船舶航行信号灯的集成控制系统、控制方法及电子设备与流程

本发明涉及船舶电气智能控制，具体而言，涉及一种船舶航行信号灯的集成控制系统、控制方法及电子设备。

背景技术：

1、相关技术中，现有船舶航行灯、信号灯分设两套独立电控箱体，配套实体开关、指示灯与线束数量庞大，各电气系统无互通通道，无法配合船舶自动驾驶运行；电控单元软硬件深度绑定，难以迭代拓展，设备生产、运维成本偏高，驾驶室元件繁杂，线路故障点位较多。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

2、为此，本发明的第一方面提出一种船舶航行信号灯的集成控制系统。

3、本发明的第二方面提出一种船舶航行信号灯的控制方法。

4、本发明的第三方面提出一种计算机可读存储介质。

5、本技术的第四方面提出了一种电子设备。

6、有鉴于此，本发明的第一方面提供一种船舶航行信号灯的集成控制系统，集成控制系统包括：人机交互单元、网关通信单元和集中控制单元，人机交互单元配置为接收本地控制指令；网关通信单元配置为接入船舶骨干网络，并通过船舶骨干网络接收来自船舶自动驾驶系统的号灯切换类外部协同控制指令，网关通信单元内置可编程逻辑控制器模块，用于船舶骨干网络与集中控制单元之间的数据协议转换；集中控制单元分别与人机交互单元和网关通信单元通信连接，并配置为与航行信号灯组电连接，集中控制单元内置微处理器，微处理器的存储空间划分为相互独立的引导程序区与应用软件区；集中控制单元配置为：获取本地控制指令和/或外部协同控制指令，基于应用软件区内预设控制逻辑对两类指令进行解析处理后生成号灯驱动信号，并将号灯驱动信号输出至航行信号灯组，以控制航行信号灯组中对应灯具的发光状态；其中，集中控制单元在接收升级指令时，通过引导程序区对应用软件区内的号灯控制程序执行在线更新。

7、本技术利用船舶航行信号灯的集成控制系统全部硬件与分层软件架构，通过设置分别承担本地指令接收、跨网络协议转换、集中运算驱动三类功能的人机交互单元、网关通信单元、集中控制单元，将船舶两套独立航行灯控制箱体、两套独立信号灯控制箱体整合为单一集中控制单元统一管控航行信号灯组，网关通信单元内置可编程逻辑控制器模块完成船舶骨干网络与集中控制单元之间的数据协议转换，使系统能够接收船舶自动驾驶系统下发的号灯切换类外部协同控制指令，集中控制单元内部搭载划分有相互独立引导程序区与应用软件区的微处理器，依托应用软件区内预设控制逻辑统一解析本地控制指令与号灯切换类外部协同控制指令并生成号灯驱动信号输出至航行信号灯组完成灯具管控，同时集中控制单元在收到升级指令时可依托引导程序区完成应用软件区内号灯控制程序的在线更新，整套架构从硬件层面消除传统分布式号灯系统多套独立电控设备并存带来的元件冗余、线束繁杂、整船重量偏高、线路故障多发问题，依托船舶骨干网络打通号灯系统与船舶自动驾驶系统的数据交互通道，解决号灯系统无法支撑船舶智能化自动航行的技术短板，微处理器双分区存储架构实现船舶号灯控制硬件与号灯控制软件完全解绑，打破传统船舶电控单元软硬件深度绑定、无法在线迭代优化、维护改造成本高昂的局限，整套集成架构同步降低船舶号灯系统的生产制造、日常管理、故障维修全周期综合成本，同步简化船舶驾驶台电气元件布置布局，适配各类货运、远洋船舶的智能化航行升级改造需求。

8、船舶航行信号灯的集成控制系统是一体化电控装置，整合灯具全部控制、状态监测、网络互联、程序升级功能。人机交互单元是布置于船舶驾驶台，用于接收船员人工下发本地控制指令的成套交互硬件装置。本地控制指令是船员通过人机交互单元下发，用于控制航行信号灯组内灯具点亮、熄灭的人工操作指令。网关通信单元是承担网络协议转换、跨系统数据转发的硬件单元。船舶骨干网络是铺设于全船，承载船舶自动驾驶系统、各类设备电控单元数据交互的主干通信网络。号灯切换类外部协同控制指令是船舶自动驾驶系统依据船舶航行位置、航行工况自动生成，用于调整航行信号灯组灯具工作状态的自动化控制指令。船舶自动驾驶系统是具备航线规划、航行工况判断、船舶自动航行控制功能的船上上层智能控制系统。可编程逻辑控制器模块是具备多通信协议解析、数据中转功能的工业级数字控制硬件。集中控制单元是整套集成控制系统的核心运算、信号驱动硬件设备。航行信号灯组是船舶航行时所需全部航行灯、信号灯的灯具总成。微处理器是集中控制单元内部承担指令解析、逻辑运算、信号输出、程序校验的核心运算芯片。引导程序区是微处理器存储空间内独立划分，仅存放程序加载、升级校验底层引导程序的存储分区。应用软件区是微处理器存储空间内独立划分，专门存储航行信号灯全部控制逻辑程序的存储分区。号灯控制程序是存储于应用软件区，用于解析各类控制指令、生成号灯驱动信号的功能软件。升级指令是用于触发号灯控制程序在线更新的操作指令。号灯驱动信号是集中控制单元依据控制逻辑生成，用于驱动航行信号灯组内部灯具通断的电气控制信号。

9、本技术利用船舶航行信号灯的集成控制系统中独立设置的人机交互单元、网关通信单元、集中控制单元三类核心硬件，人机交互单元持续接收船员下发的本地控制指令，网关通信单元持续接入船舶骨干网络，依靠内部搭载的可编程逻辑控制器模块完成船舶骨干网络通信协议与集中控制单元内部通信协议双向转换，持续接收船舶自动驾驶系统下发的号灯切换类外部协同控制指令，集中控制单元同时与人机交互单元、网关通信单元建立通信连接并和航行信号灯组完成电气连接，集中控制单元内部搭载微处理器，微处理器存储空间硬性划分为相互独立的引导程序区与应用软件区，集中控制单元持续获取本地控制指令、号灯切换类外部协同控制指令中的一类或两类全部指令数据，调用应用软件区内预设控制逻辑对两类指令统一开展解析处理，依据解析结果生成对应号灯驱动信号，将号灯驱动信号直接输出至航行信号灯组，以此精准控制航行信号灯组内部每一盏对应灯具的发光状态，当集中控制单元收到外部下发的升级指令时，集中控制单元自动调用引导程序区内底层引导程序，依托底层引导程序完成应用软件区内号灯控制程序的在线更新操作。整套实现流程首先解决现有技术航行灯、信号灯两套独立控制箱带来的电控元件数量多、线束铺设复杂、船舶自重增加、线路故障点增多的问题，单一集中控制单元替代两套独立箱体直接减少整船 ecu、实体开关、配套线束的配置数量，简化船舶电气布设施工工序；其次依靠网关通信单元的可编程逻辑控制器模块打通号灯系统与船舶自动驾驶系统的数据传输链路，实现船舶自动驾驶系统与号灯系统跨设备信息共享，弥补传统分布式号灯系统无法支撑船舶自动化航行的缺陷；最后依靠微处理器引导程序区、应用软件区分区存储架构，将号灯控制硬件与号灯控制软件彻底拆分，无需拆卸集中控制单元硬件即可完成号灯控制程序在线更新，解决传统船舶电控单元软硬件深度绑定、功能迭代需要整体更换硬件、维修改造周期长、成本高昂的技术痛点，同步降低船舶号灯系统生产、运维、改造全流程综合开销，优化船舶驾驶台电气元件布局整洁度。

10、在本技术的一些技术方案中，人机交互单元包括：触控显示模块，触控显示模块配置为显示航行信号灯组的工作状态信息，并接收软开关触控指令；控制器局域网通讯开关模块，配置为接收硬开关触发指令；集中控制单元配置为分别解析软开关触控指令和硬开关触发指令，以生成对应的号灯驱动信号。

11、在上述技术方案中，人机交互单元是布置于船舶驾驶台，用于接收船员人工下发本地控制指令的成套交互硬件装置；触控显示模块是人机交互单元内部搭载带触控操作、画面显示功能的显示屏硬件；软开关触控指令是船员通过触控显示模块屏幕虚拟按键下发的灯具控制指令；控制器局域网通讯开关模块是人机交互单元内部依托控制器局域网通信标准设计的实体按键开关总成；硬开关触发指令是船员按压控制器局域网通讯开关模块实体按键下发的灯具控制指令。

12、本方案在船舶航行信号灯的集成控制系统基础上，进一步限定人机交互单元包含触控显示模块与控制器局域网通讯开关模块两类交互硬件，触控显示模块持续显示航行信号灯组全部工作状态信息并接收船员操作生成软开关触控指令，控制器局域网通讯开关模块接收船员按压实体按键生成硬开关触发指令，集中控制单元分别单独解析软开关触控指令、硬开关触发指令，针对两类不同来源指令分别生成匹配的号灯驱动信号。整套实现流程采用软硬结合双通道人工交互模式，区分高频应急操作、常规模式操作两类使用场景，控制器局域网通讯开关模块实体按键保障船舶恶劣航行工况下应急号灯操作的响应速度与操作可靠性，触控显示模块虚拟软开关替代大量分立物理指示灯、小型实体开关，大幅减少船舶驾驶台内部电气元件布设数量，简化驾驶台面板结构，降低实体开关长期使用老化、接线松动的故障概率，同时双通道指令分别解析的处理逻辑能够独立识别屏幕操作、实体按键操作两类人工输入，避免两类人工指令信号相互干扰，提升号灯控制指令识别精准度。

13、在本技术的一些技术方案中，触控显示模块集成有号灯软开关控件、号灯工作状态指示界面以及故障报警提示界面，分别用于实现航行信号灯组中对应灯具的触控启停、工作状态可视化展示以及运行故障的预警提示。

14、在上述技术方案中，本技术在人机交互单元硬件架构基础上，进一步限定触控显示模块集成号灯软开关控件、号灯工作状态指示界面、故障报警提示界面三类可视化界面组件，三类界面分别独立承担航行信号灯组对应灯具触控启停控制、工作状态可视化展示、运行故障预警提示三类功能，船员通过号灯软开关控件下发软开关触控指令，号灯工作状态指示界面实时同步展示每一盏灯具当前运行状态，系统检测到灯具故障后自动在故障报警提示界面弹出对应故障提示内容。本技术将分立实体开关、分立状态指示灯、分立故障报警蜂鸣灯全部整合至单一触控屏幕内部，取消驾驶台大量小型分立电气元件，优化驾驶台操作空间布局，船员可在同一显示界面一次性查看全部航行信号灯运行状态，故障发生时界面直接定位故障灯具名称，无需船员逐一排查分散布置的物理指示灯，大幅缩短故障排查、故障处置消耗的时间，同步减少分立指示灯配套线束的铺设数量，降低线路故障发生概率。

15、在本技术的一些技术方案中，控制器局域网通讯开关模块预留硬件功能拓展接口，硬件功能拓展接口用于接入新增的号灯控制开关功能，支持系统功能的拓展迭代。

16、在上述技术方案中，控制器局域网通讯开关模块预留硬件功能拓展接口，硬件功能拓展接口用于接入新增的号灯控制开关功能，支持系统功能的拓展迭代。即本方案在控制器局域网通讯开关模块本体预留硬件功能拓展接口，硬件功能拓展接口匹配控制器局域网通信标准，新增号灯控制开关硬件可直接接入硬件功能拓展接口完成线路对接，接入操作无需拆解控制器局域网通讯开关模块内部电路，也无需重新布设船舶驾驶台原有传输线束，仅同步更新集中控制单元应用软件区内存储的号灯控制程序，即可完成新增灯具控制功能的部署。船舶在长期运营阶段存在增设各类航行辅助灯具的需求，灯具配套控制功能若需要上线，依靠预留硬件功能拓展接口即可完成适配改造，改造过程仅涉及新增开关硬件与接口的对接操作，不需要更换整套开关硬件，也不需要大范围调整船舶电气布线，能够减少改造阶段物料采购开销，缩短船舶停港改造所需时间，延长控制器局域网通讯开关模块的使用周期。

17、在本技术的一些技术方案中，控制器局域网通讯开关模块包含相互独立的主用硬开关模块与备用硬开关模块；集中控制单元配置为：监测到主用硬开关模块通讯中断故障时，自动切换至备用硬开关模块，持续接收硬开关触发指令。

18、在上述技术方案中，控制器局域网通讯开关模块包含相互独立的主用硬开关模块与备用硬开关模块；集中控制单元配置为：监测到主用硬开关模块通讯中断故障时，自动切换至备用硬开关模块，持续接收硬开关触发指令。本技术将控制器局域网通讯开关模块内部划分为相互独立的主用硬开关模块与备用硬开关模块，集中控制单元持续对主用硬开关模块开展通讯状态监测，实时校验主用硬开关模块与集中控制单元之间的数据传输链路，监测过程不间断运行，一旦识别出通讯中断的状态，集中控制单元自动切换数据传输链路至备用硬开关模块，链路切换过程无需人工操作，数据接收不会出现中断空档。船舶航行环境存在盐雾、船体振动等工况，电气接线端子易出现腐蚀、松动问题，通讯链路断开后会影响实体按键对应的灯具控制通路，两套相互独立的硬开关模块形成硬件冗余架构，单一路通讯链路失效时可切换至备用通路承接指令传输，保障实体按键对应的安全灯具可正常操控，降低航行过程中灯具控制通路失效带来的运行风险。

19、在本技术的一些技术方案中，集中控制单元配置为对本地控制指令、外部协同控制指令开展优先级冲突融合处理；当两类指令针对同一灯具产生控制冲突时，设定人机交互单元下发的本地控制指令为最高优先级并优先执行。

20、在上述技术方案中，本技术在集中控制单元内部部署优先级冲突融合处理逻辑，集中控制单元同步接收两类控制指令时，会识别两类指令对应的灯具对象，若两类指令均针对同一灯具且指令动作存在差异，集中控制单元判定人机交互单元下发的本地控制指令作为执行依据，仅依据本地控制指令生成号灯驱动信号，另一类外部协同控制指令暂时搁置不执行。船舶航行过程中，船舶自动驾驶系统会根据预设航线生成灯具调节指令，海面实时航行环境无法被航线数据完整覆盖，两类指令同时下发会造成灯具状态频繁切换，按照预设优先级筛选指令可统一灯具运行状态，减少灯具启停频次，同时保证现场人员下发的操作指令具备执行权限，匹配船舶航行管控规范。

21、在本技术的一些技术方案中，集中控制单元还配置有状态监测模块；状态监测模块配置为实时采集航行信号灯组中各灯具的工作电流、工作电压数据，将采集数据与预设正常运行阈值对比，判定对应灯具是否发生断路、短路运行故障；当判定灯具存在故障时，集中控制单元生成故障报警信号，并将故障报警信号发送至人机交互单元进行可视化预警提示。

22、在上述技术方案中，本技术在集中控制单元内部搭载状态监测模块，状态监测模块持续采集航行信号灯组各个灯具回路的工作电流与工作电压，采集得到的数值会与系统内部存储的正常运行阈值开展比对，依据数值偏离阈值的情况区分断路、两类设备故障，判定故障后集中控制单元生成故障报警信号，将故障报警信号传输至人机交互单元完成可视化提示。灯具运行故障仅依靠灯具点亮状态无法提前识别，回路电气参数可反映灯丝老化、线路绝缘破损等隐性问题，持续采样比对的方式可实现全时段故障筛查，故障信息直接推送至交互界面，无需工作人员逐一登船排查灯具线路，缩短故障定位与维修所需时长，避免航行途中灯具突发失效。

23、本发明第二方面提供一种船舶航行信号灯的控制方法，应用于如上述技术方案中任一项的船舶航行信号灯的集成控制系统中的集中控制单元，控制方法包括：获取指令数据，指令数据包括经由人机交互单元输入的本地控制指令、经由网关通信单元接收的来自船舶自动驾驶系统的号灯切换类的外部协同控制指令；基于预设的控制逻辑，对触控显示模块对应的触控通道、控制器局域网通讯开关模块对应的硬开关通道执行双通道并行解析，并同步融合处理外部协同控制指令，生成对应的号灯驱动信号；将号灯驱动信号输出至与集中控制单元电连接的航行信号灯组，以控制航行信号灯组中目标灯具的点亮或熄灭；采集航行信号灯组中各灯具的工作状态数据，并将工作状态数据与故障判定结果反馈至人机交互单元进行显示与报警提示；接收升级指令时，通过微处理器的引导程序区完成应用软件区内号灯控制程序的在线更新。

24、本技术提供的控制方法，设置完整的船舶航行信号灯控制执行流程，流程依托集中控制单元完成全部操作步骤，第一步完成指令数据获取，指令数据包含人机交互单元输出的本地控制指令、网关通信单元转发的外部协同控制指令；第二步开展双通道并行解析，分别处理触控显示模块对应的触控通道数据、控制器局域网通讯开关模块对应的硬开关通道数据，同步融合外部协同控制指令生成号灯驱动信号；第三步将号灯驱动信号传输至与集中控制单元电连接的航行信号灯组，调整目标灯具点亮、熄灭状态；第四步持续采集灯具工作电流、工作电压数据，完成故障判定后将运行数据、故障提示推送至人机交互单元；第五步接收到升级指令时，调用微处理器内部引导程序区的底层程序，对应用软件区内的号灯控制程序完成在线更新。整套流程每一步均对应系统内部硬件单元，操作步骤不存在脱离实体电控设备的纯运算逻辑，同步覆盖人工操控、智能协同、故障检测、程序迭代四类运行需求，多通道并行处理的方式可同步处理多路输入指令，适配船舶多盏灯具同步管控的运行场景。

25、本发明第三方面提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述技术方案中控制方法的步骤。因此上述计算机可读存储介质具备如上述技术方案中控制方法的全部有益效果。

26、本发明第四方面提供一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上述技术方案中控制方法的步骤。因此上述电子设备具备如上述技术方案中控制方法的全部有益效果。

27、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。