基于集中器的船舶机舱监测报警系统设计

论文摘要

船舶机舱监测报警系统是船舶自动化的重要组成部分,其功能主要是检测、控制机电设备的工作状态和参数,并进行指示、报警、控制和记录。该系统工作的可靠性直接影响到船舶的安全航行。最初的机舱自动化报警系统主要是由继电器和半导体逻辑电路组成,现在已经不适合机舱自动化的发展要求和国际海事组织及各船级社的规定。本文设计了一种基于集中器的船舶机舱监测报警系统,其采用上位工控机、数据集中器、采集模块构成阶梯式网络结构。数据集中器一方面通过数据采集模块完成现场数据的采集和处理,并在上位机故障情况下进行独立报警和延伸显示;另一方面,集中器将采集数据上传至上位机,由上位机进行显示、报警和打印处理等。本文设计的数据集中器主要由DSP、FPGA、FLASH和相关外围电路组成。利用FPGA实现的4个通用异步串口UART,分别完成与上位机的双485总线接口、与采集模块的单485总线接口和延伸显示RS232接口;DSP是集中器的核心部分,其完成各种通信控制、现场数据收集和处理、报警输出控制等功能,其与上位机通信采用中断方式以实时响应上位机的命令;FLASH的功能是存储程序、监测点的参数信息等。本文在对集中器硬件设计基础上,完成了FPGA程序、DSP程序的设计和调试。数据采集部分程序主要是基于台湾泓格公司I-7000系列I/O模块。本文设计的基于集中器的船舶机舱监测报警系统经过实际装船测试,已基本满足实际使用要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 机舱监测报警系统的发展概况
• 1.2 系统的网络体系结构
• 1.3 选题背景
• 1.4 本文内容安排
• 2 机舱监测报警系统方案
• 2.1 系统总体结构
• 2.2 系统功能描述
• 2.2.1 冗余设计
• 2.2.2 数据集中器设计
• 2.2.3 上位机监测报警软件
• 2.3 系统技术指标
• 2.4 系统通信协议
• 2.5 系统工作过程
• 2.6 本章小结
• 3 数据采集模块和RS-485总线
• 3.1 数据采集模块
• 3.1.1 采集模块的作用
• 3.1.2 泓格远程I/O模块
• 3.1.3 DCON模块控制命令
• 3.1.4 数据传输格式规定
• 3.1.5 模块配置软件
• 3.2 RS-485总线
• 3.2.1 RS-485概述
• 3.2.2 RS-485接口标准
• 3.2.3 RS-485网络拓扑
• 3.2.4 RS-485接口芯片
• 3.2.5 RS-485接口电路设计
• 3.3 本章小结
• 4 基于FPGA的集中器接口设计
• 4.1 基于FPGA的集中器接口功能
• 4.2 FPGA开发
• 4.2.1 FPGA开发软件
• 4.2.2 FPGA开发流程
• 4.2.3 FPGA程序下载
• 4.3 UART异步串口的实现
• 4.3.1 UART框架设计
• 4.3.2 UART数据传输协议
• 4.3.3 UART设计与实现
• 4.4 提高可靠性的措施
• 4.4.1 接口冗余
• 4.4.2 看门狗复位
• 4.5 本章小结
• 5 集中器DSP软件设计
• 5.1 DSP开发
• 5.1.1 TI DSP开发软件
• 5.1.2 DSP开发流程
• 5.2 DSP最小系统设计
• 5.2.1 存储器扩展
• 5.2.2 时钟电路
• 5.2.3 电源电路
• 5.2.4 JTAG接口电路设计
• 5.3 DSP存储空间分配
• 5.4 系统主程序设计
• 5.4.1 系统初始化
• 5.4.2 串口读写
• 5.4.3 数据采样
• 5.4.4 报警控制
• 5.5 中断处理
• 5.5.1 中断在系统中的作用
• 5.5.2 中断程序设计
• 5.5.3 中断管理
• 5.6 DSP设计中注意事项
• 5.7 本章小结
• 6 系统联调和测试
• 6.1 系统联调组成
• 6.2 上位机与集中器联调
• 6.3 船舶现场测试
• 6.4 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献