基于船舶机舱智能监控系统的研究

　  随着自动化技术的不断发展，并在各行各业中获得广泛的应用，造船业的自动化集成度也有了很大的提高。为了保证船舶动力设备安全可靠的运行，为管理人员的操作提供可靠、准确的实时信息，以及减少人为因素的错误判断和人力的极大浪费，设计了基于CAN总线的船舶机舱监控系统。该系统提高对船舶动力设备参数的实时检测，可以实时显示设备各重要的运行参数和状态。论文发表。当检测到设备的运行状态出现故障时，系统就会自动报警并记录故障；同时调节设备的运行参数，实现对远程设备的控制。

　　控制器局域网CAN（Controller Area Network）是Bosch公司提出的一种串行数据通信协议，它的模型结构包括物理层、数据链路层和应用层，信号传输介质是双绞线，通信速率最高1Mbps（40 m），直接传输距离最远10km（5Kbps），每条总线可挂接设备多达110个，特别适用于实时性要求很高的网络。CAN总线是一种串行通信协议，具有较强的抗干扰能力，可以应用在电磁噪声比较大的场合。本文正是利用CAN总线技术的这些特性，以CAN总线技术为基础构建一种以PC机为上位机，以DSP系统为下位机，利用多种传感器对船舶机舱与人员、设备及生产安全密切相关的柴油机转速、燃油进机压力、燃油进机温度、主轴瓦温度、滑油进机压力、滑油进机温度、滑油出机温度、涡轮增压器滑油进口压力、海水冷却水压力、淡水冷却水进机压力、淡水冷却水出机温度等方面相关的参数进行实时监测，并根据监测结果采取及时有效的措施。其系统总体结构如图1所示。

　　DSP选择与CAN模块功能设计

　　TMS320LF2812数字信号处理器集成了增强型CAN总线通信接口，该接口与CAN2.0B标准接口完全兼容。它有32个可配置的接收、发送邮箱，支持信息的定时邮递功能。可以使用该接口构建高可靠的CAN总线控制或检测网络。TMS320LF2812处理器的CAN控制器为CPU提供完整的CAN协议，减少了通信时CPU的开销。CAN模块结构如图2所示，CAN模块主要由CAN协议内核和消息控制器构成。

　　CAN协议内核主要完成两个功能：根据CAN协议对CAN总线上接收到的消息进行解码，向接收缓冲发送解码后的消息：CAN协议内核的另外一个功能是根据CAN协议在CAN总线上传送信息［1，2］。

　　CAN通信模块的设计

　　基于CAN总线的通讯模块，要担负至少两个方面的任务：一是支持现场操作，包括数据采集、人机对话等；二是与上级节点进行数据交互，作为网络测控系统的底层设备。

　　CAN通信模块主要由DSP、CAN控

　　制器、CAN收发器、光电隔离电路、存储设备、I/O等构成。其中DSP和CAN总线控制是核心部分。

　　TMS320F2812内带CAN控制器，使整个电路的外围设计简单化，可靠性也得到提高。考虑到CAN总线数据传输的高速率和抗干扰性，CAN通信方案做了如下几方面设计：DSP的CANRX和CANTX先通过74LVC04A进行3.3 V与5 V的电平匹配，然后再通过高速光隔TLP113与TJA1050连接，实现了总线的电气隔离;采用了TJA1050作为驱动器代替以往的82C250，TJA1050的优点是完全符合ISO 11898标准;高速率最高达1Mbit/s;电磁抗干扰性能好;不上电的节点不会对总线造成扰动;输出驱动器受到温度保护;至少可以连接110个节点。数字电源VCC和GND是用小功率隔离模块DC/DC进行一次隔离后得到的，增加了通信的抗干扰能力.CAN通信接口电路如图3所示［3］。

　　软件设计

　　软件设计部分主要是各种数据采集和控制程序，以及CAN的通信程序［4］。CAN的通信程序主要包括初始化子程序、发送子程序、接收子程序以及总线异常处理子程序。

　　初始化程序设计主要设置CAN控制器的通信参数。初始化的工作主要包括：工作方式设置、基本参数设置、接受屏蔽寄存器和接受掩码寄存器的设置等首先进行CAN总线的初始化，若不通，进行故障诊断并向用户打印出错信息。

　　发送子程序先将所需发送的数据打包成符合CAN协议的帧格式，再写入缓存区，最后发送出去。数据包中的数据部分可以由1个字节到8个字节不等。在发送之前必须先查询上次是否已发送完毕。

　　结束语

　　船舶机舱智能监控系统是一个功能强大的监控网络，成功地解决了监控系统中数据传输瓶颈和数据冲突、数据同步等一系列问题，具有良好的实时性和稳定性，结构简单，集成度高，易扩展，易操作。基于这种方式的监控系统是船舶智能监控系统的重要发展方向。