基于CAN总线的船舶机舱监控报警系统的研究

摘要

船舶机舱监控报警系统是轮机自动化的一个重要组成部分，它能准确可靠地监测船舶机舱内各种机械设备的状态及参数，若有故障发生，系统会自动发出声光报警。近年来，随着计算机技术、网络通信技术、自动控制技术等的不断发展，机舱监控报警系统在智能化、信息化、集成化方面的要求也越来越高。
　　本文主要是针对现有轮机模拟器监控报警系统数据采集卡通信不稳定、采集点数量有限，若采用通用采集卡，势必会增加采集卡数量，增加成本等问题，结合网络技术与嵌入式技术，自主设计开发了基于Cortex-M3内核处理器与CAN总线通信的船舶机舱监控报警系统。该系统主要由两部分组成：
　　(1)硬件数据采集卡的开发
　　硬件数据采集卡采用基于Cortex-M3内核处理器的LPC1788处理器作为控制核心，设计相关外围电路，通过模拟量、开关量输入、输出模块实现机舱设备状态数据的实时更新，通过自定义CAN总线通信应用层协议实现数据实时收发。硬件数据采集卡程序的编写则是在Keil MDK编程软件下完成，借助AK100仿真器将程序烧录到LPC1788的内部FLASH中，并利用上位机CANtest调试软件和测试板进行系统调试。考虑到在实际应用环境中，电磁干扰比较严重的特点，为了保证系统运行的稳定性，提高系统的可靠性，开发的硬件数据采集卡采用了TLP521-4光电隔离、HCNR201线性光耦隔离、ADUM1250 I2C隔离、CTM8251TCAN总线通信隔离以及电源隔离等抗干扰隔离措施。
　　(2)上位机机舱监控报警系统
　　利用VC++6.0开发软件完成了上位机机舱监控报警系统界面设计和数据处理模块的程序设计，开发出基于CAN总线的船舶机舱监控报警仿真系统，建立报警处理数据库、显示数据库等关系数据库，实现了多样化的参数、报警状态显示功能、报警打印功能以及延伸报警功能等。最后，通过CAN总线建立硬件数据采集卡与上位机监控报警系统之间的通信。测试结果表明，本文设计开发的机舱监控报警系统可靠性高、实时性强，功能全面，能够满足实际工程的应用要求。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 研究的背景和意义

1．2 国内外机舱监控报警系统的研究现状

1．2．1 船舶机舱监控报警系统的发展

1．2．2 国内外主要产品

1．3 研究的主要内容

第2章 船舶机舱监控报警系统总体方案设计

2．1 CAN总线技术规范

2．1．1 CAN总线的分层结构

2．1．2 CAN总线的报文格式

2．1．3 CAN总线的报文传输

2．1．4 CAN总线结构的特点

2．2 系统总体设计方案

2．3 系统的功能需求

2．4 系统的主要特点

第3章 数据采集卡硬件设计与实现

3．1 机舱监控报警系统数据采集卡硬件设计

3．1．1 数据采集卡硬件总体设计

3．1．2 数据采集卡微处理器的设计

3．1．3 电源模块设计

3．1．4 输入模块设计

3．1．5 输出模块设计

3．1．6 CAN总线通信模块设计

3．1．7 JTAG接口设计

3．1．8 PCB电路板设计

3．2 硬件数据采集卡程序实现

3．2．1 系统主函数的编写

3．3 通信调试

第4章 上位机机舱监控报警系统软件设计

4．1 上位机监控报警系统软件总体设计与实现

4．2 监测、报警显示界面

4．3 延伸报警模式

第5章 结论与展望

5．1 研究结论

5．2 工作展望

参考文献

致谢

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