船舶分油机主控单元的设计与实现

发布时间：2017-09-06 23:03

  本文关键词：船舶分油机主控单元的设计与实现

  更多相关文章： 分油机主控单元 嵌入式 μC/OS-Ⅱ 实时性

【摘要】：“工业4.0”、“互联网+”、“中国制造2025”等的新概念被接连提出,开启了互联网+制造业发展新的接力赛。船舶行业也正在急切的寻找新环境下的准确定位,实现船舶智能化成了时代发展大背景下新的研究课题。本文首先研究了国内外船舶燃油净化系统发展现状,当前主流的船用分油机均采用单片机作为主控芯片,实时性不够强,操控界面不够友好。针对这些不足,提出了以ARM系列CortexTM-M3内核的STM32嵌入式处理器作为主控制系统的核心,内部移植μC/OS-Ⅱ实时操作系统,外围配置以太网接口,CAN总线接口、以及串口通信模块,既满足现场数据的实时传输,又满足上位机监控及组网便捷的需求。分油机主控单元的结构可以分为三层,信号采集控制层、网关层以及监测控制层。设计工作以此三层构架进行,以完成分油机主控制系统的开发工作。信号采集控制层主要包含分油机现场的分布式数字量的输入、输出(起停信号和声光报警等),模拟量的输入、输出(温度、黏度和流量等信号)模块。现场I/O信号采集模块进行冗余设计,增加信号采集的可靠性。网关层主要用于数据采集层与监测控制层的通信。采用TCP/IP硬件协议栈,通过UDP协议传输,实现串口网口的数据转换,通过以太网连接交换机实现多台分油机的同时监控。预留串行总线接口用于监测报警信号的接收和处理。监测控制层的人机交互界面的设计以DGUS作为开发平台,开发出船舶分油机主控单元的图形化控制软件,以实现船舶分油机自动起停、自动分油、声光报警、自动排水排渣、待分油的进口温度自动调节、远程监控等功能。基于嵌入式系统的分油机控制系统的多线程和多级中断机制,可以很好满足控制系统的实时性要求,触摸屏作为人机交互界面,使分油机的显示和参数设置更加便捷；成本低,稳定性好,易于实现模块化、网络化,对进一步船舶分油机智能化的研究有重要意义。
【关键词】：分油机主控单元 嵌入式 μC/OS-Ⅱ 实时性
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题研究的背景10-13
• 1.1.1 船舶分油机控制系统的发展现状10-11
• 1.1.2 嵌入式系统概述11-13
• 1.2 课题研究的目的及意义13
• 1.3 课题的主要工作13-15
• 第2章 船用分油机控制系统15-28
• 2.1 船舶重油净化系统结构组成15-17
• 2.2 分油机的结构组成及工作原理17-21
• 2.2.1 船用分油机的组成17-19
• 2.2.2 分油机的工作原理19-21
• 2.3 待分燃油进机温度控制理论21-24
• 2.3.1 PID控制理论21-23
• 2.3.2 待分油温度程序化控制23-24
• 2.4 分油机自动控制过程24-28
• 2.4.1 分油机控制单元的结构组成25
• 2.4.2 分油机的控制时序25-28
• 第3章 信号采集单元总体设计28-51
• 3.1 控制系统总体设计28-29
• 3.2 嵌入式微处理器选型29-34
• 3.2.1 ARM系列Cortex~(TM)-M3概述30-32
• 3.2.2 STM32F103系列微处理器简介32-34
• 3.3 电源模块设计34-36
• 3.4 数字量信号输入输出(DI&DO)单元硬件设计36-39
• 3.5 模拟量信号输入输出(AI&AO)单元硬件设计39-40
• 3.6 串行通信模块的电路设计40-42
• 3.7 以太网接口与串口转换电路模块设计42-47
• 3.7.1 以太网通信原理及优势42-43
• 3.7.2 串口网口转换器设计方案43-46
• 3.7.3 转换器PCB电路图的设计46-47
• 3.8 触摸屏人机交互设计47-48
• 3.9 SD卡接口电路设计48-49
• 3.10 E~2PROM和声光报警电路设计49-51
• 第4章 主控制单元软件设计51-73
• 4.1 以太网-串口转换器的软件设计51-54
• 4.2 嵌入式μC/OS-Ⅱ实时操作系统移植54-58
• 4.2.1 嵌入式μC/OS-Ⅱ系统简介54-55
• 4.2.2 μC/OS-Ⅱ的移植55-58
• 4.3 主控单元的任务设计58-68
• 4.3.1 控制单元主程序设计58-60
• 4.3.2 控制单元子程序的任务设计60-68
• 4.4 分油机系统交互设计68-73
• 4.4.1 上位机监控界面设计与通信68-70
• 4.4.2 分油机触摸界面设计70-73
• 第5章 系统设计与调试73-78
• 5.1 分油机信号发生器73-74
• 5.2 分油机主控制系统实物展示74-75
• 5.3 主控单元通信协议的设计75-76
• 5.4 控制系统功能展示76-78
• 5.4.1 分油机起动过程76
• 5.4.2 分油机分油及排渣76
• 5.4.3 分油机监测报警及参数显示76-78
• 第6章 结论与展望78-80
• 参考文献80-83
• 附录A83-85
• 附录B85-87
• 学位期间公开发表论文87-88
• 致谢88-89
• 作者简介89

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本文编号：805948