基于WSN与CAN总线的船舶液舱监测网络设计研究

摘要

船舶液舱遥测系统是船舶自动化控制的重要组成部分,通过对液舱内的液位、温度、气体压力和液货密度等重要参数进行实时采集,监测船舶压载舱、燃油舱、淡水舱及船舶吃水状态等,对液货管理、船舶稳性分析以及船舶航行安全有着重要意义。工业现场的数据通信和传感器技术是液舱遥测技术的关键,液舱遥测系统的发展与计算机信息自动化的应用有着密切关系。
　　 根据船舶液舱监测的应用特点,本文首先总结了传统液舱监测通信网络(如RS485总线等)的不足,然后结合WSN与CAN总线技术的发展及其目前在船舶机舱等领域的应用现状,提出了基于二者的混合型监测网络的设计思路,将有线和无线两种网络优势互补应用于船舶液舱监测。该设计从整体架构出发,提出监测网络的硬件解决方案,完成网关节点和传感器节点的硬件设计和软件系统的设计编写;系统设计中选用AT89S51、SJA1000和CC2430等主流芯片。根据整体设计,主要解决了ZigBee网络与CAN总线的协议转换和物理连接,底层传感器节点的无线组网和管理,以及船舶液舱的传感器选型和布置等问题,专门设计了用于无线节点之间ZigBee协议应用层通信的帧结构。
　　 通过在实验室条件下搭建测试平台,进行了无线节点之间的点到点通信距离测试,以及传感器节点与上位机通信的综合测试,证明该混合型监测网络设计的正确性和可行性。基于WSN与CAN总线的混合型监测网络能更好的完成对船舶液舱的监测,安装灵活易于维护,并与其他类型的监测系统具有较高的兼容性和可移植性,对于提高船舶自动化水平和研究物联网在船舶领域的应用都具有重要意义。