一种基于船用柴油发动机的监控装置

摘要

本发明公开了一种基于船用柴油发动机的监控装置，包括处理器、电源、第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器、转速传感器、转速信号调理模块、按键模块、显示模块、警报系统、继电器控制电路和RS485通信模块；本发明通过设置的若干传感器获取得到实时的水温、油温、油压和转速信息，之后通过处理器结合相关规则，每隔一段时间采集到对应的水温、油温、油压和转速信息并结合相关算法，得到其运行是否出现异常，在异常时会自动报警且通过显示模块显示，提醒工作人员注意；之后通过对实时的水温、油温、油压和转速信息的判定得到柴油发动机是否处于危险状态，同时得到危险程度，并在危险状态出现时及时停止柴油发动机的运行并发出警报。

说明书

技术领域

本发明属于柴油机领域，涉及柴油机监控装置，具体是一种基于船用柴油发动机的监控装置。

背景技术

随着近几年造船产业蓬勃发展，船用柴油机已是现有民用、中小型舰艇和常规潜艇的主要动力。对柴油机的监控和保护措施成了必不可少的措施，通过对柴油机监控还能实现降低油耗，减少损耗，延长使用寿命的效果。

传统的柴油机系统采用机械仪表，存在读数不精确，无法自动报警，无法远程传输的缺点。为此需要专员看守，实时观测数据，必要时采取紧急措施。现有的电子辅助监控系统各个部分相互独立，缺乏集中统一的控制。为了解决上述缺陷，现提供一种解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于船用柴油发动机的监控装置。

本发明所要解决的技术问题为：

(1)如何根据水温、油温、油压和转速信息判断柴油机是否出现运行异常，并根据水温、油温、油压和转速信息对柴油发动机的安全运行进行监控；

(2)如何提高电源高压脉冲的承受能力；

(3)如何实现将信息远程传递出去；

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于船用柴油发动机的监控装置，包括处理器、电源、第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器、转速传感器、转速信号调理模块、按键模块、显示模块、警报系统、继电器控制电路和RS485通信模块；

其中，所述第一温度传感器用于实时检测柴油机的水温信息，所述第二温度传感器用于实时检测柴油机的油温信息，所述电源用于提供稳定的电压；所述压力传感器用于实时检测柴油机内的油压信号；所述转速传感器用于实时检测柴油机转速并通过转速信号调理模块将转速整理为处理器可识别的转速信号；

所述第一温度传感器用于将实时水温信息传输到处理器，所述第二温度传感器用于将实时油温信息传输到处理器，所述压力传感器用于将实时油压信息传输到处理器；所述转速信号调理模块用于将实时转速信息传输到处理器；

所述处理器用于对实时水温信息、实时油温信息、实时油压信息和实时转速信息按照警戒规则进行处理，警戒规则表现为：

步骤一：根据实时水温信息进行异常运行监测处理，具体处理表现为：

A：将实时水温信息标记为Sw；每隔预设时间X1获取一次实时水温信息，得到水温信息组Si，i＝1...n；其中S1表示柴油机初始启动时的水温温度为S1，之后每隔预设时间X1便获取一次水温信息；

B：将Si-Si-1标记为水温变化信息，利用公式得到水温变化信息均值Sp；

C：利用公式i＝2...n；得到水温变化信息的第一稳定值αi；

D：当第一稳定值αi大于预设值X2时，会产生异常变化信号；

步骤二：根据实时油温信息进行异常运行监测处理，具体处理表现为：

S1：将实时油温信息标记为Yw；每隔预设时间X1获取一次实时油温信息，得到油温信息组Yi，i＝1...n；其中Y1表示柴油机初始启动时的油温温度为Y1，之后每隔预设时间X1便获取一次油温信息；

S2：将Yi-Yi-1标记为油温变化信息，利用公式得到油温变化信息均值Yp；

S3：利用公式i＝2...n；得到油温变化信息的第一稳定值βi；

S4：当第一稳定值βi大于预设值X3时，会产生异常变化信号；

步骤三：根据实时油压信息进行异常运行监测处理，具体处理表现为：

S1：将实时油压信息标记为Pw；每隔预设时间X1获取一次实时油压信息，得到油压信息组Pi，i＝1...n；其中P1表示柴油机初始启动时的温度为P1，之后每隔预设时间X1便获取一次油压信息；

P2：将Pi-Pi-1标记为油压变化信息，利用公式得到油压变化信息均值Pp；

P3：利用公式i＝2...n；得到油压变化信息的第一稳定值Q1i；

P4：当第一稳定值Q1i大于预设值X4时，会产生异常变化信号；

步骤四：根据实时转速信息进行异常运行监测处理，具体处理表现为：

S1：将实时转速信息标记为Zw；每隔预设时间X1获取一次实时转速信息，得到转速信息组Zi，i＝1...n；其中Z1表示柴油机初始启动时的温度为Z1，之后每隔预设时间X1便获取一次转速信息；

Z2：将Zi-Zi-1标记为转速变化信息，利用公式得到转速变化信息均值Zp；

Z3：利用公式i＝2...n；得到转速变化信息的第一稳定值Q2i；

Z4：当第一稳定值Q2i大于预设值X5时，会产生异常变化信号；

步骤五：根据产生的异常变化信号判定运行状态，

S1：当未检测到异常变化信号时，此时运行状态处于安全状态；

S2：当检测到产生两个异常变化信号时，此时判定运行状态处于中等异常运行状态；

S3：当检测到大于两个的异常变化信号时，此时判定运行状态处于危急运行状态；

步骤六：对实时水温信息Sw、实时油温信息Yw、实时油压信息Pw和实时转速信息Zw进行判断处理；具体处理表现为：

S1：设定运行阈值，将实时水温信息Sw、实时油温信息Yw、实时油压信息Pw和实时转速信息Zw的运行阈值设定为A1、A2、A3和A4，A1、A2、A3和A4均为预设值；

S2：定义安全差值，具体为水温安全差值Q1＝Sw-A1，油温安全差值Q2＝Yw-A2，油压安全差值Q3＝Pw-A3，转速安全差值Q4＝Zw-A4；

S3：当Q1、Q2、Q3和Q4任一值大于零时均会产生危险信号；

S4：利用公式Wx＝Q1+Q2+Q3+Q4计算得到危险评值；根据危险评值判定危险程度，表现为将Wx与预设值A5和A6进行比较，且A5<A6；具体比较过程表现为：

SS1：当Wx<A5时，此时处于轻度危险；

SS2：当A5≤Wx≤A6时，处于中度危险；

SS3：Wx>A6时，处于高度危险；

所述处理器在根据实时水温信息、实时油温信息、实时油压信息和实时转速信息产生不同反应时进行对应操作，具体为：

A、当检测到运行状态处于中等异常运行状态时处理器会向显示模块传输中等异常信号，此时显示模块显示“中等异常运行，请注意”字眼，同时处理器会驱动警报系统发出警报；

B、运行状态处于危急运行状态时处理器会向显示模块传输危急运行信号，此时显示模块显示“危急运行，请注意”字眼，同时处理器会驱动警报系统发出警报；

C、在产生危险信号时，处理器会发出信号控制继电器开关，实现报警系统报警和停止柴油机运行功能；与此同时处理器会获取此时的危险程度，并将危险程度传输到显示模块进行显示。

进一步地，所述处理器采用STC的IAP15W413AS芯片作为主控芯片；使用外部晶振，提高频率方面的稳定性；所述处理器的第3-8引脚共使用6路AD转换，其中三路测量水温、油温和气压，一路检测电压，另外两路备用；

所述处理器的第22和23引脚分别为SCL和SEN连接显示模块；第24、25引脚连接矩阵键盘，可以通过键盘控制主控；第15、16、19引脚连接485通讯模块，可将数据发送给远端。

进一步地，所述电源模块内部还包含有第一级降压模块和第二级降压模块；

所述第一级降压模块表现为：

DZ1是稳压二极管，利用pn结反向击穿状态，其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的原理让电压降至36V；当瞬间电压大于36V时三极管Q2截止不导通，防止高压烧坏后方电路；当电压小于36VQ2饱和导通，不影响后方电路，降低功耗；所述第一级降压模块加入GDT1气体放电管、R33、R34压敏电阻，可防止雷击的瞬间高压对电路带来的损坏；

所述第二级降压模块表现为：

该模块开关降压芯片LM2575S-12和LM2575S-5，先利用LM2575S-12将36V降到12V，再利用LM2575S-5将12V将至5V；使用开关降压芯片提高转换效率，输入电压范围比较宽；D1和D2是肖特基二极管，降低开关噪声；L1和L2为电感，储存部分能量配合输出电容C4和C7减少输出电压的纹波；C5和C8为滤波电容；C6和C10为输入电容。

进一步地，所述显示模块采用数码管显示，所述显示模块采用5块74HC595芯片控制4块4位数码管显示仪表数据。

进一步地，所述转速信号调理模块利用稳压二极管和三级管将正弦波转换成可以给处理器计数的方波信号。

进一步地，所述RS485通信模块采用485通信协议，可以将处理器测得的数据通过此模块发送给远端设备进行显示和操作。

本发明的有益效果：

(1)本发明通过设置的若干传感器获取得到实时的水温、油温、油压和转速信息，之后通过处理器结合相关规则，每隔一段时间采集到对应的水温、油温、油压和转速信息并结合相关算法，得到其运行是否出现异常，在异常时会自动报警且通过显示模块显示，提醒工作人员注意；之后通过对实时的水温、油温、油压和转速信息的判定得到柴油发动机是否处于危险状态，同时得到危险程度，并在危险状态出现时及时停止柴油发动机的运行并发出警报；

(2)本发明为提高电源高压脉冲的承受能力，电源部分采用双级稳压，稳定输出需要电压，减少瞬间高压给后方电路带来的影响。充分考虑到可能面对的恶劣天气，使用气体放电管防止雷击。

(3)本发明通过加入RS485通信模块，可以实现借助RS485通讯协议与远端设备通讯；从而实现对柴油机的运行状态进行远程监控；本发明简单有效，且易于实用。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明系统框图；

图2为本发明主控接线图；

图3为本发明电源第一级降压部分；

图4为本发明电源第二级降压部分；

图5为本发明数码管显示模块；

图6为本发明转速信号调理电路；

图7为本发明继电器控制部分；

图8为本发明按键部分；

图9为本发明485通讯部分。

具体实施方式

如图1-9所示，一种基于船用柴油发动机的监控装置，包括处理器、电源、第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器、转速传感器、转速信号调理模块、按键模块、显示模块、警报系统、继电器控制电路和RS485通信模块；

其中，所述第一温度传感器用于实时检测柴油机的水温信息，所述第二温度传感器用于实时检测柴油机的油温信息，所述电源用于提供稳定的电压；所述压力传感器用于实时检测柴油机内的油压信号；所述转速传感器用于实时检测柴油机转速并通过转速信号调理模块将转速整理为处理器可识别的转速信号；

所述第一温度传感器用于将实时水温信息传输到处理器，所述第二温度传感器用于将实时油温信息传输到处理器，所述压力传感器用于将实时油压信息传输到处理器；所述转速信号调理模块用于将实时转速信息传输到处理器；

所述处理器用于对实时水温信息、实时油温信息、实时油压信息和实时转速信息按照警戒规则进行处理，警戒规则表现为：

步骤一：根据实时水温信息进行异常运行监测处理，具体处理表现为：

A：将实时水温信息标记为Sw；每隔预设时间X1获取一次实时水温信息，得到水温信息组Si，i＝1...n；其中S1表示柴油机初始启动时的水温温度为S1，之后每隔预设时间X1便获取一次水温信息；

B：将Si-Si-1标记为水温变化信息，利用公式得到水温变化信息均值Sp；

C：利用公式i＝2...n；得到水温变化信息的第一稳定值αi；

D：当第一稳定值αi大于预设值X2时，会产生异常变化信号；

步骤二：根据实时油温信息进行异常运行监测处理，具体处理表现为：

S1：将实时油温信息标记为Yw；每隔预设时间X1获取一次实时油温信息，得到油温信息组Yi，i＝1...n；其中Y1表示柴油机初始启动时的油温温度为Y1，之后每隔预设时间X1便获取一次油温信息；

S2：将Yi-Yi-1标记为油温变化信息，利用公式得到油温变化信息均值Yp；

S3：利用公式i＝2...n；得到油温变化信息的第一稳定值βi；

S4：当第一稳定值βi大于预设值X3时，会产生异常变化信号；

步骤三：根据实时油压信息进行异常运行监测处理，具体处理表现为：

S1：将实时油压信息标记为Pw；每隔预设时间X1获取一次实时油压信息，得到油压信息组Pi，i＝1...n；其中P1表示柴油机初始启动时的温度为P1，之后每隔预设时间X1便获取一次油压信息；

P2：将Pi-Pi-1标记为油压变化信息，利用公式得到油压变化信息均值Pp；

P3：利用公式i＝2...n；得到油压变化信息的第一稳定值Q1i；

P4：当第一稳定值Q1i大于预设值X4时，会产生异常变化信号；

步骤四：根据实时转速信息进行异常运行监测处理，具体处理表现为：

S1：将实时转速信息标记为Zw；每隔预设时间X1获取一次实时转速信息，得到转速信息组Zi，i＝1...n；其中Z1表示柴油机初始启动时的温度为Z1，之后每隔预设时间X1便获取一次转速信息；

Z2：将Zi-Zi-1标记为转速变化信息，利用公式得到转速变化信息均值Zp；

Z3：利用公式i＝2...n；得到转速变化信息的第一稳定值Q2i；

Z4：当第一稳定值Q2i大于预设值X5时，会产生异常变化信号；

步骤五：根据产生的异常变化信号判定运行状态，

S1：当未检测到异常变化信号时，此时运行状态处于安全状态；

S2：当检测到产生两个异常变化信号时，此时判定运行状态处于中等异常运行状态；

S3：当检测到大于两个的异常变化信号时，此时判定运行状态处于危急运行状态；

步骤六：对实时水温信息Sw、实时油温信息Yw、实时油压信息Pw和实时转速信息Zw进行判断处理；具体处理表现为：

S1：设定运行阈值，将实时水温信息Sw、实时油温信息Yw、实时油压信息Pw和实时转速信息Zw的运行阈值设定为A1、A2、A3和A4，A1、A2、A3和A4均为预设值；

S2：定义安全差值，具体为水温安全差值Q1＝Sw-A1，油温安全差值Q2＝Yw-A2，油压安全差值Q3＝Pw-A3，转速安全差值Q4＝Zw-A4；

S3：当Q1、Q2、Q3和Q4任一值大于零时均会产生危险信号；

S4：利用公式Wx＝Q1+Q2+Q3+Q4计算得到危险评值；根据危险评值判定危险程度，表现为将Wx与预设值A5和A6进行比较，且A5<A6；具体比较过程表现为：

SS1：当Wx<A5时，此时处于轻度危险；

SS2：当A5≤Wx≤A6时，处于中度危险；

SS3：Wx>A6时，处于高度危险；

所述处理器在根据实时水温信息、实时油温信息、实时油压信息和实时转速信息产生不同反应时进行对应操作，具体为：

A、当检测到运行状态处于中等异常运行状态时处理器会向显示模块传输中等异常信号，此时显示模块显示“中等异常运行，请注意”字眼，同时处理器会驱动警报系统发出警报；

B、运行状态处于危急运行状态时处理器会向显示模块传输危急运行信号，此时显示模块显示“危急运行，请注意”字眼，同时处理器会驱动警报系统发出警报；

C、在产生危险信号时，处理器会发出信号控制继电器开关，实现报警系统报警和停止柴油机运行功能；与此同时处理器会获取此时的危险程度，并将危险程度传输到显示模块进行显示。

其中，所述处理器采用STC的IAP15W413AS芯片作为主控芯片；使用外部晶振，提高频率方面的稳定性；所述处理器的第3-8引脚共使用6路AD转换，其中三路测量水温、油温和气压，一路检测电压，另外两路备用；

所述处理器的第22和23引脚分别为SCL和SEN连接显示模块；第24、25引脚连接矩阵键盘，可以通过键盘控制主控；第15、16、19引脚连接485通讯模块，可将数据发送给远端。

对于压力信号，0Mpa-量程上限，输出的电压对应0.5V-4.5V。如果<0.5V则认为断线，如果>4.5V则认为传感器损坏。对于温度信号如果电阻大于量程范围的最大值则认为断线，如果小于量程范围的最小值则认为传感器损坏。

其中，所述电源模块内部还包含有第一级降压模块和第二级降压模块；

所述第一级降压模块表现为：

DZ1是稳压二极管，利用pn结反向击穿状态，其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的原理让电压降至36V；当瞬间电压大于36V时三极管Q2截止不导通，防止高压烧坏后方电路；当电压小于36VQ2饱和导通，不影响后方电路，降低功耗；所述第一级降压模块加入GDT1气体放电管、R33、R34压敏电阻，可防止雷击的瞬间高压对电路带来的损坏；

所述第二级降压模块表现为：

该模块开关降压芯片LM2575S-12和LM2575S-5，先利用LM2575S-12将36V降到12V，再利用LM2575S-5将12V将至5V；使用开关降压芯片提高转换效率，输入电压范围比较宽；D1和D2是肖特基二极管，降低开关噪声；L1和L2为电感，储存部分能量配合输出电容C4和C7减少输出电压的纹波；C5和C8为滤波电容；C6和C10为输入电容。

其中，所述显示模块采用数码管显示，所述显示模块采用5块74HC595芯片控制4块4位数码管显示仪表数据。

其中U7是控制数码管1-4位显示的。U8、U9、U10、U11是驱动4块七段共阴数码管。U7第4-7引脚连接ULN2003的1-4引脚。ULN2003的作用是逻辑取反并且扩流，驱动数码管1-4位显示数据。U7、U8、U9、U10、U11级联是靠前一芯片的第9引脚和下一级芯片的第14引脚连接，当前一芯片的寄存器存满8位之后，第9位数据输入，会使第1位数据从第9引脚输出成为下一级74HC595第1位数据，以此类推可以使4块数码管显示数据。

其中，所述转速信号调理模块利用稳压二极管和三级管将正弦波转换成可以给处理器计数的方波信号。

其中，所述RS485通信模块采用485通信协议，可以将处理器测得的数据通过此模块发送给远端设备进行显示和操作。

一种基于船用柴油发动机的监控装置，在工作时，首先通过设置的若干传感器获取得到实时的水温、油温、油压和转速信息，之后通过处理器结合相关规则，每隔一段时间采集到对应的水温、油温、油压和转速信息并结合相关算法，得到其运行是否出现异常，在异常时会自动报警且通过显示模块显示，提醒工作人员注意；之后通过对实时的水温、油温、油压和转速信息的判定得到柴油发动机是否处于危险状态，同时得到危险程度，并在危险状态出现时及时停止柴油发动机的运行并发出警报，与此同时借助显示模块显示危险程度；

本发明的有益效果：

(1)本发明通过设置的若干传感器获取得到实时的水温、油温、油压和转速信息，之后通过处理器结合相关规则，每隔一段时间采集到对应的水温、油温、油压和转速信息并结合相关算法，得到其运行是否出现异常，在异常时会自动报警且通过显示模块显示，提醒工作人员注意；之后通过对实时的水温、油温、油压和转速信息的判定得到柴油发动机是否处于危险状态，同时得到危险程度，并在危险状态出现时及时停止柴油发动机的运行并发出警报；

(2)本发明为提高电源高压脉冲的承受能力，电源部分采用双级稳压，稳定输出需要电压，减少瞬间高压给后方电路带来的影响。充分考虑到可能面对的恶劣天气，使用气体放电管防止雷击。

(3)本发明通过加入RS485通信模块，可以实现借助RS485通讯协议与远端设备通讯；从而实现对柴油机的运行状态进行远程监控；本发明简单有效，且易于实用。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。