基于DSP的船舶柴油机曲轴箱油雾浓度探测器研究

论文摘要

柴油机自问世以来,经过一个世纪的发展,总体技术已经取得了很大的进步,在各个行业的动力机械中起到了不可替代的作用,也占据船舶动力中的统治地位。当前绝大多数船舶上的主机都采用柴油机。船舶柴油机是船舶运行的动力源,在船舶运行中有着不可替代的作用。柴油机在长时间的工作中,由于机械装置故障,轴瓦发热等原因引起曲轴箱局部严重发热,从而使滑油蒸发产生高温油气,油气冷却后形成油雾,过高的油雾浓度在高温环境下会导致柴油机曲轴箱爆炸,不仅造成经济损失,而且还会造成人身伤害。1960年英国就研制出应用于船舶柴油机的曲轴箱油雾浓度探测器,随着船舶行业的发展,探测器的功能也在不断的改进,但仍然存在许多问题,如反应速度相对较慢、数字化程度低以及不能与全船监控系统通讯等,已经不能满足现代化船舶的要求。因此本文提出了一种基于DSP (Digital Signal Processing)的油雾浓度探测器的设计方案,并做了相应的研究设计。本设计参考传统油雾浓度探测器检测方法,油雾浓度探测器功能满足《钢.质海船入级与建造规范》的规定,完成了控制部分软、硬件设计,并进行功能性试验验证。本论文主要完成以下工作：(1)分析引起船舶柴油机曲轴箱油雾浓度升高和和曲轴箱爆炸的因素和条件,包括设备故障、曲轴箱温度和压力等方面对曲轴箱爆炸的影响；(2)完成油雾浓度探测器硬件设计,包括电源设计、AD采集模块设计、模拟量输入设计、数字量输入输出设计、通讯模块设计、采样电磁阀控制电路设计、报警显示电路设计及各种试验和测试模块设计等；(3)完成油雾浓度探测器软件设计,包括各种算法和模块程序,实现了《钢质海船入级与建造规范》对油雾浓度探测器的功能要求；(4)完成人机界面程序的编写,实现人机交互通讯和数据保存；(5)在完成设计之后做了相关的功能性试验,实验结果达到了预期的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 油雾浓度探测器发展现状
• 1.3 研究内容
• 第2章 相关理论基础
• 2.1 曲轴箱爆炸的相关理论
• 2.2 影响曲轴箱油雾浓度相关因素
• 2.2.1 设备故障
• 2.2.2 油雾浓度和曲轴箱内温度的关系
• 2.2.3 油雾浓度和曲轴箱内压力的关系
• 2.3 阻光度油雾浓度探测原理
• 第3章 油雾浓度探测系统总体方案
• 3.1 设计目标
• 3.2 系统组成
• 3.3 探测器研制中的关键技术
• 3.3.1 光电池的信号输出和油雾浓度之间的关系曲线及其线性化
• 3.3.2 提高硬件电路可靠性
• 3.3.3 系统实时性的保证
• 第4章 系统硬件设计
• 4.1 硬件总体结构
• 4.2 光路部分
• 4.2.1 光路部分分析
• 4.2.2 光源选择
• 4.3 电磁阀驱动电路设计
• 4.4 主控制电路板设计
• 4.4.1 电源设计
• 4.4.2 主控芯片及外围电路设计
• 4.4.3 基本输入输出设计
• 4.4.4 通讯模块
• 4.4.5 变增益电路
• 4.4.6 信号线性化电路
• 4.4.7 采样电磁阀控制电路
• 4.4.8 报警显示电路
• 4.4.9 风机检测电路
• 4.4.10 测试电路
• 第5章 系统软件设计
• 5.1 总体设计
• 5.2 系统初始化
• 5.3 滤波算法
• 5.4 CAN通讯
• 5.5 风机检测模块
• 5.5.1 TMS320F2812的捕获模块介绍
• 5.5.2 测频程序
• 5.6 AD程序模块
• 5.6.1 TMS320F2812的AD模块介绍
• 5.6.2 AD程序的编写
• 5.6.3 AD校正
• 5.7 烧写程序
• 5.7.1 TMS320F2812的Bootloader介绍
• 5.7.2 Bootloader程序
• 5.8 界面程序
• 第6章 实验结果及分析
• 6.1 试验平台
• 6.2 试验项目
• 6.2.1 油雾浓度过高报警
• 6.2.2 油雾浓度增长率过高报警
• 6.2.3 驱动电路实验
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文