油船排油监控系统主控单元的设计与实现

摘要

随着世界贸易的繁荣，世界海运量也持续增长。同时随之出现了不可避免的环境污染问题，特别是船舶含油污水排放问题。国际海事组织为此出台了多种法律、法规来规范含油污水的排放。但是由于相关的监管措施、条件以及监控设备不够完善，仍然存在船舶将含油污水肆意地排入大海的情况。船舶排油监控系统是监控含油压载水或其他油污水从货舱区域排入海中的系统。监控系统主要由取样系统、油分计、测控单元、流量计、主控单元等组成。当含油压载水或其他油污水从货舱区域排入海中时，监控系统开始取样、分析、记录。当排放条件达不到规定要求时，则终止排放物排入海中，防止海洋污染。
　　本课题首先通过对油船排油监控系统的功能、结构和设备进行深入分析，结合相关公约规范和技术条件的要求对排油监控系统进行总体的设计。然后进行系统主控单元的设计和实现，主控单元核心处理器选择ARM Cortex-M3内核的STM32处理器。硬件方面采用Altium Designer10软件进行主控单元的原理图和PCB图设计。选择和理的外围器件，创建元件库，按照逻辑功能连接好元器件，包括开关量输入输出电路、模拟量输入输出电路、以太网、RS485、CAN接口电路等。软件方面采用Keil MDK软件开发环境对所制作的电路板编程，使其能够准确的实现排油监控系统主控制单元所具备的功能，包括处理航速、油份浓度、流量等模拟信号输入，各控制阀门和电机的开关量输入输出，液晶显示，打印记录以及相关的逻辑与计算功能等。最后再通过上位机对该系统进行模拟调试，并不断的优化系统。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．1．1 课题研究背景

1．1．2 课题研究意义

1．2 课题的主要工作

第2章 油船排油监控系统的总体设计

2．1 概述

2．2 主要计算公式

2．3 排油监控系统总体设计原则

2．3．1 硬件部分设计原则

2．3．2 软件部分设计原则

2．4 排油监控系统的总体设计

2．4．1 采样系统和油分浓度计

2．4．2 流量测量装置

2．4．3 航速与位置指示装置

2．4．4 主控单元与测控单元

2．4．5 舷外排放控制装置

第3章 主控单元的硬件设计

3．1 硬件开发软件与总体设计方案

3．1．1 硬件开发软件

3．1．2 硬件总体设计方案

3．2 STM32主控制芯片

3．2．1 总体性能

3．2．2 STM32系统结构

3．2．3 芯片封装和引脚概述

3．2．4 Cortex-M3内核

3．3 各部分硬件电路设计

3．3．1 STM32及其周围电路设计

3．3．2 电源模块设计

3．3．3 TTL转RS232电路设计

3．3．4 网络端口电路设计

3．3．5 SPI FLASH端口电路

3．3．6 I2C端口电路

3．3．7 TF卡端口电路

3．3．8 CAN总线端口电路

3．3．9 RS485通信端口电路

3．3．10 液晶触摸屏接口电路

3．3．11 其它接口电路

3．3．12 主控单元PCB电路图设计

第4章 主控单元的软件设计

4．1 软件开发平台

4．2 μC／OS-Ⅱ实时操作系统

4．2．1 实时操作系统的特点

4．2．2 μC／OS-Ⅱ操作系统

4．3 μC／OS-Ⅱ实时操作系统的移植

4．3．1 μC／OS-Ⅱ的代码结构

4．3．2 与移植相关的ARM Cortex-M3研究

4．3．3 os_cpu．h代码分析

4．3．4 os_cpu_c．c移植代码分析

4．3．5 os_cpu_a．asm移植代码分析

4．3．6 移植后的目录结构

4．4 μC／GUI图形用户界面软件的移植

4．4．1 μC／GUI介绍

4．4．2 μC／GUI移植

4．5 主要任务函数的设计

4．5．1 排油监控系统运行流程

4．5．2 主要任务函数

第5章 成果展示与系统调试

5．1 硬件展示

5．2 系统调试

5．2．1 通信协议设计

5．2．2 系统整体调试

第6章 结论与展望

6．1 研究结论

6．2 工作展望

参考文献

致谢

研究生履历