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1、一、国内外发展现状大型船舶是当今最具综合战斗力的海上平台，拥有强大的作战能力。而对其来说，舰载机是其攻击的主要武器，正是依靠舰载机的强大作战能力，大型船舶编队才能在辽阔的大洋上形成巨大的威慑力。舰载机弹射起飞安全性很高，真正的考验在着舰的过程。从空中看，大型船舶就像漂浮在汪洋大海上的一片树叶，着舰时飞行员需要从很远处发现它，以确认着舰装置的状态。和白天相比，黑夜中着舰危险系数更高。所以一套完善而稳定的助降灯光系统对于舰载机安全着舰是很必要的。助降灯光系统是个庞大的系统，要对几百个不同类型的灯具进行开关、调光、故障检测，传递的信息虽然不多，但需要考虑一个可靠性的问题。一般的灯光系统可以采取 CA
2、N 总线进行通讯，CAN 总线是具有高可靠性的串行总线，对于一般的灯光系统可以满足要求。现在新兴起来的网络通讯，通过以太网作为通讯介质，这样可以挂接更多的灯具，通讯速度也可以有很大程度的提高。并且通过网络可以进行在线的升级软件，只要其它设备有网口，就可以在连接到网络上，使系统具有很好的扩展性和维护性。二、系统结构及工作原理2.1助降灯光控制系统组成P C 1 0 4驱动板 1L E D 1节点 1L E D 1节点 2L E D 1节点 n - 1L E D 2节点 n 驱动板 2L E D 2节点 n + 1L E D 2节点 n + 2L E D 2节点 2 n - 1L E D 2节点
3、2 n 驱动板 5卤钨灯节点 1卤钨灯节点 2卤钨灯节点 n - 1卤钨灯节点 n 一级C A N二级C A N显控板图 1 助降系统网络示意图整个系统由助降灯光控制装置、遥控盒、CAN 总线网络、节点灯具、复示盒等组成，其中助降灯光控制装置由显控盒、PC104 模块、驱动板组成。遥控盒与助降灯光控制装置都可以对灯具进行控制，但遥控盒控制优先级高于助降灯光控制装置优先级。当遥控盒切换按钮按下时，遥控盒通过 CAN总线把控制命令传送至助降灯光控制装置的显控盒，从而可控制所有灯具，此时助降灯光控制装置显控盒的显控操作板仅可显示灯具的工作状态信息（显控操作板控制命令无效） 。当遥控盒切换按钮未按下时
4、，遥控盒仅可控制指挥信号灯和放飞灯并显示所有灯具的工作状态，而此时助降灯光控制装置可控制除指挥信号灯和放飞灯之外的所有灯具。2.2显控盒显控盒主要由显控操作板与与显控电路板组成。显控操作板用于灯具的开关信息、调光信息、键盘设定信息的输入，而操作板上的灯具指示器及蜂鸣器则用来实现声光报警功能。显控电路板主要完成从操作板上读取控制命令，并对操作板上的工作状态指示灯以及鸣音器送驱动信号的任务。显控电路板的主控芯片采用单片机 AT89S52，辅以各种 I/O 接口电路完成系统功能，其组成原理图如图 2 所示。单片机灯具指示灯蜂鸣器报警C A N 接口电路一级 C A N 总线C A N 接口电路遥控盒
5、开关信息调光信息信息键盘输入电源时钟 复位电路图 2 显控电路板原理图输入信号经 54HC244 缓冲器后读入单片机内，而输出驱动经过 54HC573的锁存后，经过 TIL113 光耦送出驱动信号。显控电路板读入控制命令后将控制命令存储。 为了便于键盘的管理，系统设计采用专用的键盘管理芯片 8279 进行管理。显控电路板在助降灯光装置中还起对外接口管理的作用（以太网除外） ，如以后系统需加入与其他设备装置的通讯，优先考虑在显控电路板中实现此功能。显控电路板中有路 CAN 通信接口电路，一个用于与 PC104 模块与控制箱中的驱动板组成一级 CAN 总线，一个用于连接遥控盒进行通信，接收遥控盒传
6、来的控制信息，反馈遥控盒节点灯具的状态信息，并根据遥控盒的控制权设定来决定控制方式，显控电路板与遥控盒的 CAN 通信电路可根据需要进行冗余设计。目前，调光信息输入电路的设计有两种方案，一种是基于比较器的，采用LM124，根据输出的数字量可方便地实现三档调光，缺点是当调光个较多时，需要较多的器件，另一种方案是使用器件，采用 ADC0809，根据调光旋钮输入的电压会值进行 AD 转换，然后在单片机中利用程序设定三档调光的阈值，使用较为灵活。助降灯光控制装置节点灯具控制与信息显示的中枢，需要对灯具的各种状态有较敏感的反应，因此设定当一组灯具中，只要有一个灯具的状态不正常，包括断路、短路、总线状态不
7、正常，则此组灯具的指示灯就以 1Hz 的频率进行闪烁，并进行蜂鸣器声报警，至于是哪一只灯，具体是何种故障则可到液晶显示器上进行详细信息查找。2.3 PC104PC104 模块是助降灯光控制装置的重要组成部分，其重要性表现在：PC104 模块控制节点灯具的信息输出；PC104 模块与控制箱中的驱动板及显控盒组成一级 CAN 总线网络，且为一级 CAN 网络的主控节点；PC104 模块可以控制以太网接口，从而决定型灯的输入信息；在 PC104 平台上可以进行多种嵌入式操作系统开发，出于开发周期、成本等多方面考虑，决定采用 WINDOWS2000 操作系统，在此基础上利用 Visual C+ 6.0
8、 进行软件程序开发，其程序开发主要包括以下几个方面：1. CAN 通信模块开发PC104 模块、控制箱中 10 块驱动板、显控盒构成一级 CAN 网络，其中共有 12 个 CAN 节点，PC104 模块作为一级 CAN 网络的主控节点，而 10 块驱动板和显控盒则作为从节点，即 PC104 模块分别对驱动板和显控盒进行轮询，读入显控盒的控制信息，进行处理后再转发给各驱动板，而各驱动板的状态信息也被 PC104 模块读入，给处理后再发送给显控盒，用作实现显控盒声光报警的信息依据。显控盒和驱动板虽然都处在一级 CAN 网络中，但它们并不直接进行通信，必须经过 PC104 模块进行中转，这主要是由于
9、一级 CAN 网络各节点通信都采用查询工作方式，为了减少总线的冲突及提高程序流程的简易性，采取设定 PC104 为 CAN 网络主控节点的方法。PC104 模块利用基于 PC104 总线的扩展卡 A3-CSD 来实现 CAN 通信，A3-CSD 有两个 CAN 通信接口，目前方案只利用其中一个进行通信。2. 信息处理程序模块开发信息处理程序模块主要用于处理所接收到的显控盒的控制信息及驱动板的节点灯具状态信息。显控盒的控制信息包括灯具的开关信息、调光信息及设定键盘的按键信息。节点灯具状态信息包括灯具的断路信息、短路信息、CAN 总线信息。信息处理程序模块根据接收到的显控盒的控制信息，判断出本次信
10、息与上一次所接收信息相比较，是否发生变化，如果发生变化则将控制信息发送给相应的驱动板，如果没有变化则不进行信息的传递，以此来减少一级 CAN总线网络上的数据流量。同理，信息处理程序模块也根据收到驱动板传来的状态信息，判断出本次信息与上一次所接收信息相比较，是否发生变化，如果发生变化则将状态信息发送给显控盒，如果没有变化则不进行信息的传递。3. 显示模块程序开发以 Visual C+为开发平台，利用 MFC 类库可以很方便地进行显示模块程序的开发，方案设定所采用的液晶显示器采用分辨率为 1024768,设定汉字显示大小为 1616,则每一屏可以显示 6448 个汉字，可以进行多个节点灯具的状态信
11、息显示。4. 以态网通信模块开发SCM/LX-3160 集成了两个 Intel 8255X 以太网控制器，英特尔公司生产的8255X 以太网控制器是一个完整集成的 10/100Base-TX LAN 解决方案。它由媒体存取控制器 MAC 和物理层 PHY 接口结合成单一部件的解决方案构成。8255X 可在全双工或半双工模式下工作。在全双工模式下，82559 遵循IEEE 802.3x 流控制规范。半双工的性能通过一个冲突减小机制加强。8255X 中的 CSMA/CD 单元使得它能与 10 或 100 Mbps 的以太网相连接。CSMA/CD单元具有 802.3 协议的所有功能，例如帧格式化、帧
12、剥离、冲突处理、延期连接通道等。2.4驱动板驱动板主要完成以下任务：接收来自 PC104 板的控制命令；通过 CAN 总线对灯具发送控制命令；接收灯具的工作状态信息（短路信息、故障信息） ；判断灯具的总线工作状态（CAN 总线正常、CAN 总线故障） 。驱动板的主控芯片为单片机，控制三个 CAN 通信接口电路，其中两个用于与节点灯具的通信，属于二级 CAN 网络，另一个则用于 PC104 模块通信，属于一级 CAN 网络。驱动板原理如图 3 所示：单片机电源时钟看门狗电路E E P R O M( 母板上 )二级主C A N 总线主 C A N 接口电路备 C A N 接口电路二级备C A N
13、总线第 3 路 C A N接口电路一级 C A N总线图 3 驱动板原理图硬件电路的设计主要是 CAN 通信控制器与单片机之间和 CAN 总线收发器与物理总线之间的接口电路的设计。CAN 通信控制器是 CAN 总线接口电路的核心，而 CAN 总线收发器的主要功能是完成 CAN 的通信协议，提高系统的瞬间抗干扰能力，保护总线，降低射频干扰(RFI)，实现热防护等。本电路中 AT89S52 是一款性能价格比适中的中低档单片机， SJA1000 作为独立的 CAN 控制器，PCA82C250 作为收发驱动器。 AT89S52 单片机用一个24Mhz 的石英晶体振荡器，SJAl000 用一个 16Mh
14、z 的石英晶体振荡器提供。SJAl000 的中断输出接 AT89S52 的中断 1。便于单片机与 CAN 控制器交换数据。TXl 不用，浮空即可，但 RXl 不能浮空，如图示。由于 CAN 总线是一种多主的、平衡的、串行通信协议，因此，硬件上必须考虑 CAN 控制器与单片机的中断接口，这样软件设计上，数据接收，用中断方式，才能做到数据的实时接收，数据不丢失。读 取 ID号初 始 化 SJA10初 始 化 单 片 机开 始5秒 轮 询 定 时到 时 否关 闭 外 部 中 断总 线 是 否无 故 障 且 有 完整 报 文接 收 数 据判 断 帧 类 型控 制 命 令 帧 轮 询 帧保 存 命 令命
15、 令 是 否 改 变主 备 总 线 先 后发 送 控 制 命 令到 节 点 灯 具 根 据 PC104发 来 的帧 数 将 发 送 数 据 内容 写 入 缓 冲 区发 送 数 据 到 PC104SJA10退 出 总线初 始 化 SJA10关 定 时 器相 关 变 量 初 始 化轮 询 计 数 加 一数 据 写 入 缓 冲 区主 CAN发 送 轮 询 帧到 节 点 灯 具延 时 等 待 发 送 完 毕中 断 应 答 次 数是 否 等 于 节 点数数 据 写 入 缓 冲 区备 CAN发 送 轮 询 帧到 节 点 灯 具延 时 等 待 发 送 完 毕轮 询 计 数 是 否到 3次将 临 时 的 CA
16、N总 线状 态 存 入 要 发 送 给PC104的 总 线 状 态变 量 中 。注 ： 计 数 目 的只 要 3轮 轮 询中 有 一 次 有 应答 就 认 为 该 节点 的 总 线 状 态正 常 。定 时 器 重 装开 定 时 器是否是是是 是是否否否否否图 4 驱动板流程图2.5遥控盒遥控盒由遥控操作板与遥控电路板组成，遥控盒与助降灯光控制装置中的显控盒功能和原理基本相同，其不同处在于： 遥控盒的控制优先级高于显控盒，且可由遥控盒进行控制权的切换； 遥控盒可以对所有灯具进行控制，而显控盒不能控制指挥信号灯与放飞灯； 遥控盒当大部分灯具出现故障时，才进行声光报警，而显控盒只要有一只灯具工作不正常即进行声光报警； 遥控盒通过 LCD 进行摩尔斯码设定信息、横摇角设定信息、升沉速度设定信息的可视化表达，而显控盒是将信息传递给 PC104 模块，通过 VGA 接口在液晶显示器是进行显示；单片机灯具指示灯蜂鸣器报警C A N 接口电路显控盒开关信息调光信息信息键盘输入电源时钟 复
