船舶试航航行数据采集系统(硬件部分)

摘要

试航是船舶正式投入使用前非常关键的一步，其间会对船舶的航速、航迹和航向等几个方面的情况进行测试，以确定其性能指标是否达到交船要求。试航结果由前期采集的数据生成，在分析处理试航所得的结果时，常将有关数据绘制成各种关系曲线，以方便对船舶性能和试航过程进行深入分析。但是试验所得数据点数非常多，目前又都是手工处理这些数据，既费时，费力，效率又低，而且许多试验所得数据的处理过程都是相似的，最后绘制的曲线图形格式也有许多共同点，为此系统应该实现船舶的方位、航向、航速及对航迹信息的自动录入和储存，随时掌握船舶的航行动态，来消除这些不利因素。目前，自动化程度高的船舶为符合国际海事组织的要求，适应现代船舶通讯，一些主要设备都专设数字接口，可以直接采用。但是大多数现有的船舶自动化程度还不是很高，很多信号还不是标准的NMEA0183信号。这些信号既有不同等级电压信号和电流信号，也有不同通讯标准的数字信号。这就需要一种转换模块来采集处理各种不同的信号，输出同一种标准格式的信号，以适应现代船舶试航的需要，提高船舶自动化程度。 本研究针对船舶试航时设备多、数据信号种类繁杂、采集、分析和处理数据繁琐的特点，为提高船舶自动化水平，提出了船舶试航航行数据采集系统的设计开发方案，开展了实际项目的研发工作。提出了一种船舶数据采集系统，并通过硬件系统和软件系统的设计实现了这一数据采集系统。详细阐述了16路船舶信号数据采集系统的组成原理、接口电路设计和系统的软件设计。在硬件设计方面，从单元电路设计和接口电路设计两方面讨论了数据采集系统的设计要求和解决方法，给出了本系统的硬件电路设计。在软件设计方面，以单片机为中心，设计了系统的软件程序，详细阐述了系统的软件设计思想，主程序流程图以及相应模块的流程图。分别讨论了采集、传输和处理等部分内容，分析了采集对象的分类，根据对象分类分配单片机的端口资源，将不同格式的采集点数据格式统一转换为NMEA0183格式，并用串口实现系统与上位机之间通信，方便日后的数据处理工作和试航分析工作的进行。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1选题背景

1.2本文主要工作

本章小节

第二章船舶试航数据采集系统总体软硬件设计

2.1船舶数据简介

2.2数据采集系统系统框图

2.3数据采集系统硬件电路设计基本原则

2.4软件总体设计及主控单片机资源分配

2.5 NMEA0183协议介绍

2.5.1字符

2.5.2区域

2.5.3句型

2.5.4句型传输时间

2.6单片机复位电路和时钟电路

本章小结

第三章船舶试航数据采集系统开关量采集的设计与实现

3.1开关量采集电路设计

3.2开关量采集处理程序设计

本章小结

第四章船舶试航数据采集系统脉冲量采集的设计与实现

4.1脉冲量采集电路设计

4.2波特率自适应算法与程序设计

4.3脉冲量采集处理程序设计

本章小节

第五章船舶试航数据采集系统模拟量采集的设计与实现

5.1模拟量采集电路设计

5.2模拟量采集处理程序设计

本章小节

第六章船舶试航数据采集系统多单片机接口的设计与实现

6.1多单片机系统及存储器接口设计

6.2接口标准及扩展输出电路设计

6.3电源电路设计

6.4单片机主从式程序设计

6.5串口通讯程序设计

本章小节

第七章系统抗干扰方面的考虑与研究

7.1干扰源

7.2干扰产生渠道

7.3干扰的分类

7.4干扰的耦台方式

7.5硬件抗干扰措施

7.6软件抗干扰措施

本章小结

结论

参考文献

附录A系统硬件电路图

致谢