基于PCI的船舶动力装置监测与故障诊断系统设计

摘要

随着航运业的快速发展，船舶的安全问题越来越受到人们的关注。船舶动力装置是产生、传递和消耗能量的全部机械设备的总和，为船舶的正常航行和其它各项工作开展提供足够的能量，它是船舶上最重要的组成部分。各类船舶故障中约有60％-80％的故障是由动力装置设备部分引起的，传统故障诊断方法较落后、效率低、劳动强度大、维护成本高，因此需要开展船舶动力装置设备的状态监测与故障诊断技术研究。将现代计算机技术和嵌入式技术应用于船舶监测与故障诊断技术研究，提出了一种基于计算机PCI接口的船舶动力装置监测和故障诊断系统设计方案。本文主要讲述了系统的平台设计方法和过程，包括以下内容：
　　介绍了船舶动力装置和故障诊断技术的相关知识，结合当前国内外在该领域的研究现状，分析了船舶动力装置监测与故障诊断系统平台的功能需求，设计了整个系统的总体方案，并对各个单元模块的设计方案进行论证。
　　系统以工控机和cyclone Ⅲ系列FPGA控制器为核心搭建硬件平台，包括基于PCI9054的PCI接口电路，EEPROM电路，FPGA控制电路，485通信接口电路，基于SJA1000的CAN总线接口电路和基于DM9000A的以太网接口电路。选取合适的传感器设计检测电路测量船舶动力装置设备的温度、压力、转速等重要热力参数，并设计合适的信号采集电路采集这些数据，以实现对船舶动力装置设备运行状态的实时监测。
　　FPGA控制器上开发基于NiosⅡ软核处理器的SOPC系统，用来控制整个下位机硬件平台的运行。在Quartus Ⅱ开发环境下编辑FPGA子程序，采用Verilog HDL语言开发自定义IP模块实现与各外设模块之间的实时通信。
　　采用Windows环境下的WDM模型驱动设计了PCI9054驱动程序，实现设备的即插即用，并在VS2008开发环境开发系统的监测与故障诊断应用软件。最后，本文提出了船舶动力装置设备的神经网络故障诊断专家系统设计思路。

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第1章 绪论

1.1课题研究背景与意义

1.2研究现状与发展趋势

1.3本文研究内容及章节安排

第2章 船舶监测与故障诊断系统总体设计

2.1船舶动力装置监测与故障诊断技术

2.2 系统功能需求

2.3 系统总体方案设计

2.4 本章小结

第3章 系统硬件设计

3.1电源电路设计

3.2检测电路设计

3.3 PCI接口电路设计

3.4 FPGA控制电路设计

3.5通信电路设计

3.6本章小结

第4章 系统软件设计

4.1 下位机程序设计

4.2 PCI设备驱动程序设计

4.3 上位机应用程序设计

4.4 船舶动力装置神经网络故障诊断专家系统

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

5.1全文总结

5.2未来展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文