船舶多运动量测试装置的设计研究

摘要

在船舶运动控制中，必须了解船舶的运动状态，才能控制船舶运动，由此提出了六自由度运动测试仪的研制，本测试仪能测试船舶运动的线加速度、角加速度、线速度、角速度及方位角、横摇角、纵摇角，为船舶运动控制提供了数据依据。 为了保证测试精度，本系统使用了15个传感器，一对一的直接测量各个物理量的运动状态。文中介绍了传感器的原理及基本特性，并根据系统性能指标要求，选取了所需的传感器，设计了相应的信号调理电路，进行了相应的信号调零和放大，使其满足了单片机对输入信号的电压范围要求。 六自由度运动测试仪由下位机测试装置和上位机测试软件组成。下位机选用单片机W77E58为系统主芯片，控制完成数据采集、数据处理、数据存储和与上位机进行通信，本系统还通过外部按键设置了两种工作模式，即数据采集模式和数据传输模式。当工作于数据采集模式时，系统通过传感器检测数据，并把数据存入外部数据存储器里，同时也通过串口R$232把检测到的数据发给上位机；当工作于数据传输模式时，系统不检测数据，只把外部数据存储器里的数据通过串口RS232发给上位机。为了满足不同的需求，本系统也有一个模拟输出接口，可实时输出各个运动量的模拟电压值。 上位机测试软件利用C++Builder开发，该测试软件接收下位机的数据，以曲线的形式实时显示出来，曲线既可以以二维平面显示，也可以以三维立体显示，也可以以用户所关心的某一类或某一个物理量进行单独显示；而校准传感器则实现了传感器的动态调参；本测试软件还能以文件的形式自动记录检测到的数据。 最后通过实验分析，验证了系统较好的满足了设计指标要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1本文研究的目的及意义

1.2国内外发展概况

1.3本文主要研究内容

第2章工作原理及系统组成

2.1系统数学原理分析

2.1.1船舶运动坐标系

2.1.2坐标变换

2.1.3运动学方程

2.2系统组成

2.2.1现代检测系统的构成

2.2.2本测试系统的组成

2.3本章小结

第3章传感器的选择

3.1传感器的原理

3.2传感器的基本特性

3.2.1静态特性

3.2.2动态特性

3.3传感器的分类

3.3.1压阻式传感器

3.3.2压电式传感器

3.4传感器的选取

3.5本章小结

第4章系统硬件设计

4.1系统硬件的总体设计

4.2数据采集单元

4.2.1模拟信号输入电路

4.2.2 A/D转换

4.3单片机控制单元

4.4外部数据存储器扩展单元

4.5通信单元

4.6其他单元

4.6.1人机接口单元

4.6.2供电单元

4.7本章小结

第5章系统软件设计

5.1概述

5.2下位机软件编程

5.3基于微处理器W77E58程序设计

5.3.1系统主程序

5.3.2数据采集子程序

5.3.3数据发送子程序

5.3.4数据存储子程序

5.3.5串行口通信子程序

5.4上位机测试软件的设计

5.4.1 C++ Builder 6.0简介

5.4.2在C++ Builder中用Xcomm控件实现串行通信

5.4.3 TeeChart图表控件介绍

5.4.4上位机测试软件流程图

5.4.5上位机测试界面设计

5.5本章小结

第6章六自由度运动测试仪的实验验证

6.1六自由度运动测试仪的描述

6.2实验结果及分析

6.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢