嵌入式船舶通信多功能网关的设计与实现

发布时间：2017-08-18 21:05

  本文关键词：嵌入式船舶通信多功能网关的设计与实现

  更多相关文章： 船舶 网关 以太网通信 CAN总线通信 冗余通信

【摘要】：随着自动控制和计算机技术的不断发展,船舶自动化的水平在逐渐的提高。为了解决船舶控制网络与信息通信网络的数据交换、以及实时的控制,船舶网关应运而生。船舶网关是船舶通信系统中的一部分,它的上层网络使用应用最为广泛的以太网,下层网络常常是工业的现场总线,现在使用CAN总线较多。实现船舶控制通信网中上位机的以太网与CAN总线网络之间的通信,将底层的监控点与上层监控网络相连,监控系统的现场数据、报警信息会统一传输到船舶主控平台,为船舶的监控诊断提供便利方式。本文首先根据《中华人民共和国船舶行业标准》、DSP307船用电子框架以及相关参考文献,确定了网关系统的总体设计方案以及功能模块。由于船舶种类繁杂、通信需求不同,本文设计了基于AT91SAM9X25处理器的网关硬件,适用于较大型或大型船舶；设计了基于i.MX287处理器的网关硬件,适用于中小型船只。同时实现了双路双冗余的软件及界面功能设计。此外本文还实现了Linux环境下内核配置及驱动移植。依据总体设计方案,在Altium Designer环境下进行电路设计。在基于AT91SAM9X25处理器的网关中,CAN收发器使用TJA1050,以太网控制器使用DM9161AEP。它主要包括两路CAN总线功能电路、两路以太网功能电路、串口功能电路、USB电路及电源电路等。在基于i.MX287处理器的网关中,CAN收发器使用SN65HVD234,以太网控制器使用LAN8720A。该网关由复位电路、电源电路、USB接口电路、JTAG接口电路、双路CAN总线电路、双路以太网电路、串口电路以及LCD显示屏电路组成。同时使用Linux操作系统下的Qt Creator软件平台设计实现显示界面,并利用C++程序设计语言实现后台的通信程序。最后,对硬件进行性能的测试,均满足需求的指标。对软件进行功能测试,系统各项功能运行稳定。
【关键词】：船舶 网关 以太网通信 CAN总线通信 冗余通信
【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】：TN915.05
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题研究的背景与意义10-11
• 1.2 船舶通信的国内外发展现状11-13
• 1.3 CAN总线相关介绍13-16
• 1.3.1 CAN总线技术13-15
• 1.3.2 CAN冗余技术介绍15-16
• 1.4 以太网技术介绍16-17
• 1.5 本文的主要工作17-18
• 1.6 论文的章节安排18-20
• 第2章 基于AT91SAM9X25处理器的硬件设计20-36
• 2.1 主控制器的选择20-22
• 2.2 通用串口电路设计22-23
• 2.3 CAN接口电路设计23-27
• 2.4 以太网接口电路设计27-33
• 2.4.1 以太网芯片选择27-29
• 2.4.2 以太网接口电路29-33
• 2.5 其他电路说明33-34
• 2.6 PCB的设计与调试34-35
• 2.7 本章小结35-36
• 第3章 基于i.MX287处理器的硬件设计36-48
• 3.1 CAN接口电路设计37-39
• 3.2 以太网电路设计39-42
• 3.3 串行接口电路设计42-43
• 3.4 LCD显示屏电路设计43-46
• 3.5 本章小结46-48
• 第4章 网关软件的设计与实现48-64
• 4.1 网关的运行平台及软件环境介绍48
• 4.2 软件的整体设计48-56
• 4.2.1 以太网软件的实现50-52
• 4.2.2 CAN总线软件的实现52-56
• 4.3 控制显示界面的设计与实现56-60
• 4.3.1 控制显示界面的结构设计56
• 4.3.2 控制显示界面的功能设计56-57
• 4.3.3 控制显示界面的功能实现57-60
• 4.4 Linux下内核配置及驱动移植60-62
• 4.5 本章小结62-64
• 第5章 系统运行结果及功能测试64-84
• 5.1 基于AT91SAM9X25处理器网关的测试64-72
• 5.1.1 网口通信功能验证65-67
• 5.1.2 CAN总线通信功能验证67-69
• 5.1.3 网关通信性能测试69-72
• 5.2 基于i.MX287处理器网关的测试72-82
• 5.2.1 基于i.MX287处理器的以太网功能测试72-74
• 5.2.2 基于i.MX287处理器的通信性能测试74-77
• 5.2.3 冗余功能测试77-81
• 5.2.4 界面功能测试81-82
• 5.3 本章小结82-84
• 第6章 总结84-86
• 参考文献86-89
• 致谢89-90
• 作者简介90

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本文编号：696737