船舶防火监控系统的研究与设计

摘要

船舶火灾是船舶在航运过程中时有发生且危险性大的安全事故。火灾发生时，难以得到外援，只能依靠船员和船上的灭火设备，扑灭难度远大于陆地火灾。因此，及早发现火警并及时采取扑救措施就显得十分重要。
　　鉴于船舶火灾的复杂性及特殊性，有关船舶火灾的成因、早期预警、检测、报警和联动灭火等一直是国内外船舶制造业、科研院所重点关注的热点课题。
　　论文在对船舶火灾特点及国内外火灾报警系统现状和发展趋势深入研究的基础上，提出了基于CAN总线的船舶防火监控系统，系统由上、下位计算机组成，由CAN总线通讯模块实现相互通讯，监控对象被分成普通舱室、电池舱室和通风管道。下位机由单片机采集温度、烟雾浓度、氢气浓度、风闸位置状态通过CAN总线发送给上位机，上位机处理判断，如果发生火警，则进行报警、关闭相应的风闸并进行喷淋灭火。具体研究成果如下：
　　1．研究了船舶火灾的特点、危害、成因、预防和监控措施的基础上，重点分析了国内外火灾探测技术和火灾报警控制技术的研究现状和发展趋势，明确了本课题研究目的、意义和研究内容。给出了基于CAN总线的船舶防火监控系统设计方案。
　　2．选用Silicon Labs公司的C8051F330作为控制器芯片，MCP2515作为CAN独立控制器。设计了温度、烟雾浓度、氢气浓度、风闸状态、报警、通讯和电源电路，设计了PCB板并采用了抗干扰措施。
　　3．在深入研究CAN协议的基础上，制定了CAN总线的报文格式，编制了温度、烟雾浓度、氢气浓度、风闸状态数据采集与处理程序以及通信与报警、自动灭火控制程序。在学习研究LabVIEW软件开发平台的基础上，编写了上位机与下位机间通信程序和船舶火灾监控系统的界面。
　　4．采用CAN总线分析测试仪CANalyst对下位机CAN总线节点的数据收发进行了测试，通过Modbus RTU调试工具对下位机的单片机程序进行了测试，测试了下位机通过CAN总线和上位机进行的Modbus RTU模式通信。通过模拟火灾环境，测试子节点的信号采集和处理功能。测试结果表明系统工作稳定有效，抗干扰性能强，维护方便，验证了论文所提出的监控系统满足任务的要求。
　　论文提出的船舶火灾监控系统已具雏形，进一步的工作是将其产品化，实际应用到船舶中去，以提高我国船舶消防技术的综合实力。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究目的与意义

1.2国内外研究现状

1.3论文研究内容

1.4论文结构

第二章 船舶火灾特点与预防

2.1船舶火灾的特点

2.2船舶火灾的成因

2.3船舶火灾的预防

2.4船舶火灾的监控

2.5 本章小结

第三章 基于CAN总线的船舶防火监控系统总体设计

3.1 船舶火灾监控系统的整体构架

3.2监控系统通信总线的选择

3.3 监控系统上位机通信软件的选择

3.4 虚拟仪器与LabVIEW技术

3.5 CAN总线协议解析

3.6 本章小结

第四章 系统硬件设计

4.1 控制器芯片的选型

4.2 CAN总线通信电路设计

4.3防火风闸状态检测电路

4.4温度采集电路

4.5氢气浓度采集电路设计

4.6烟雾浓度采集电路设计

4.7电源电路设计

4.8上位机CAN总线接口

4.9硬件抗干扰措施

4.10本章小结

第五章 软件系统设计

5.1 监控系统软件设计要求

5.2单片机程序设计

5.3上位机程序设计

5.4本章小结

第六章 系统调试

6.1 下位机CAN总线节点测试

6.2下位机与上位机的通信测试

6.3本章小结

第七章 总结与展望

7.1主要研究工作总结

7.2今后工作展望

参考文献

致谢