基于MBD的海上船舶浮沉运动监测系统的设计及验证

发布时间：2019-11-05 17:41

【摘要】：海洋运输业以其成本低、装载量大等优势在当今运输行业中的地位日益重要,船舶的安全营运问题日趋突出,船舶以及一些浮式海洋工程结构在海上的运动状态越来越受人们的关注,相关的监测产品也成为当前的研发热点。DSP信号处理器以体积小、成本低、处理速度快等优点被广泛应用于各类监测系统中,但传统的DSP代码开发过程周期长、效率低,对开发人员能力要求较高,严重影响了产品的开发成本和研发难度。MathWorks公司提出了基于模型的设计方法(MBD, model-based design),可以编译生成相应的目标处理器代码,自动调用DSP集成开发环境CCS在目标处理器上进行算法验证。因此,利用MBD方法开发一种基于DSP处理器的船舶海上浮沉运动监测系统,不仅开发周期快速便捷,而且系统在实际工程中具有重要的实用价值。首先,论文在分析信号的采集方案、位移数据提取流程等船舶浮沉运动监测系统的基本工作原理基础上,完成了船舶浮沉运动监测系统的总体设计方案,并重点阐述了基于模型设计方法的系统开发流程及实现技术。其次,给出了系统的硬件设计。系统由信号采集模块、A/D转换模块、信号处理模块、串口通信模块及上位机显示模块组成。信号采集模块的传感器采用ADI公司的一款完整薄型三轴加速度计ADXL335,并在电路设计时包含了信号放大、干扰抑制等调制电路。A/D转换器选用TI公司的一款24位精度∑-△型高性能模数转换器ADS1256。通过DSP微处理器来完成位移数据的计算和传输工作。上位机将通过串行通讯接口收到的位移数据进行实时显示和深入处理。再次,基于MBD方法设计并初步验证了船舶浮沉运动监测系统的嵌入式软件,并介绍了上位机软件监测平台的实现。最后,本文将系统的软硬件部分进行集成,形成了一套可独立运行的DSP嵌入式船舶浮沉运动监测系统,进行了实验验证。实验结果表明,该系统测量精度为5cm,最大量程1000cm,系统误差10cm,满足设计需求；基于MBD方法可实现系统的快速高效开发,以DSP微处理器进行运算和控制、配合MEMS传感器进行数据采集的船舶浮沉运动监测系统具有结构紧凑、成本低、大量程、高分辨率、小型化、集成化、实时性等特点,具有广泛的应用前景。
【图文】：

电路图,信号处理模块,电路

３．２．４信号传输模块设计逡逑为了实现ＤＳＰ与上位机间的数据传输，利用ＴＭＳ３２０Ｆ２８３３５所提供的ＳＣＩ串行接口逡逑来实现两者间的异步串行通信。ＴＭＳ３２０Ｆ２８３３５内部有三路专用串行通信模块（ＳＣＩＡ、逡逑ＳＣＩＢ、ＳＣＩＣ），每路都有两个用于通信的Ｉ／Ｏ引脚：发送端ＳＣＩｘＴＸＤ和接收端ＳＣＩｘＲＸＤ邋（ｘ逡逑分别为Ａ、Ｂ、Ｃ）ｏ内部收发均有一个用以缓存数据的１６级ＦＩＦＯ，，且支持进行全双工通逡逑信的数据收发。ＳＣＩｘＴＸＤ与ＳＣＩｘＲＸＤ可以通过符合ＲＳ－２３２标准的驱动芯片ＴＲＳ３２２１与逡逑上位机进行串行通信，将计算所得位移信号显示以便用户分析使用。逡逑通讯芯片使用ＳＩＰＥＸ公司生产的一款双路ＲＳ－２３２驱动器／接收器ＳＰ３２３２Ｅ采用３Ｖ逡逑至５．５Ｖ单电源供电，非工作时电流低于ｌｙＡ。满载时可保持高达２３５Ｋｂｐｓ数据速率逡逑的，工作于３．３Ｖ电压下时外接电容只需Ｏ．ｌｔ＾Ｆ就可以进行操作。在电池供电，手持式逡逑和便携式设备，ＰＤＡ和掌上电脑，笔记本，移动电话和无线设备中均有广泛应用［２４］。电逡逑路如图３．８所不。逡逑

抗噪声性能,过孔,板图,钝角

度刻烛的现象发生，导线间的夹角要尽量成钝角；为了加强抗噪声性能，；在板面允许的条件下尽量使线短而粗。逡逑）要就近对电源和地的管脚打过孔［２７］。逡逑板图如图３．９所示。硬件电路实物如图３．１０所示。逡逑
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U664.8

【参考文献】