DBW从站的警报信息由键盘确认，航行信号灯的状态以不同的颜色显示，绿色正常，红色警示但未确认，蓝色警示且确认，黑色表示没电。
断丝故障监视器的控制流程
控制程序由DBW主站程序，DBW从站程序和模拟从站程序组成。DBW主站程序是由初始化程序，与DBW从站、模拟从站和VDR的通信程序构成。主站向DBW从站发送握手信号，并从从站中接收航行信号灯的状态数据，当状态数据与上次状态数据不同时，主站会将状态数据发送到VDR设备[8]。当主站获得确认警报时信息，它会将确认的报警信息发送到DBW从站。DBW从站程序由初始化程序，灯丝检测程序和与DBW主站的通信程序组成。仿真从站的程序是由初始化程序，显示航行信号灯状态的程序，按键程序，与DBW主站的通信程序组成。
短路故障监视子系统
主站检测短路电流的体系结构
检测短路的主站（DSC）由功率单元，处理单元，通讯单元和报警单元构成。DSC的主站架构如图6所示。报警单元提供短路声光报警，通信单元由两个用于DSC从站和VDR的RS485通信接口组成，DSC主站接收来自DSC从站的状态数据，并通过RS485数据总线将已经处理的信息发送到VDR设备。
图6 DSC主站的架构 图7 DSC从站的体系结构
用于检测短路的从站
检测短路的从站由功率单元，处理单元，短路检测单元，通讯单元和报警单元构成。DSC的从站架构如图7所示。当短路检测电路获得灯丝电路的状态后，将状态信息发送到处理单元，处理单元识别出灯丝故障，并发出报警信息，同时将灯丝故障信息发送到DSC主站。
短路检测电路如图8所示，当保险丝和航行信号灯HL1均正常时，Z的电压为低电平（约0.7伏），当熔断器切断时，Z的电压为高平（约5伏）。
图8短路检测电路
短路故障监测的控制流程
控制程序由DSC主站程序和DSC从站组成，DSC主站程序由初始化程序，与DBW从站之间的通讯程序，以及与VDR之间的通讯程序组成。主站向DSC从站发送握手信号，并接收来自用于DSC从站的航行信号灯电路状态信息，当状态数据与上次的状态数据不同时，主站将把状态数据发送到VDR。DSC的从站程序由初始化程序，短路检测程序，与DSC主站的通讯程序组成。
总结
本文设计实现了一种分布式航行信号灯故障监测报警系统，通过主站和从站以及VDR三层结构来监测航行信号灯断线状态，短路状态和电源故障状态。成熟的RS485通信总线不仅使用在主机和从站之间，而且还被使用在主站和航行数据记录器之间。这种分布式故障报警监控系统已成功在航行信号灯中应用，它能够有效监控航行信号灯的状态以及故障报警信息，该系统还可以快速，准确地进行检测故障点，为及时维护航行信号灯提供依据。
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分布式无线安全报警器系统的设计
吴华、王成、张光远 范伟丹
信息科学与电子工程学院 济南昊宏伟业科技咨询有限公司
山东交通大学 中国济宁
中国济南 电子邮件：fanweidanjn@126.com
电子邮件：wuhua1982111@126.com
摘要
本文基于MSP430微控制器和nRF905无线收发器模块设计了一个智能无线安全报警系统，首先基于TDMA设计了分布式无线网络报警器终端，报警终端采用超低功耗单片机MSP430F149作为微处理器，nRF905作为无线收发芯片。它基于BISS0001设计了人体探测器，基于MQ-2设计了烟雾传感器模块，贵重物品检测器基于315M无线收发模块，人员计数器基于红外线光电开关模块，该系统可广泛应用于各种无线监控领域场合。
关键字：MSP430; nRF905; TDMA;无线安全报警系统
1.引言
传统的现场报警系统大多采用固定线路模式，这种方式成本高，不灵活，面临着线路老化等问题，也有许多野外环境需要监控不适合布线，智能无线安全报警系统的优点是提高了布网效率，可以灵活改变、使用稳定，尤其在户外监控有更大的优势。本设计采用超低功耗的MSP430单片机为处理器，采用广泛应用于工业监视数据的无线模块nRF905，具有简单可靠的和配置灵活的工作特点。
2.系统设计
由于需要进行多点监视，所以使用TDMA通信方法来实现分布式控制，意味着主机节点通过查询监视从节点，通常从机是无线接收器，接收主机信号，然后确定地址是否是本地的地址，如果是，它会发出监测信号，然后主机从从机接收查询信号，当从节点接收来自主机的信号，它
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