船舶信息网络系统远程控制终端技术技术领域
本发明涉及一种船载控制终端设备，特别涉及一种能实现对多执行器协同控制的
船载远程控制终端技术。
背景技术
随着科学技术与船舶工业的迅猛发展，智能化船舶将成为主流趋势。船舶信息网
络系统相关技术的研究越来越引起船舶工程界的重视。船舶信息网络集成化使得全船数据
信息的采集与应用成为可能，使得网络中心能对舰船实时状态进行更加充分的监测与控
制，也将使得船舶信息网络系统具备了全船的递阶/协同控制能力。一个大型船舶可能存在
上百(千)个船载设备需要通过遍布全船的信息网络进行数据传输。而对于一个船载系统，
其每个执行器/传感器均会选择与之最近的远程终端单元(Remote terminal units，RTUs)
进行连接，而不是将所有的设备集中在一个RTU上。这使得，一个船载设备将需要引入多个
分布式控制单元(DCUs Distributed Controller Units)来实现闭环控制；同时，对于某一
RTU而言，其可能会隶属于多个闭环系统。
毫无疑问，这种“就近连接”的接入方式能极大程度的简化布线难度、降低布线成
本，并提升了船载系统的可靠性。然而，由于船舶信息网络系统协同工作方式与分布式拓扑
结构，在船载设备运行过程中，所需调用的RTU之间数据通信过程不得不占用大量的网络资
源。此外，对于单一RTU而言，其将需要嵌入多个不同船载系统的控制策略来实现对不同执
行器的控制。因而如何设计实现一款能准确、高效、实时进行执行器控制的远程终端成船舶
信息网络系统亟待解决的问题之一。
发明内容
本发明的目的是给出一种船舶信息网络系统兼顾实时性与功能性的远程终端技
术，完善优化分布式控制单元的数据传输、数据处理及数据应用过程。
本发明的目的是这样实现的：
包括数据处理芯片、电机驱动模块、通信接口模块、按键模块、显示模块、电源模
块、时钟模块和存储模块，数据处理芯片通过采集键盘模块设定底层执行器的工作模式；通
过采集通信接口模块数据信息对船舶信息网络所发布的控制信息进行采集；控制显示模块
显示各执行器的工作情况；控制电机驱动模块对各执行器进行控制。其具备以下特点：
1.通过键盘设定远程控制终端工作模式；
2.通过液晶显示工作模式；
3.通过串口通信实现与上层分布式控制单元之间进行数据通信，获取所需的数据
信息及工作模式；
4.通过电机驱动模块实现对多个底层执行器的控制；
5.通过采用CPLD EPM7128SLC84-15为终端各执行器、按键及串口通信模块提供数
字信号接口，弥补了STC89C52外设接口不足的缺点，实现了整体功能。
本发明还可以包括：
1、所述数据处理芯片为STC89C52单片机U9，其管脚38接5V工作电压，管脚16接
GND，石英晶振Y1的两个2管脚分别与STC89C52单片机U9的管脚15XTAL1、管脚14XTAL2连接，
第十电容C10、第十一电容C11的一端分别接在石英晶振Y1的两个管脚上且另一端接地，第
八电容C8与由按键S1与第五电阻R5组成的串联支路并联接于STC89C52单片机U9管脚4RST
与+5V电源之间，电阻第四R4接于管脚4RST与GND之间，第二电阻R2接于管脚29与+5V电源之
间，第一排阻RP1为9针排阻、其管脚1接+5V电源Vcc、管脚2至管脚9分别接STC89C52单片机
U9的管脚37至管脚30。
2、所述通信接口模块为MAX232串口通信芯片U10，其管脚6接电容第九十五C95后
接地，管脚2接第九十一电容C91后接+5V电源，管脚16接+5V电源，管脚15接GND，管脚4与管
脚5之间接第九十三电容C93，管脚1与管脚3之间接第九十四电容C94，管脚12RX接STC89C52
单片机U9管脚5，管脚11TX接STC89C52单片机U9管脚7；4针接口F为串口通信线端、其管脚1
接+5V电源、管脚2接GND、管脚3与MAX232串口通信芯片U10管脚14相连、管脚4与MAX232串口
通信芯片U10管脚13相连。
3、CPLD为EPM7128SLC84-15，其管脚3、13、26、38、43、53、66、78接+5V电源Vcc，管脚
7、19、32、42、47、59、72、82接源地GND，第十七电容C17接于+5V电源Vcc与GND起降噪功能，管
脚14TDI、71TDO、62TCK、23TMS分别接接口Pu的管脚1至管脚4；接口Pu为CPLD程序下载调试
端口，其管脚1至管脚4分别接第九电阻R9、第八电阻R8、第七电阻R7、第六电阻R6，Pu管脚5
接+5V电源Vcc，管脚6接GND；EPM7128SLC84-15的BANKE即管脚44至管脚52依次与STC89C52
单片机U9的P0即管脚30至管脚37连接，EPM7128SLC84-15的管脚1与STC89C52单片机U9的管
脚11连接，EPM7128SLC84-15的管脚84与STC89C52单片机U9的管脚12连接，EPM7128SLC84-
15的管脚2与STC89C52单片机U9的管脚13连接，EPM7128SLC84-15的管脚83与STC89C52单片
机U9的管脚26连接，EPM7128SLC84-15管脚54、55、56分别接第九十一电阻R91、第九十二电
阻R92、第九十三电阻R93，EPM7128SLC84-15管脚56与管脚57间接第二按键S2，
EPM7128SLC84-15管脚55与管脚57间接第三按键S3，EPM7128SLC84-15管脚54与管脚57间接
按键第四S4，EPM7128SLC84-15管脚56与管脚58间接第五按键S5，EPM7128SLC84-15管脚55
与管脚58间接第六按键S6，EPM7128SLC84-15管脚54与管脚58间接第七按键S7，
EPM7128SLC84-15管脚56与管脚60间接第八按键S8，EPM7128SLC84-15管脚55与管脚60间接
第九按键S9，EPM7128SLC84-15管脚54与管脚60间接第十按键S10，EPM7128SLC84-15管脚56
与管脚61间接第十一按键S11，EPM7128SLC84-15管脚55与管脚61间接第十二按键S12，
EPM7128SLC84-15管脚54与管脚61间接第十三按键S13。
4、执行器控制模块由5个双绕组双极步进电机控制芯片UDN2916LB组成。
附图说明
图1船舶信息网络系统拓扑结构图；
图2船舶信息网络系统组成图；
图3船舶信息网络系统远程控制终端外观图；
图4船舶信息网络系统远程控制终端结构图；
图5船舶信息网络系统远程控制终端电路原理图
图6船舶信息网络系统远程控制终端程序流程图。
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步说明如下：
结合图1，为船舶信息网络系统拓扑结构图，其布局突破船载系统自身的封闭式布
线规则，将每个执行器、传感器就近连接在相应的设备上并以此介入环形网络，系统将完全
满足所需的互联互通目标，极大限度的减少了船载系统的布线难度，优化了系统的拓扑结
构，提升了系统的可靠性。此时，船舶信息网络系统内的控制器将不再单一的隶属于某一个
船载系统，而是负责与之相邻却隶属于不同船载系统的执行器及传感器。两个船载系统的
执行器与传感器接入多个就近的远程控制终端中，并接入分布式控制单元中，与船舶信息
网络系统的顶层网络连接，实现了数据信息的统一采集与利用。
结合图2，为船舶信息网络系统的组成图，采用多个独立子网与船舶信息网络系统
的网络进行子系统与核心层之间的数据通信。
a)组件
操作单元，根据不同的船舶任务类型及情景模式，船舶系统的任务指令可由人机
交互界面(HCI)及船舶信息网络系统核心层发布。需要说明的是，船舶信息网络系统中的一
些常规的船舶任务是由核心层自发运行的，如火灾检测、减摇控制等。与此同时，核心层也
会依照其内嵌的决策系统通过HCI向用户提供辅助决策建议。另外，船舶信息网络系统采用
三个主机(HOST)进行相关的数据处理与存储。
船舶信息网络系统的DCUs通过预定义的编码序列及控制算法来实现对船舶系统
的控制及监视，并通过其接口与船舶信息网络及相关子系统网络进行连接，进而实现闭环。
船舶信息网络系统RTUs的主要功能是传感器信息采集与执行器驱动控制，其接口
与DCU连接，进而构成了船舶信息网络系统的相关子网络。
b)网络
船舶信息网络系统网路，作为船舶信息网络系统的骨干网络，船舶信息网络系统
网络的设计目标是最大限度的将船舶环境内的DCU就近添加入信息系统中。为了提升冗余
性及抗干扰性，船舶信息网络系统骨干网络的设计采用双环形网络结构，其在工作过程中，
总有一个环形网络处于激活状态，而另一个网络处于待机状态，因此与骨干网络直接连接
的DCUs、主机、CCI等均采用双接口连接方式与信息系统网络进行数据通信。
结合图3，本发明装置的主要组成部分包括：A箱体，B键盘，C液晶显示器，D为数据
通信端口、E电源端口、F1-F5为五个执行器接口。其中B现实的数值区间为0000.0—9999.9，
用以显示各执行器的控制指令；C键盘按键包括：数字键‘1’、‘2’、‘3’、‘4’、‘5’、‘6’、‘7’、
‘8’、‘9’、‘0’，电源开关按键‘X’，执行器控制模式设定键‘Y’、液晶显示内容设定键‘Z’；接
口F1-F5为远程控制终端所设的执行器接口；数据通信端口D通过数据线与船舶信息网络系
统网络连接，实现与其他分布式控制单元的数据通信，其通信形式采用串口232通信协议；
电源端口G的输入工作电压为12V。
结合图4，该发明装置的控制电路主要包括数据处理模块、电机驱动模块、通信接
口模块、按键模块、显示模块、电源模块、时钟模块、存储模块等。其中数据处理芯片的功能
包括以下4点：1.通过采集键盘模块设定底层执行器的工作模式；2.通过采集通信接口模块
数据信息对船舶信息网络所发布的控制信息进行采集；3.控制显示模块显示各执行器的工
作情况；4.控制电机驱动模块对执行器1～5进行控制以实现与其功能。本专利采用
STC89C52单片机作为数据处理模块的核心芯片，1602液晶屏作为显示模块，采用AT24C02进
行数据存储，采用MAX232串口通信芯片实现数据通信，通过CPLD EPM7128SLC84-15配合
UDN2916LB实现执行器控制功能，并由按键及CPLD构成键盘模块。
如图5所示，为该远程控制终端电路原理图。本专利的总输入电压VIN为12V，由电
源接口G引入，G正极引入端接按键开关X，实现电源通断。X另一端接7805(U1)管脚1。U1管脚
2悬空、管脚3输出5V工作电压(Vcc)、管脚4接地，接于1、4管脚间的电容C1、C2与接于3、4管
脚间的电容C3、C4均为降噪电容，电阻R1(1.5kΩ)一端接Vcc(+5V电源)另一端与发光二极
管D1端连接，D1另一端接地。本专利所选用的数据处理芯片为STC89C52单片机(U9)，其管脚
38接5V工作电压，管脚16接GND，石英晶振11.0592MHz(Y1)的两个2管脚分别U9的管脚13
(XTAL1)、14(XTAL2)连接，电容C10(30pF)、C11(30pF)的一端分别接在Y1(XTAL1、XTAL2)上，
另一端接地；电容C8(10uF)与由按键S1与电阻R5(1kΩ)组成的串联支路并联接于U9管脚4
(RST)与+5V电源之间，电阻R4(10kΩ)接于RST与GND之间。电阻R2(10kΩ)接于U9管脚29与+
5V电源之间。排阻RP1为9针10kΩ排阻，其管脚1接Vcc(+5V电源)，管脚2至管脚9分别接U9的
管脚37至管脚30。
16针接口C为液晶1602的接线端，其接口1、3、16接GND，管脚2、15接+5V电源，接线
端C的管脚3接U9管脚1(P15),接线端C的管脚4接U9管脚2(P16)，接线端C的管脚接U9管脚3
(P17)，接线端C的管脚7至管脚14依次接U9管脚18至管脚25。
U11为AT24C02存储器，其管脚1、管脚2、管脚3、管脚4接GND，管脚5接5V工作电压，
管脚6接GND，管脚7(SCL)接U9管脚44(P1.4)，管脚8(SDA)接U9管脚43(P1.3)。
U10为MAX232串口通信芯片，其管脚6接电容C95(0.1uF)后接地，管脚2接电容C91
(0.1uF)后接+5V电源，管脚16接+5V电源，管脚15接GND，管脚4与管脚5之间接C93(0.1uF)，
管脚1与管脚3之间接C94(0.1uF)，管脚12(RX)接U9管脚5，管脚11(TX)接U9管脚7，4针接口F
为串口通信线端，其管脚1接+5V电源，管脚2接GND，管脚3与U10管脚14相连，管脚4与U10管
脚13相连。
U2为CPLD EPM7128SLC84-15，其管脚3、13、26、38、43、53、66、78接Vcc(+5V电源)，
管脚7、19、32、42、47、59、72、82接源地(GND)，电容C17接于Vcc(+5V电源)与GND起降噪功能，
U2管脚14(TDI)、71(TDO)、62(TCK)、23(TMS)分别接接口Pu的管脚1至管脚4。接口Pu为CPLD
程序下载调试端口，其管脚1至管脚4分别接上拉电阻R9(4.7kΩ)、R8(4.7kΩ)、R7(4.7k
Ω)、R6(4.7kΩ)，Pu管脚5接Vcc(+5V电源)，管脚6接GND。U2的BANKE(管脚44至管脚52)依次
与U9的P0(管脚30至管脚37)连接。U2的管脚1与U9的管脚11连接，U2的管脚84与U9的管脚12
连接，U2的管脚2与U9的管脚13连接，U2的管脚83与U9的管脚26连接。U2管脚54、55、56分别
接上拉电阻R91(5.1kΩ)、R92(5.1kΩ)、R93(5.1kΩ)。U2管脚56与管脚57间接按键S2，其对
应键盘B的按键“0”，U2管脚55与管脚57间接按键S3，其对应键盘B的按键“1”，U2管脚54与管
脚57间接按键S4，其对应键盘B的按键“2”，U2管脚56与管脚58间接按键S5，其对应键盘B的
按键“3”，U2管脚55与管脚58间接按键S6，其对应键盘B的按键“4”，U2管脚54与管脚58间接
按键S7，其对应键盘B的按键“5”，U2管脚56与管脚60间接按键S8，其对应键盘B的按键“6”，
U2管脚55与管脚60间接按键S9，其对应键盘B的按键“7”，U2管脚54与管脚60间接按键S10，
其对应键盘B的按键“8”，U2管脚56与管脚61间接按键S11，其对应键盘B的按键“9”，U2管脚
55与管脚61间接按键S12，其对应键盘B的按键“Y”，U2管脚54与管脚61间接按键S13，其对应
键盘B的按键“Z”。
执行器控制模块由5个双绕组双极步进电机控制芯片UDN2916LB(U3、U4、U5、U6、
U7)组成，U3驱动电机M1、U4驱动电机M2、U5驱动电机M3、U6驱动电机M4、U7驱动电机M5。
U3管脚11(PH1)与U2管脚4相连、管脚3(PH2)与U2管脚5相连、管脚13(I01)与U2管
脚6相连、管脚12(I11)与U2管脚8相连、管脚1(I02)与U2管脚9相连、管脚2(I12)与U2管脚10
相连，U2通过上述端口控制电机M1的转速转向。U3管脚4、管脚6、管脚7、管脚10、管脚18、管
脚19接GND，管脚8接Vcc(+5V电源)，管脚24接Vin(+12V电源)。电阻R11(56kΩ)与电容C12
(470pF)并联并接于U3管脚9与Vcc(+5V电源)之间，电阻R12(56kΩ)与电容C13(470pF)并联
并接于U3管脚5与Vcc(+5V电源)之间，电阻R16(1kΩ)两端分别与U3管脚21、管脚22连接，电
阻R15(1.43Ω)与电容C12(4700pF)并联并接于U3管脚22与GND之间,电阻R14(1kΩ)两端分
别与U3管脚15、管脚16连接，电阻R13(1.43Ω)与电容C14(4700pF)并联并接于U3管脚15与
GND之间。4针接口P1管脚1至管脚4分别与U3管脚17、管脚14、管脚20、管脚23连接。P1管脚1、
管脚2分别接电机M1A线圈两端，P1管脚3、管脚4分别接电机M1B线圈两端。
U4管脚11(PH1)与U2管脚11相连、管脚3(PH2)与U2管脚12相连、管脚13(I01)与U2
管脚15相连、管脚12(I11)与U2管脚16相连、管脚1(I02)与U2管脚17相连、管脚2(I12)与U2
管脚18相连，U2通过上述端口控制电机M2的转速转向。U4管脚4、管脚6、管脚7、管脚10、管脚
18、管脚19接GND，管脚8接Vcc(+5V电源)，管脚24接Vin(+12V电源)。电阻R21(56kΩ)与电容
C22(470pF)并联并接于U4管脚9与Vcc(+5V电源)之间，电阻R22(56kΩ)与电容C23(470pF)
并联并接于U4管脚5与Vcc(+5V电源)之间，电阻R26(1kΩ)两端分别与U4管脚21、管脚22连
接，电阻R25(1.43Ω)与电容C22(4700pF)并联并接于U4管脚22与GND之间,电阻R24(1kΩ)
两端分别与U4管脚15、管脚16连接，电阻R23(1.43Ω)与电容C24(4700pF)并联并接于U4管
脚15与GND之间。4针接口P2管脚1至管脚4分别与U4管脚17、管脚14、管脚20、管脚23连接。P2
管脚1、管脚2分别接电机M2A线圈两端，P2管脚3、管脚4分别接电机M2B线圈两端。
U5管脚11(PH1)与U2管脚20相连、管脚3(PH2)与U2管脚21相连、管脚13(I01)与U2
管脚22相连、管脚12(I11)与U2管脚29相连、管脚1(I02)与U2管脚30相连、管脚2(I12)与U2
管脚31相连，U2通过上述端口控制电机M3的转速转向。U5管脚4、管脚6、管脚7、管脚10、管脚
18、管脚19接GND，管脚8接Vcc(+5V电源)，管脚24接Vin(+12V电源)。电阻R31(56kΩ)与电容
C32(470pF)并联并接于U5管脚9与Vcc(+5V电源)之间，电阻R32(56kΩ)与电容C33(470pF)
并联并接于U5管脚5与Vcc(+5V电源)之间，电阻R36(1kΩ)两端分别与U5管脚21、管脚22连
接，电阻R35(1.43Ω)与电容C32(4700pF)并联并接于U5管脚22与GND之间,电阻R34(1kΩ)
两端分别与U5管脚15、管脚16连接，电阻R33(1.43Ω)与电容C34(4700pF)并联并接于U5管
脚15与GND之间。4针接口P3管脚1至管脚4分别与U5管脚17、管脚14、管脚20、管脚23连接。P3
管脚1、管脚2分别接电机M3A线圈两端，P3管脚3、管脚4分别接电机M3B线圈两端。
U6管脚11(PH1)与U2管脚40相连、管脚3(PH2)与U2管脚41相连、管脚13(I01)与U2
管脚24相连、管脚12(I11)与U2管脚25相连、管脚1(I02)与U2管脚26相连、管脚2(I12)与U2
管脚27相连，U2通过上述端口控制电机M4的转速转向。U6管脚4、管脚6、管脚7、管脚10、管脚
18、管脚19接GND，管脚8接Vcc(+5V电源)，管脚24接Vin(+12V电源)。电阻R41(56kΩ)与电容
C42(470pF)并联并接于U6管脚9与Vcc(+5V电源)之间，电阻R42(56kΩ)与电容C43(470pF)
并联并接于U6管脚5与Vcc(+5V电源)之间，电阻R46(1kΩ)两端分别与U6管脚21、管脚22连
接，电阻R45(1.43Ω)与电容C42(4700pF)并联并接于U6管脚22与GND之间,电阻R44(1kΩ)
两端分别与U6管脚15、管脚16连接，电阻R43(1.43Ω)与电容C44(4700pF)并联并接于U6管
脚15与GND之间。4针接口P4管脚1至管脚4分别与U6管脚17、管脚14、管脚20、管脚23连接。P4
管脚1、管脚2分别接电机M4A线圈两端，P4管脚3、管脚4分别接电机M4B线圈两端。
U7管脚11(PH1)与U2管脚33相连、管脚3(PH2)与U2管脚34相连、管脚13(I01)与U2
管脚35相连、管脚12(I11)与U2管脚36相连、管脚1(I02)与U2管脚37相连、管脚2(I12)与U2
管脚39相连，U2通过上述端口控制电机M5的转速转向。U7管脚4、管脚6、管脚7、管脚10、管脚
18、管脚19接GND，管脚8接Vcc(+5V电源)，管脚24接Vin(+12V电源)。电阻R51(56kΩ)与电容
C52(470pF)并联并接于U7管脚9与Vcc(+5V电源)之间，电阻R52(56kΩ)与电容C53(470pF)
并联并接于U7管脚5与Vcc(+5V电源)之间，电阻R56(1kΩ)两端分别与U7管脚21、管脚22连
接，电阻R55(1.43Ω)与电容C52(4700pF)并联并接于U7管脚22与GND之间,电阻R54(1kΩ)
两端分别与U7管脚15、管脚16连接，电阻R53(1.43Ω)与电容C54(4700pF)并联并接于U7管
脚15与GND之间。4针接口P5管脚1至管脚4分别与U7管脚17、管脚14、管脚20、管脚23连接。P5
管脚1、管脚2分别接电机M5A线圈两端，P5管脚3、管脚4分别接电机M5B线圈两端。
结合图6，该远程控制终端的程序流程包括以下步骤：
步骤1.系统初始化，读取存储器U11中所存储的控制策略，完成后进入步骤2；
步骤2，激活各执行器，完成后进入步骤3；
步骤3，按键‘Y’是否触发，若是进入步骤4，若否进入步骤6；
步骤4，进入执行器模式设定步骤，扫描键盘触按情况，并等待，若按键‘Y’被再次
触发，进入步骤5，否则等待；
步骤5，依照所设定控制模式，调用相关控制策略，完成后进入步骤6；
步骤6，获取DCU对RTU各执行器的控制模式，若缺省则进入步骤8，若存在新模式指
令，则进入步骤7；
步骤7，重设执行器运行模式，完成后进入步骤8；
步骤8，接收执行器控制指令及相关数据信息，完成后进入步骤9；
步骤9，数据运算，对执行器进行控制，完成后返回步骤3。