自动操舵仪CAN智能节点的设计与实现

收稿 日期 ： ２ ０ １ ２— ０ ８— ０ ７
修 回 日期 ： ２ ０ １ ２— ０ ８— ２ ７
图 ２ 系统 结 构 原 理 图
第一作者简介 ： 周
岗（ １ ９ ７ ３一） ， 男， 博士 ， 讲师
研究方向 ： 船舶 自动驾驶控制系统
Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ： ｊ ｙ ｚ ｇ ｚ ｚ ｔ ＠１ ６ ３ ． Ｃ Ｏ ／ ／ １
带来 了很 多不便 ， 采用 Ｃ Ａ Ｎ总线 易于 实现 全船 网 络互 连 、 数 据共享 ， 具有 很好 的应用 前景 。其 系统 的基 本结 构 见 图 ２ 。罗 经 、 Ｇ Ｐ Ｓ 、 计程 仪 、 Ｖ Ｄ Ｒ、 显 示部 件等设 备节 点 挂 接 在 总线 上 ， 将 数 据 发送 总 线， 需 求信 息 的部 件通 过 设 置 标识 符 读 取 总线 上 信息 ， 实 现 了数 据共享 。
一
消 息处理 寄存 器 为 只读 寄 存 器 ， 消 息 处 理 寄 存器 提供 中断 、 错误 、 发送／ 接 收请 求 和 新 数 据 信
息。
２ ． ２ Ｃ Ａ Ｎ 收 发器
步 构 成 自动 化 系 统 ， 实现控制 、 报警 、 显示 、 监
控、 优化及管控一体化的综合 自动化功能打下基
自动操 舵 仪 Ｃ Ａ Ｎ智 能 节 点 的设 计 与实 现
周 岗 。 陈永 冰 ， 孟 云飞 ， 徐务农
（ １ ． 海军工程大学 电气与信 息工程 学院， 武汉 ４ ３ ０ ０ ３ ３ ； ２ ． 海军９ ０ ２厂 ， 上海 ２ ０ ０ ０ ８ ３ ）
摘
要： 在分析使用 比较广泛 的 自动操舵仪结构的基础 上 ， 提 出基 于 Ｃ Ａ Ｎ总线 自动舵的整体结 构 ， 简要
础。
Ｃ Ａ Ｎ总线 收发 器提 供 了 Ｃ Ａ Ｎ控 制 器 与 物 理
２ Ｃ ８ ０ ５ １ Ｆ ５ ０ ０ Ｃ Ａ Ｎ 控 制 器 及 驱 动 器
系统 选 取 Ｃ ８ ０ ５ １ Ｆ ５ ０ ０芯 片 进 行 智 能 节 点 设 计， Ｃ ８ ０ ５ １ Ｆ ５ ０ ０具有 Ｃ Ａ Ｎ控 制器 ， 用 Ｃ Ａ Ｎ协 议 进 行 串行通 信 。Ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ｏ ｎ Ｌ ａ ｂ ｓ Ｃ Ａ Ｎ控 制器 符合 Ｂ ｏ ｓ ｃ ｈ
介绍 Ｃ ８ ０ ５ １ Ｆ ５ ０ ０单 片机 的 Ｃ Ａ Ｎ控制器及收发器。对 自动舵 的 Ｃ Ａ Ｎ通用智能节点进行硬件和软件实现 ， 制定 节点标识符分配方案 。
关键词 ： 自动舵 ； Ｃ Ａ Ｎ； 智 能节点 ； 标识符
中 图分 类 号 ： Ｕ ６ ６ ６ ． １ １ 文 献标 志 码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ １ － ７ ９ ５ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ － ０ １ ７ ２ － ０ ４
传 统 的 自动操 舵 仪 内部通 信 方 式 并 不灵 活 ， 也不 利 于实现 全船 的 网络 化 。国 内 自动舵 的研究
侧重 于理论 方 面较 多 ， 很 少 针 对性 地 解 决 工 程 实
统 。航 迹 自动舵 不 仅 有舵 角 和航 向反 馈 ， 还 有 船位 信息送 入 了主控 单元 ， 形成 一个反 馈 系统 ， 见
形式 ， 设计 以 Ｃ ８ ０ ５ １ Ｆ ５ ０ ０为 核 心的智 能通 信节 点， 将多种信号通过智能节 点发送到 Ｃ Ａ Ｎ网上 ，
实现 Ｃ Ａ Ｎ网络 节点通 信 以及数 据共享 。
１ 系统基 本 工作 原 理 及 结构
１ ． １ 自动 舵 的基本 工作原 理
自动操舵仪工作时 ， 通过负反馈的方式 ， 不断
地把 罗经 送来 的实 际航 向与设 定 的航 向值 进行 比 较， 将 差值 放大 后 作 为控 制 信 号 来 控制 舵 机 的转 舵， 使船 舶能 自动地 保持 或改 变到 给定 的航 向上 。
航 向 自动舵 的系 统 内有 两 个 反 馈 回路 ： 舵 角反 馈
Ｒ Ｒ
和航 向反馈。罗经过来的信号参与的外环和实时 舵角信 号 参 与 的 内环 ， 是一个 双闭环控制 系
高 系统 的可靠 性 和灵活 性 ， 而Ｒ Ｓ － ４ ８ ５构成 主从 结
图 １ 系统 工 作 原 理
赵
构 系统 ， 通信 方式 以主站轮询 的方 式进 行 ， 系统 的 实 时性 差 。本 文 重点分 析 自动舵 信息传 递 的几种
１ ． ２ 系统结 构
传统 自动舵系统结构复杂 ， 难于扩展 ， 给检修
第４ ２卷 第 ２期 ２ ０ １ ３年 ｏ ４月
船 海 工 程
Ｓ ＨＩ Ｐ ＆ ＯＣ Ｅ ＡＮ ＥＮＧ Ｉ ＮＥ Ｅ ＲＩ ＮＧ
Ｖｏ １ ． ４ ２ Ｎ ｏ ． ２
Ａｐ ｒ ． ２ ０ １ ３
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ３ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ １ － ７ ９ ５ ３ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ２ ． ０ ４ ９
图１ 。
际应 用 中 出现 的问题 ， 大部 分 自动 舵 成 品通 信 线 路复 杂 。因此 本 文对 通 信 总线 采 用 Ｃ Ａ Ｎ总 线 进 行设 计 。 Ｃ Ａ Ｎ总线能 够灵 活地 、 实 时 地 进 行 通 信， 为 自动 舵 实 现模 块 化结 构 、 易于扩展、 实现 全 船 网络 ¨ 化 打 下 基 础 。Ｃ Ａ Ｎ 总线 工 作 于 多 主 方 式， 构成 的网络节 点之 间 的数 据通 信实 时性强 ， 提
１ ７２
在Ｃ Ａ Ｎ总线终 端 并 联 两 个 电阻是 为 了实 现 阻抗匹配 ， 保证驱动能力 ， 且可 以防止信号反射。
Ｃ Ａ Ｎ总线的引入 ， 把船舶集 中式控制系统 向分散
自动操Leabharlann Baidu仪 Ｃ Ａ Ｎ智能节点 的设计与实现——周
岗， 陈永冰 ， 孟 云飞 ， 徐务农
式 系统进行 转 化 。Ｃ Ａ Ｎ智 能 节 点挂 接 在 总线 上 、 作为 网络节 点 的智 能设 备 连 接 为 网 络 系统 ， 为进