船舶废气污染物在线监测系统开发中嵌入式技术的应用
发布时间：2021-02-09 07:45
近年来,伴随着船舶工业的发展,船舶废气造成的环境污染问题越来越严重,针对船舶废气污染物的排放监测、处理问题成为了当前的研究热点。本文的研究方向是设计一种在线式的船舶废气污染物监测系统,结合嵌入式技术设计监测系统的数据采集终端,并详细介绍了该在线监测系统的总体设计、传感器和通信电路等模块,对于改善当前的船舶废气监测技术有一定的实际应用价值。
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(22)北大核心
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
废气污染物排放在线监测系统原理图Fig.1Schematicdiagramofon-linemonitoringsystemforexhaustpollutantemission
线监测系统的硬件设计近年来，嵌入式技术发展迅速，已经成为工业领域必不可少的控制核心，嵌入式控制芯片也获得了迅速的发展，以ARM体系结构为基础的嵌入式处理器目前占据32位嵌入式处理器市场的一半以上[2]，本文也是采用Arm嵌入式技术设计船舶废气污染物的在线监测系统。本文采用ARM7内核的韩国三星公司S3C44B0微处理器芯片作为系统的核心处理器，结合RTL8019网卡芯片和RS232接口电路等硬件[1]，构成船舶废气污染物的在线监测系统的基本硬件，原理示意图如图2所示。图2船舶废气污染物的在线监测系统的硬件原理图Fig.2Hardwareschematicdiagramofon-linemonitoringsystemformarineexhaustpollutants在该硬件回路中，S3C44B0芯片是检测数据的核心，其通过分析传感器和预处理电路的信号，向监测系统的其他硬件发送指令。S3C44B0芯片的功能特性如下：1）该芯片的引脚达160个，一种性能优越的32位嵌入式处理器，其最高频率可达60MHz，有丰富的扩展接口，能够支持多种通用的扩展设备。2）S3C44B0芯片的工作电压为3.3V，内核的工作电压为2V，具有较小的功耗，能够适应船舶等移动场景的恶劣工况。3）芯片内部集成了8个记忆栈，实现外部存储器的有效管理，借助扩展接口可以将存储容量升高到256M，同时还支持SD卡、FLASH和USB等外接电路。4）S3C44B0芯片支持两路UART接口，可用于红外通信技术，数据传输的速度快。5）具有72个I/O接口，支持键鼠、LCD等外接设备的快速接入。6）支持8路的数字信号/模拟信号转换器和两路中断电路。2.2监测系统的传感器数据采集模块设计传感器是实现?
的修正系数，为发动机单位功率下的流量，g/(kW·h)，按照下式计算：Ql=14.3·G0×9550T0×n·20(20fO2),G0T0nfO2式中：为单位时间的动力系统油耗，为动力主机的扭矩，为发动机的转速，为氧气的2种实际的测量过程中出现传感器数据异常的体积百分数[3]。PM固体颗粒污染物的比排放值计算公式为：fPM=mPM×9550T0×n,式中：mPM为PM传感器采集的管路值。图3为监测系统的传感器数据采集模块硬件组成。图3传感器数据采集模块硬件组成Fig.3Hardwarecompositionofsensordataacquisitionmodule2.3AIS通信接口电路设计本文采用3G模块无线局域网络和AIS模块实现监测系统与岸基的数据通信，AIS模块利用RS422与S3C44B0芯片单元连接，将无线局域网络作为在线监测系统与岸基数据管理系统的传输媒介。AIS接口电路采用MAX491系列转换芯片，控制器芯片的指令通过TTL电平传输至转换芯片，再由差分信号电路输出。图4为监测系统的AIS接口电路图。图4监测系统的AIS接口电路图Fig.4AISinterfacecircuitdiagramofmonitoringsystem3结语船舶废气污染物监测技术有助于改善船舶的能源消耗水平，同时保护海洋生态环境不受船舶废气的侵害。本文结合嵌入式ARM技术设计一种船舶废气污染物在线监测系统，并详细介绍了该监测系统的硬件组成和工作原理。参考文献：王健,张檬,郭志龙,等.基于嵌入式技术的城市绿地生态环境监测评价系统的设计[J].黑龙江科技信息,2011(11):44–64.[1]翁建平.嵌入式船舶主推进控制系统设计[J].工程技术(引文版),2016(11):
【参考文献】：
期刊论文
[1]船舶废气中SO2检测方法的比较研究[J]. 杜清华. 环境与发展. 2019(05)
[2]基于嵌入式技术的城市绿地生态环境监测评价系统的设计[J]. 王健,张檬,郭志龙,潘宜霞,马德超. 黑龙江科技信息. 2011(11)
本文编号：3025308
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(22)北大核心
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
废气污染物排放在线监测系统原理图Fig.1Schematicdiagramofon-linemonitoringsystemforexhaustpollutantemission
线监测系统的硬件设计近年来，嵌入式技术发展迅速，已经成为工业领域必不可少的控制核心，嵌入式控制芯片也获得了迅速的发展，以ARM体系结构为基础的嵌入式处理器目前占据32位嵌入式处理器市场的一半以上[2]，本文也是采用Arm嵌入式技术设计船舶废气污染物的在线监测系统。本文采用ARM7内核的韩国三星公司S3C44B0微处理器芯片作为系统的核心处理器，结合RTL8019网卡芯片和RS232接口电路等硬件[1]，构成船舶废气污染物的在线监测系统的基本硬件，原理示意图如图2所示。图2船舶废气污染物的在线监测系统的硬件原理图Fig.2Hardwareschematicdiagramofon-linemonitoringsystemformarineexhaustpollutants在该硬件回路中，S3C44B0芯片是检测数据的核心，其通过分析传感器和预处理电路的信号，向监测系统的其他硬件发送指令。S3C44B0芯片的功能特性如下：1）该芯片的引脚达160个，一种性能优越的32位嵌入式处理器，其最高频率可达60MHz，有丰富的扩展接口，能够支持多种通用的扩展设备。2）S3C44B0芯片的工作电压为3.3V，内核的工作电压为2V，具有较小的功耗，能够适应船舶等移动场景的恶劣工况。3）芯片内部集成了8个记忆栈，实现外部存储器的有效管理，借助扩展接口可以将存储容量升高到256M，同时还支持SD卡、FLASH和USB等外接电路。4）S3C44B0芯片支持两路UART接口，可用于红外通信技术，数据传输的速度快。5）具有72个I/O接口，支持键鼠、LCD等外接设备的快速接入。6）支持8路的数字信号/模拟信号转换器和两路中断电路。2.2监测系统的传感器数据采集模块设计传感器是实现?
的修正系数，为发动机单位功率下的流量，g/(kW·h)，按照下式计算：Ql=14.3·G0×9550T0×n·20(20fO2),G0T0nfO2式中：为单位时间的动力系统油耗，为动力主机的扭矩，为发动机的转速，为氧气的2种实际的测量过程中出现传感器数据异常的体积百分数[3]。PM固体颗粒污染物的比排放值计算公式为：fPM=mPM×9550T0×n,式中：mPM为PM传感器采集的管路值。图3为监测系统的传感器数据采集模块硬件组成。图3传感器数据采集模块硬件组成Fig.3Hardwarecompositionofsensordataacquisitionmodule2.3AIS通信接口电路设计本文采用3G模块无线局域网络和AIS模块实现监测系统与岸基的数据通信，AIS模块利用RS422与S3C44B0芯片单元连接，将无线局域网络作为在线监测系统与岸基数据管理系统的传输媒介。AIS接口电路采用MAX491系列转换芯片，控制器芯片的指令通过TTL电平传输至转换芯片，再由差分信号电路输出。图4为监测系统的AIS接口电路图。图4监测系统的AIS接口电路图Fig.4AISinterfacecircuitdiagramofmonitoringsystem3结语船舶废气污染物监测技术有助于改善船舶的能源消耗水平，同时保护海洋生态环境不受船舶废气的侵害。本文结合嵌入式ARM技术设计一种船舶废气污染物在线监测系统，并详细介绍了该监测系统的硬件组成和工作原理。参考文献：王健,张檬,郭志龙,等.基于嵌入式技术的城市绿地生态环境监测评价系统的设计[J].黑龙江科技信息,2011(11):44–64.[1]翁建平.嵌入式船舶主推进控制系统设计[J].工程技术(引文版),2016(11):
【参考文献】：
期刊论文
[1]船舶废气中SO2检测方法的比较研究[J]. 杜清华. 环境与发展. 2019(05)
[2]基于嵌入式技术的城市绿地生态环境监测评价系统的设计[J]. 王健,张檬,郭志龙,潘宜霞,马德超. 黑龙江科技信息. 2011(11)
本文编号：3025308
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