本文關(guān)鍵詞：船舶機(jī)艙監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)DPU設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：船舶機(jī)艙監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)作為船舶自動(dòng)化中一項(xiàng)重要的內(nèi)容,主要功能是監(jiān)控機(jī)艙中各種設(shè)備的工作狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù),保證船舶安全、可靠的行駛。一個(gè)完整的監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)由三部分組成：(1)分布在機(jī)艙各監(jiān)視點(diǎn)的傳感器；(2)安裝在集中控制室內(nèi)的控制柜和監(jiān)視儀器或監(jiān)視屏；(3)安裝在駕駛臺(tái)、公共場(chǎng)所、輪機(jī)長(zhǎng)和輪機(jī)員居室的延伸報(bào)警箱。分布式處理單元(Distributed Processing Unit, DPU),是采用模塊化設(shè)計(jì)、具有通信功能的智能現(xiàn)場(chǎng)I/O單元。它是船舶機(jī)艙監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的重要組成部分。每艘船上都有上百個(gè),甚至更多的DPU分布在機(jī)艙各處。DPU與傳感器或者執(zhí)行器相連,可獨(dú)立實(shí)現(xiàn)參數(shù)的監(jiān)視、報(bào)警和控制。本文以MSP430F149為處理器,采用雙路冗余CAN總線設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)量輸入、開(kāi)關(guān)量輸出、0-5V電壓輸入、0-5V電壓輸出、4-20mA輸入以及熱電阻信號(hào)輸入模塊。并實(shí)現(xiàn)了信號(hào)調(diào)理、數(shù)據(jù)處理以及通信等功能。論文首先依據(jù)《中華人民共和國(guó)船舶行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》、《鋼質(zhì)海船入級(jí)規(guī)范》、CiA DSP307船用電子框架以及相關(guān)文獻(xiàn),確定了總體設(shè)計(jì)方案以及各模塊的功能。包括信號(hào)采集、信號(hào)處理、以及雙路CAN總線通信三個(gè)部分。CAN總線通信遵循CANopen船用電子框架�？傮w設(shè)計(jì)方案確定以后,對(duì)硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。主控芯片采用MSP430F149,CAN控制芯片采用MCP2515,并且用ADUM1201芯片進(jìn)行光電隔離,保護(hù)后級(jí)電路。首先所有的模擬電路Multism在環(huán)境下進(jìn)行仿真,驗(yàn)證了電路可行性以及其性能。然后在Altium Designer環(huán)境下設(shè)計(jì)了開(kāi)關(guān)量輸入、開(kāi)關(guān)量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出以及RTD信號(hào)輸入模塊。開(kāi)關(guān)量輸入、開(kāi)關(guān)量輸出模塊實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)量的采集和輸出。模擬量輸入模塊利用MSP430自帶的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,得到數(shù)字量。模擬量輸出模塊采用TLC5628芯片,進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。RTD輸入模塊利用惠斯通電橋以及運(yùn)放電路,進(jìn)行信號(hào)調(diào)理,得到理想的信號(hào)。最后,在IAR環(huán)境下對(duì)不同的DPU模塊編寫(xiě)程序。實(shí)現(xiàn)CAN總線在CANopen協(xié)議下的通信,使其符合CANopen CiA DSP307船用電子框架,包括狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn)、船用CANopen協(xié)議的通信規(guī)則、心跳報(bào)文、活動(dòng)總線的切換、MPDO以及I/O模塊的CANopen規(guī)則。實(shí)現(xiàn)了各模塊的數(shù)據(jù)采集以及通信等功能。最后將DPU模塊與PC組合到一起,組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)組網(wǎng)測(cè)試,各DPU模塊信號(hào)采集精度、CAN總線冗余通信等性能指標(biāo)均達(dá)到船用檢測(cè)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。
【關(guān)鍵詞】：船舶機(jī)艙監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng) DPU 數(shù)據(jù)采集與處理 CANopen協(xié)議 CANopen船用電子框架
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U665.26;TP277
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 緒論12-20
• 1.1 課題研究的背景及意義12-13
• 1.2 船舶機(jī)艙監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程13-14
• 1.3 先進(jìn)的分布式處理單元14-16
• 1.3.1 DPU的主要功能15
• 1.3.2 DPU的特點(diǎn)15-16
• 1.3.3 常見(jiàn)的DPU類型16
• 1.4 CAN總線以及CANopen協(xié)議16-17
• 1.5 論文的章節(jié)安排17-20
• 第2章 CANopen以及CANopen船用電子框架20-41
• 2.1 CANopen協(xié)議20-23
• 2.1.1 CANopen協(xié)議簡(jiǎn)介20-21
• 2.1.2 CANopen對(duì)象字典21-22
• 2.1.3 CANopen應(yīng)用層服務(wù)22-23
• 2.2 CANopen的通訊對(duì)象23-31
• 2.2.1 網(wǎng)絡(luò)管理對(duì)象24-27
• 2.2.2 過(guò)程數(shù)據(jù)對(duì)象27-30
• 2.2.3 服務(wù)數(shù)據(jù)對(duì)象30-31
• 2.3 CANopen的船用協(xié)議31-38
• 2.3.1 狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)判斷32
• 2.3.2 通信對(duì)象的海事通信規(guī)則32-33
• 2.3.3 心跳報(bào)文和NMT節(jié)點(diǎn)保護(hù)33-35
• 2.3.4 活動(dòng)總線的判斷規(guī)則35-36
• 2.3.5 復(fù)用PDO機(jī)制36-38
• 2.4 DPU模塊的總體設(shè)計(jì)思路38-39
• 2.5 本章小結(jié)39-41
• 第3章 分布式處理單元硬件設(shè)計(jì)41-54
• 3.1 主控芯片的選擇41
• 3.2 現(xiàn)場(chǎng)總線的選擇41-44
• 3.3 核心板的設(shè)計(jì)44-46
• 3.4 底板的設(shè)計(jì)46-52
• 3.4.1 開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)調(diào)整電路47
• 3.4.2 開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)調(diào)整電路47-48
• 3.4.3 模擬量輸入調(diào)整電路48-49
• 3.4.4 模擬量輸出電路49-51
• 3.4.5 RTD信號(hào)輸入51-52
• 3.5 本章小結(jié)52-54
• 第4章 DPU的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)54-67
• 4.1 MSP430F149的初始化54-57
• 4.1.1 MSP430F149時(shí)鐘的初始化55-56
• 4.1.2 MSP430F149I/O端口初始化56-57
• 4.2 CAN總線軟件實(shí)現(xiàn)57-59
• 4.2.1 MCP2515初始化57-58
• 4.2.2 MCP2515的發(fā)送與接收58-59
• 4.3 數(shù)據(jù)采集以及處理的軟件實(shí)現(xiàn)59-62
• 4.3.1 開(kāi)關(guān)量輸入模塊的軟件實(shí)現(xiàn)59-60
• 4.3.2 開(kāi)關(guān)量輸出模塊的軟件實(shí)現(xiàn)60-61
• 4.3.3 模擬量輸入模塊61-62
• 4.3.4 模擬量輸出模塊軟件實(shí)現(xiàn)62
• 4.4 CANopen協(xié)議以及CANopen船用電子框架的實(shí)現(xiàn)62-66
• 4.4.1 對(duì)象字典的實(shí)現(xiàn)62-63
• 4.4.2 通信規(guī)則的實(shí)現(xiàn)63-65
• 4.4.3 狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn)65
• 4.4.4 活動(dòng)總線的判斷65-66
• 4.5 本章小結(jié)66-67
• 第5章 DPU的實(shí)現(xiàn)與功能測(cè)試67-77
• 5.1 開(kāi)關(guān)量輸入模塊的功能測(cè)試67-68
• 5.2 CANopen協(xié)議以及CANopen船用電子框架的測(cè)試68-71
• 5.2.1 SDO以及對(duì)象字典的測(cè)試68-69
• 5.2.2 狀態(tài)機(jī)的測(cè)試69
• 5.2.3 活動(dòng)總線的切換69-70
• 5.2.4 冗余通信規(guī)則的測(cè)試70-71
• 5.3 數(shù)據(jù)調(diào)理部分測(cè)試71-76
• 5.3.1 開(kāi)關(guān)量輸入模塊的測(cè)試72
• 5.3.2 開(kāi)關(guān)量輸出模塊的測(cè)試72-73
• 5.3.3 模擬量輸入模塊的測(cè)試73-76
• 5.3.4 模擬量輸出模塊的測(cè)試76
• 5.4 本章總結(jié)76-77
• 第6章 總結(jié)77-79
• 參考文獻(xiàn)79-82
• 致謝82-83
• 作者簡(jiǎn)介83

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：船舶機(jī)艙監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)DPU設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：466428