基于嵌入式的船舶主机供油单元控制系统的设计与实现

摘要

船舶主机供油单元是主机燃油系统的重要组成部分，其自动控制对船舶的运营安全有着重要影响。本文在阅读大量文献的基础上，针对目前船舶主机供油单元控制系统存在的实时性差、人机交互不友好等不足提出了一种新型的船舶主机供油单元控制系统。该系统以S3C2440A嵌入式处理器为核心控制单元，以μC/OS-Ⅱ嵌入式系统为实时操作系统，以触摸屏为操作和显示设备，旨在提高主机供油单元控制系统的实时性和人机交互界面的友好性。
　　本课题的主要工作是完成了船舶主机供油单元控制系统的硬件设计和软件设计。硬件设计方面，主要是根据控制系统的功能和要求，在Altium Designer6.9开发平台中完成了硬件电路原理图和PCB布局布线图的设计与绘制工作。硬件电路主要包括电源模块、模拟/数字量信号输入输出模块、通信模块（CAN通信、以太网通信和RS232串口通信）等。随后从PCB布线以及制版工艺角度出发，提出相应的措施提高硬件板卡的可靠性和稳定性。
　　软件设计方面，首先对燃油粘度模糊PID控制算法进行了研究和Matlab仿真以及程序设计，然后进行了μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统的移植，随后以Keil MDK为开发平台完成主机供油单元各控制任务的程序设计，以DGUS为开发平台完成控制系统HMI界面的开发，以C＃为开发语言完成主机供油单元远程监控软件的设计。最后设计了调试和实验方案并对船舶主机供油单元控制系统的各控制功能进行了验证。
　　基于嵌入式的船舶主机供油单元控制系统有着诸多优点。嵌入式实时操作系统的多级中断和多线程的工作机制，有效地提高了控制系统的实时性。触摸屏形式的人机交互界面，使系统的参数显示更加清楚，参数设置更加便捷。此外，系统还具备低成本、稳定性好、模块化以及网络化等优点。因此，本课题的研究对船舶主机供油单元的智能化发展有着积极意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 主机供油单元控制系统的国内外研究现状

1．3 课题设计的主要内容

第2章 主机供油单元概述

2．1 主机供油单元简介

2．2 主机供油单元的组成

2．3 主机供油单元自动控制

2．3．1 主机供油单元控制系统的组成

2．3．2 主机供油单元控制系统的功能

第3章 待加热燃油模糊PID控制及其程序设计

3．1 粘度控制方法的比较和选择

3．1．1 粘度控制方法的比较

3．1．2 粘度控制方法的选择

3．2 模糊PID控制算法

3．2．1 PID控制算法

3．2．2 模糊控制算法

3．2．3 模糊PID控制算法

3．2．4 燃油的粘度控制Matlab仿真

3．2．5 蒸汽阀的开度控制

3．3 粘度控制算法的程序设计

第4章 控制系统的硬件设计与实现

4．1 系统总体设计方案

4．2 嵌入式微处理器S3C2440A概述

4．2．1 嵌入式微处理器的选型

4．2．2 S3C2440A处理器概述

4．3 电源模块设计

4．4 数字量输入(DI)模块硬件设计

4．5 数字量输出(DO)模块硬件设计

4．6 模拟量输入(AI)模块硬件设计

4．7 模拟量输出(AO)模块硬件设计

4．8 以太网接口电路设计

4．8．1 以太网通信简介

4．8．2 以太网通信电路

4．9 CAN接口电路设计

4．10 触摸屏人机交互设计

4．11 PCB设计

第5章 控制系统软件设计与实现

5．1 嵌入式μC／OS-Ⅱ操作系统的搭建

5．1．1 嵌入式μC／OS-Ⅱ系统简介

5．1．2 U-Boot的移植移植

5．1．3 嵌入式μC／OS-Ⅱ内核的剪裁和移植

5．1．4 根文件系统的构建

5．2 供油单元逻辑控制程序的设计

5．2．1 主程序设计

5．2．2 供油单元起动任务

5．2．3 燃油温度粘度控制任务

5．2．4 油泵控制任务

5．2．5 三通转换阀控制任务

5．2．6 混油桶的排气自动控制任务

5．2．7 自动反冲洗滤器自动控制任务

5．2．8 监测报警任务

5．2．9 供油单元停机任务

5．3 主机供油单元交互设计

5．3．1 远程监控软件设计

5．3．2 供油单元触摸屏HMI界面设计

第6章 系统调试与实验

6．1 调试和实验方案的设计

6．2 自动控制系统实物展示

6．3 自动控制系统功能展示

6．3．1 供油单元自动起动过程展示

6．3．2 轻油温度控制过程展示

6．3．3 轻重油转换控制过程展示

6．3．4 重油温度粘度控制过程展示

6．3．5 混油桶排气和自动反冲洗滤器控制过程展示

6．3．6 监测报警和参数显示展示

6．3．7 以太网远程监控展示

第7章 结论与展望

7．1 研究结论

7．2 工作展望

参考文献

致谢

作者简介