船舶廢氣污染物在線監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)中嵌入式技術(shù)的應用
發(fā)布時間：2021-02-09 07:45
近年來,伴隨著船舶工業(yè)的發(fā)展,船舶廢氣造成的環(huán)境污染問題越來越嚴重,針對船舶廢氣污染物的排放監(jiān)測、處理問題成為了當前的研究熱點。本文的研究方向是設計一種在線式的船舶廢氣污染物監(jiān)測系統(tǒng),結(jié)合嵌入式技術(shù)設計監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集終端,并詳細介紹了該在線監(jiān)測系統(tǒng)的總體設計、傳感器和通信電路等模塊,對于改善當前的船舶廢氣監(jiān)測技術(shù)有一定的實際應用價值。
【文章來源】：艦船科學技術(shù). 2020,42(22)北大核心
【文章頁數(shù)】：3 頁
【部分圖文】：
廢氣污染物排放在線監(jiān)測系統(tǒng)原理圖Fig.1Schematicdiagramofon-linemonitoringsystemforexhaustpollutantemission
線監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設計近年來，嵌入式技術(shù)發(fā)展迅速，已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域必不可少的控制核心，嵌入式控制芯片也獲得了迅速的發(fā)展，以ARM體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的嵌入式處理器目前占據(jù)32位嵌入式處理器市場的一半以上[2]，本文也是采用Arm嵌入式技術(shù)設計船舶廢氣污染物的在線監(jiān)測系統(tǒng)。本文采用ARM7內(nèi)核的韓國三星公司S3C44B0微處理器芯片作為系統(tǒng)的核心處理器，結(jié)合RTL8019網(wǎng)卡芯片和RS232接口電路等硬件[1]，構(gòu)成船舶廢氣污染物的在線監(jiān)測系統(tǒng)的基本硬件，原理示意圖如圖2所示。圖2船舶廢氣污染物的在線監(jiān)測系統(tǒng)的硬件原理圖Fig.2Hardwareschematicdiagramofon-linemonitoringsystemformarineexhaustpollutants在該硬件回路中，S3C44B0芯片是檢測數(shù)據(jù)的核心，其通過分析傳感器和預處理電路的信號，向監(jiān)測系統(tǒng)的其他硬件發(fā)送指令。S3C44B0芯片的功能特性如下：1）該芯片的引腳達160個，一種性能優(yōu)越的32位嵌入式處理器，其最高頻率可達60MHz，有豐富的擴展接口，能夠支持多種通用的擴展設備。2）S3C44B0芯片的工作電壓為3.3V，內(nèi)核的工作電壓為2V，具有較小的功耗，能夠適應船舶等移動場景的惡劣工況。3）芯片內(nèi)部集成了8個記憶棧，實現(xiàn)外部存儲器的有效管理，借助擴展接口可以將存儲容量升高到256M，同時還支持SD卡、FLASH和USB等外接電路。4）S3C44B0芯片支持兩路UART接口，可用于紅外通信技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣瓤臁?）具有72個I/O接口，支持鍵鼠、LCD等外接設備的快速接入。6）支持8路的數(shù)字信號/模擬信號轉(zhuǎn)換器和兩路中斷電路。2.2監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器數(shù)據(jù)采集模塊設計傳感器是實現(xiàn)?
的修正系數(shù)，為發(fā)動機單位功率下的流量，g/(kW·h)，按照下式計算：Ql=14.3·G0×9550T0×n·20(20fO2),G0T0nfO2式中：為單位時間的動力系統(tǒng)油耗，為動力主機的扭矩，為發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，為氧氣的2種實際的測量過程中出現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)異常的體積百分數(shù)[3]。PM固體顆粒污染物的比排放值計算公式為：fPM=mPM×9550T0×n,式中：mPM為PM傳感器采集的管路值。圖3為監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器數(shù)據(jù)采集模塊硬件組成。圖3傳感器數(shù)據(jù)采集模塊硬件組成Fig.3Hardwarecompositionofsensordataacquisitionmodule2.3AIS通信接口電路設計本文采用3G模塊無線局域網(wǎng)絡和AIS模塊實現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)與岸基的數(shù)據(jù)通信，AIS模塊利用RS422與S3C44B0芯片單元連接，將無線局域網(wǎng)絡作為在線監(jiān)測系統(tǒng)與岸基數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的傳輸媒介。AIS接口電路采用MAX491系列轉(zhuǎn)換芯片，控制器芯片的指令通過TTL電平傳輸至轉(zhuǎn)換芯片，再由差分信號電路輸出。圖4為監(jiān)測系統(tǒng)的AIS接口電路圖。圖4監(jiān)測系統(tǒng)的AIS接口電路圖Fig.4AISinterfacecircuitdiagramofmonitoringsystem3結(jié)語船舶廢氣污染物監(jiān)測技術(shù)有助于改善船舶的能源消耗水平，同時保護海洋生態(tài)環(huán)境不受船舶廢氣的侵害。本文結(jié)合嵌入式ARM技術(shù)設計一種船舶廢氣污染物在線監(jiān)測系統(tǒng)，并詳細介紹了該監(jiān)測系統(tǒng)的硬件組成和工作原理。參考文獻：王健,張檬,郭志龍,等.基于嵌入式技術(shù)的城市綠地生態(tài)環(huán)境監(jiān)測評價系統(tǒng)的設計[J].黑龍江科技信息,2011(11):44–64.[1]翁建平.嵌入式船舶主推進控制系統(tǒng)設計[J].工程技術(shù)(引文版),2016(11):
【參考文獻】：
期刊論文
[1]船舶廢氣中SO2檢測方法的比較研究[J]. 杜清華. 環(huán)境與發(fā)展. 2019(05)
[2]基于嵌入式技術(shù)的城市綠地生態(tài)環(huán)境監(jiān)測評價系統(tǒng)的設計[J]. 王健,張檬,郭志龍,潘宜霞,馬德超. 黑龍江科技信息. 2011(11)
本文編號：3025308
【文章來源】：艦船科學技術(shù). 2020,42(22)北大核心
【文章頁數(shù)】：3 頁
【部分圖文】：
廢氣污染物排放在線監(jiān)測系統(tǒng)原理圖Fig.1Schematicdiagramofon-linemonitoringsystemforexhaustpollutantemission
線監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設計近年來，嵌入式技術(shù)發(fā)展迅速，已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域必不可少的控制核心，嵌入式控制芯片也獲得了迅速的發(fā)展，以ARM體系結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的嵌入式處理器目前占據(jù)32位嵌入式處理器市場的一半以上[2]，本文也是采用Arm嵌入式技術(shù)設計船舶廢氣污染物的在線監(jiān)測系統(tǒng)。本文采用ARM7內(nèi)核的韓國三星公司S3C44B0微處理器芯片作為系統(tǒng)的核心處理器，結(jié)合RTL8019網(wǎng)卡芯片和RS232接口電路等硬件[1]，構(gòu)成船舶廢氣污染物的在線監(jiān)測系統(tǒng)的基本硬件，原理示意圖如圖2所示。圖2船舶廢氣污染物的在線監(jiān)測系統(tǒng)的硬件原理圖Fig.2Hardwareschematicdiagramofon-linemonitoringsystemformarineexhaustpollutants在該硬件回路中，S3C44B0芯片是檢測數(shù)據(jù)的核心，其通過分析傳感器和預處理電路的信號，向監(jiān)測系統(tǒng)的其他硬件發(fā)送指令。S3C44B0芯片的功能特性如下：1）該芯片的引腳達160個，一種性能優(yōu)越的32位嵌入式處理器，其最高頻率可達60MHz，有豐富的擴展接口，能夠支持多種通用的擴展設備。2）S3C44B0芯片的工作電壓為3.3V，內(nèi)核的工作電壓為2V，具有較小的功耗，能夠適應船舶等移動場景的惡劣工況。3）芯片內(nèi)部集成了8個記憶棧，實現(xiàn)外部存儲器的有效管理，借助擴展接口可以將存儲容量升高到256M，同時還支持SD卡、FLASH和USB等外接電路。4）S3C44B0芯片支持兩路UART接口，可用于紅外通信技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣瓤臁?）具有72個I/O接口，支持鍵鼠、LCD等外接設備的快速接入。6）支持8路的數(shù)字信號/模擬信號轉(zhuǎn)換器和兩路中斷電路。2.2監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器數(shù)據(jù)采集模塊設計傳感器是實現(xiàn)?
的修正系數(shù)，為發(fā)動機單位功率下的流量，g/(kW·h)，按照下式計算：Ql=14.3·G0×9550T0×n·20(20fO2),G0T0nfO2式中：為單位時間的動力系統(tǒng)油耗，為動力主機的扭矩，為發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，為氧氣的2種實際的測量過程中出現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)異常的體積百分數(shù)[3]。PM固體顆粒污染物的比排放值計算公式為：fPM=mPM×9550T0×n,式中：mPM為PM傳感器采集的管路值。圖3為監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器數(shù)據(jù)采集模塊硬件組成。圖3傳感器數(shù)據(jù)采集模塊硬件組成Fig.3Hardwarecompositionofsensordataacquisitionmodule2.3AIS通信接口電路設計本文采用3G模塊無線局域網(wǎng)絡和AIS模塊實現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)與岸基的數(shù)據(jù)通信，AIS模塊利用RS422與S3C44B0芯片單元連接，將無線局域網(wǎng)絡作為在線監(jiān)測系統(tǒng)與岸基數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的傳輸媒介。AIS接口電路采用MAX491系列轉(zhuǎn)換芯片，控制器芯片的指令通過TTL電平傳輸至轉(zhuǎn)換芯片，再由差分信號電路輸出。圖4為監(jiān)測系統(tǒng)的AIS接口電路圖。圖4監(jiān)測系統(tǒng)的AIS接口電路圖Fig.4AISinterfacecircuitdiagramofmonitoringsystem3結(jié)語船舶廢氣污染物監(jiān)測技術(shù)有助于改善船舶的能源消耗水平，同時保護海洋生態(tài)環(huán)境不受船舶廢氣的侵害。本文結(jié)合嵌入式ARM技術(shù)設計一種船舶廢氣污染物在線監(jiān)測系統(tǒng)，并詳細介紹了該監(jiān)測系統(tǒng)的硬件組成和工作原理。參考文獻：王健,張檬,郭志龍,等.基于嵌入式技術(shù)的城市綠地生態(tài)環(huán)境監(jiān)測評價系統(tǒng)的設計[J].黑龍江科技信息,2011(11):44–64.[1]翁建平.嵌入式船舶主推進控制系統(tǒng)設計[J].工程技術(shù)(引文版),2016(11):
【參考文獻】：
期刊論文
[1]船舶廢氣中SO2檢測方法的比較研究[J]. 杜清華. 環(huán)境與發(fā)展. 2019(05)
[2]基于嵌入式技術(shù)的城市綠地生態(tài)環(huán)境監(jiān)測評價系統(tǒng)的設計[J]. 王健,張檬,郭志龍,潘宜霞,馬德超. 黑龍江科技信息. 2011(11)
本文編號：3025308
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