本文關鍵詞：船舶機艙監(jiān)控報警系統(tǒng)DPU設計及實現(xiàn)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：船舶機艙監(jiān)控報警系統(tǒng)作為船舶自動化中一項重要的內容,主要功能是監(jiān)控機艙中各種設備的工作狀態(tài)和運行參數(shù),保證船舶安全、可靠的行駛。一個完整的監(jiān)視與報警系統(tǒng)由三部分組成：(1)分布在機艙各監(jiān)視點的傳感器；(2)安裝在集中控制室內的控制柜和監(jiān)視儀器或監(jiān)視屏；(3)安裝在駕駛臺、公共場所、輪機長和輪機員居室的延伸報警箱。分布式處理單元(Distributed Processing Unit, DPU),是采用模塊化設計、具有通信功能的智能現(xiàn)場I/O單元。它是船舶機艙監(jiān)控報警系統(tǒng)的重要組成部分。每艘船上都有上百個,甚至更多的DPU分布在機艙各處。DPU與傳感器或者執(zhí)行器相連,可獨立實現(xiàn)參數(shù)的監(jiān)視、報警和控制。本文以MSP430F149為處理器,采用雙路冗余CAN總線設計,設計并實現(xiàn)了開關量輸入、開關量輸出、0-5V電壓輸入、0-5V電壓輸出、4-20mA輸入以及熱電阻信號輸入模塊。并實現(xiàn)了信號調理、數(shù)據(jù)處理以及通信等功能。論文首先依據(jù)《中華人民共和國船舶行業(yè)標準》、《鋼質海船入級規(guī)范》、CiA DSP307船用電子框架以及相關文獻,確定了總體設計方案以及各模塊的功能。包括信號采集、信號處理、以及雙路CAN總線通信三個部分。CAN總線通信遵循CANopen船用電子框架。總體設計方案確定以后,對硬件電路進行設計。主控芯片采用MSP430F149,CAN控制芯片采用MCP2515,并且用ADUM1201芯片進行光電隔離,保護后級電路。首先所有的模擬電路Multism在環(huán)境下進行仿真,驗證了電路可行性以及其性能。然后在Altium Designer環(huán)境下設計了開關量輸入、開關量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出以及RTD信號輸入模塊。開關量輸入、開關量輸出模塊實現(xiàn)了開關量的采集和輸出。模擬量輸入模塊利用MSP430自帶的模數(shù)轉換器(ADC)進行模數(shù)轉換,得到數(shù)字量。模擬量輸出模塊采用TLC5628芯片,進行數(shù)模轉換。RTD輸入模塊利用惠斯通電橋以及運放電路,進行信號調理,得到理想的信號。最后,在IAR環(huán)境下對不同的DPU模塊編寫程序。實現(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)機的實現(xiàn)、船用CANopen協(xié)議的通信規(guī)則、心跳報文、活動總線的切換、MPDO以及I/O模塊的CANopen規(guī)則。實現(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,組成一個網(wǎng)絡。經組網(wǎng)測試,各DPU模塊信號采集精度、CAN總線冗余通信等性能指標均達到船用檢測設備標準。
【關鍵詞】：船舶機艙監(jiān)控報警系統(tǒng) DPU 數(shù)據(jù)采集與處理 CANopen協(xié)議 CANopen船用電子框架
【學位授予單位】：大連海事大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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 船舶機艙監(jiān)控報警系統(tǒng)的發(fā)展過程13-14
• 1.3 先進的分布式處理單元14-16
• 1.3.1 DPU的主要功能15
• 1.3.2 DPU的特點15-16
• 1.3.3 常見的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)議簡介20-21
• 2.1.2 CANopen對象字典21-22
• 2.1.3 CANopen應用層服務22-23
• 2.2 CANopen的通訊對象23-31
• 2.2.1 網(wǎng)絡管理對象24-27
• 2.2.2 過程數(shù)據(jù)對象27-30
• 2.2.3 服務數(shù)據(jù)對象30-31
• 2.3 CANopen的船用協(xié)議31-38
• 2.3.1 狀態(tài)機的狀態(tài)判斷32
• 2.3.2 通信對象的海事通信規(guī)則32-33
• 2.3.3 心跳報文和NMT節(jié)點保護33-35
• 2.3.4 活動總線的判斷規(guī)則35-36
• 2.3.5 復用PDO機制36-38
• 2.4 DPU模塊的總體設計思路38-39
• 2.5 本章小結39-41
• 第3章 分布式處理單元硬件設計41-54
• 3.1 主控芯片的選擇41
• 3.2 現(xiàn)場總線的選擇41-44
• 3.3 核心板的設計44-46
• 3.4 底板的設計46-52
• 3.4.1 開關量輸入信號調整電路47
• 3.4.2 開關量輸出信號調整電路47-48
• 3.4.3 模擬量輸入調整電路48-49
• 3.4.4 模擬量輸出電路49-51
• 3.4.5 RTD信號輸入51-52
• 3.5 本章小結52-54
• 第4章 DPU的軟件設計與實現(xiàn)54-67
• 4.1 MSP430F149的初始化54-57
• 4.1.1 MSP430F149時鐘的初始化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現(xiàn)59-62
• 4.3.1 開關量輸入模塊的軟件實現(xiàn)59-60
• 4.3.2 開關量輸出模塊的軟件實現(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現(xiàn)62
• 4.4 CANopen協(xié)議以及CANopen船用電子框架的實現(xiàn)62-66
• 4.4.1 對象字典的實現(xiàn)62-63
• 4.4.2 通信規(guī)則的實現(xiàn)63-65
• 4.4.3 狀態(tài)機的實現(xiàn)65
• 4.4.4 活動總線的判斷65-66
• 4.5 本章小結66-67
• 第5章 DPU的實現(xiàn)與功能測試67-77
• 5.1 開關量輸入模塊的功能測試67-68
• 5.2 CANopen協(xié)議以及CANopen船用電子框架的測試68-71
• 5.2.1 SDO以及對象字典的測試68-69
• 5.2.2 狀態(tài)機的測試69
• 5.2.3 活動總線的切換69-70
• 5.2.4 冗余通信規(guī)則的測試70-71
• 5.3 數(shù)據(jù)調理部分測試71-76
• 5.3.1 開關量輸入模塊的測試72
• 5.3.2 開關量輸出模塊的測試72-73
• 5.3.3 模擬量輸入模塊的測試73-76
• 5.3.4 模擬量輸出模塊的測試76
• 5.4 本章總結76-77
• 第6章 總結77-79
• 參考文獻79-82
• 致謝82-83
• 作者簡介83

【參考文獻】

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  本文關鍵詞：船舶機艙監(jiān)控報警系統(tǒng)DPU設計及實現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：466428