基于PC/104和CAN总线的自动操舵仪研究

论文摘要

船舶的操纵性是船舶的重要性能之一,船舶的操纵性与航行的安全性、经济性及军舰的战斗力和生命力有着密切的关系。船舶一旦丧失操纵能力,航行就缺少了起码的安全保障。对于军舰,良好的操纵性是提高战斗力的重要手段,因此对军舰有更高的操纵性要求。为了掌握船舶操纵性和船舶驾控技术,人类已经奋斗了多个世纪,到今天已经取得了很大成就:船舶操纵控制已从手动发展到自动,从单个系统的自动化提高到综合自动化,从简单的控制装置发展成计算机化、网络化的体系结构;船舶操纵控制已经形成一门独立的科学,在国内和国际都有相当规模的学者群从事有关的理论探讨、系统设计和工程实现等方面的学术研究。舵是船舶操纵的最主要装置,而自动操舵仪是实现舵操纵功能的一个自动控制系统。该系统的性能直接影响着船舶航行的操纵性,经济性和安全性。本文首先介绍了船舶的操作性和自动操舵仪的发展,然后对PC/104和CAN总线技术进行了介绍和说明。在本论文的第三章对自动操舵仪的硬件进行了设计,对自动操舵仪中的各部件进行了说明,并对其中的关键技术:CAN智能节点和液晶显示驱动电路进行了详细介绍。第四章对自动操舵仪的相关软件进行了讨论,并给出了重要功能的程序段。最后对自动操舵仪中的相关问题进行了探讨。本论文介绍的基于PC/104和CAN总线的自动操舵仪,把GPS、罗经、舵角传感器等送来的船舶实际航向信号、预定航向信息及给定的各种约束条件自动地按照一定的调节规律进行信号处理,并通过CAN总线把指令信号送至舵机从而控制舵机转到指定角度,使船舶沿着给定的航向航行。同时由于具有航迹控制功能和自适应算法,使动舵次数相对减少,降低了舵机的故障率及维修费用,同时也增加了船舶航行的安全性。使船舶航行的操纵性,经济性和安全性大大提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 船舶操纵性
• 1.2 舵设备的组成
• 1.3 自动操舵装置
• 1.3.1 自动操舵仪
• 1.3.2 自动操舵装置的发展
• 1.4 本论文的研究内容
• 第2章 PC/104和CAN总线
• 2.1 基于PC/104的嵌入式计算机
• 2.1.1 嵌入式系统概述
• 2.1.2 基于PC/104的嵌入式计算机
• 2.2 CAN总线综述
• 2.2.1 现场总线与现场总线系统
• 2.2.2 几种常用现场总线的比较
• 2.2.3 CAN总线技术
• 2.3 本章小结
• 第3章 自动操舵仪硬件设计
• 3.1 主控单元的设计
• 3.1.1 SCM/SPT模块
• 3.1.2 SEM/ADT700模块
• 3.1.3 SEM/CSD模块
• 3.1.4 接口底板
• 3.2 舵角反馈盒
• 3.2.1 CAN节点的设计
• 3.2.2 舵角数据读取电路
• 3.3 多功能复示器
• 3.3.1 PXA255微处理器
• 3.3.2 TFT-LCD彩色液晶显示器
• 3.3.3 LCD显示驱动控制的硬件设计
• 3.4 控制显示单元与操舵模式选择单元
• 3.5 本章小结
• 第4章 自动操舵仪的软件设计
• 4.1 主控单元
• 4.1.1 操作系统的选择
• 4.1.2 主控单元的软件设计
• 4.2 CAN智能节点软件设计
• 4.2.1 CAN控制器的初始化
• 4.2.2 CAN节点接收子程序
• 4.2.3 CAN节点发送子程序
• 4.3 显示驱动软件
• 4.3.1 LCD控制器等的初始化
• 4.3.2 Frame Buffer的读/写操作
• 4.4 本章小结
• 第5章 相关问题的探讨与分析
• 5.1 传统自动操舵仪存在问题与改进
• 5.1.1 传统自动操舵仪存在的问题
• 5.1.2 本自动操舵仪对相关问题的改进
• 5.2 CAN总线相关问题的分析
• 5.2.1 CAN总线的可靠性
• 5.2.2 提高CAN总线可靠性的方法
• 5.2.3 CAN智能节点可靠性的提高
• 5.2.4 CAN总线的实时性
• 5.3 硬件抗干扰问题
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历