基于AVR單片機的船舶氣象儀測試系統的設計與實現

摘要：針對船舶氣象儀保障維修而設計的船舶氣象儀測試系統，包括信息處理終端、主儀器檢測模塊、傳感器檢測模塊，各個模塊都采用基于AVR單片機的嵌入式系統，模塊之間通過CAN總線進行通信。結果表明，船舶氣象儀測試系統能夠快速檢測船舶氣象儀故障，與單純依靠人工方式排查故障相比，故障檢測時間縮短了60％以上。
關鍵詞：船舶氣象儀保障維修；船舶氣象儀測試系統；AVR單片機；CAN總線

船舶氣象儀是船舶導航系統設備之一，可測量船舶所在位置海區的風速、風向、溫度、濕度、氣壓等多項氣象要素，可向船舶的導航系統傳送實時的氣象參數。船舶氣象儀一旦出現故障，將會影響船舶操作人員對各種氣象要素的估計和判斷，甚至導致航行船舶失控、擱淺、觸礁、傾覆等嚴重事故。為了保障船舶氣象儀能夠時刻處于良好的狀態，需要先進的測試技術和便攜式的測試設備對船舶氣象儀的運行情況進行檢測。但是，目前市面上還沒有出現一套完整的測試系統來完成對現有船舶氣象儀的檢測任務，以滿足船舶操作人員的使用和保障需求。針對目前船舶上普遍使用的氣象儀器專門設計的船舶氣象儀測試系統，能夠很好地完成船舶氣象儀的故障測試任務，縮短船舶氣象儀的測試診斷時間，滿足船舶氣象儀的快速維修要求，其操作簡便，測試效率高，大大降低了氣象儀的維修費用。

1 系統總體設計
在分析船舶氣象儀軟硬件原理和結構的基礎上，充分考慮船舶的維修環境，確定了便攜式、模塊化設計思想。由于船舶氣象儀主要由主儀器和各種氣象要素傳感器兩大部分組成，因此分別設計了主儀器檢測模塊和傳感器檢測模塊。信息處理終端是船舶氣象儀測試系統的控制核心，提供人機交互界面和操作按鍵，響應用戶的操作命令并顯示檢測信息。系統總體框圖如圖1所示。圖中虛線框內為檢測對象，虛線箭頭表示船舶氣象儀測試系統進行自檢測時的連接方向。

考慮到船舶工作環境相對惡劣，加上電子裝備甚多，電磁干擾嚴重，因此船舶氣象儀測試系統各模塊之間采用CAN總線進行通信。CAN總線是一種技術先進、可靠性高、功能完善、成本合理的網絡通信控制方式。

2 系統工作原理
2．1 檢測船舶氣象儀主儀器
利用船舶氣象儀測試系統可以對船舶氣象儀主儀器進行逐級測試，從而對主儀器及其內部功能模板是否故障作出快速判斷。
檢測時，主儀器檢測模塊仿真輸出3檔(低檔、中檔、高檔)傳感器信號，維修人員按照從內到外或者從外到內的順序將其逐級連接到船舶氣象儀主儀器相應的接插件上，同時觀察船舶氣象儀顯示屏上風速、風向、溫度、濕度、氣壓的測量數據，如果這些測量數據跟隨船舶氣象儀測試系統設定值的變化而變化，可以確定這一級沒有故障，否則可以確定故障就在這一級。
2．2 檢測船舶氣象儀傳感器
利用船舶氣象儀測試系統可以對船舶氣象儀傳感器信號進行實時監測，從而對傳感器及其傳輸線路是否故障作出快速判斷。
檢測時，傳感器檢測模塊檢測傳感器信號，信息處理終端顯示實時測量值和檢測結果，維修人員按照操作規程使傳感器信號發生一個特定的變化，信息處理終端根據傳感器信號是否發生了預期的變化，得出傳感器是否故障的診斷結果。