基于CAN總線的封閉艙室大氣環(huán)境集中監(jiān)測系統(tǒng)的研究.pdf

1、潛艇艙室是人員、武備、設備高度集中的密閉空間，隨著新型動力的采用，大氣的污染已成為影響潛艇水下續(xù)航能力的重要因素之一。美國自1962年已將居住性從動力、武備、觀通等諸多因素排序最后一位提高到了第二位，居住性的主要內(nèi)容是大氣質(zhì)量。改善潛艇的居住性，必須采取措施對艙室空氣進行凈化和治理，對主要氣體污染成分進行準確測量是采取凈化措施必須首先解決的問題。同時由于潛艇艙室具有空間有限、密閉等特點，特別是在作戰(zhàn)狀態(tài)下，在長時間水下航行，不能浮到水面

2、進行氣體和污染物的排放。 當前我國潛艇存在以下缺點和弊端：大氣環(huán)境分析儀、濾器、智能溫和濕度傳感器的布置分散，不利于操作人員的管理和操控；報警系統(tǒng)不集中，儀器在發(fā)生故障或是氣體濃度超標后不能及時反映到操作人員那里，為事故的發(fā)生埋下了隱患；不能夠?qū)x器的數(shù)據(jù)進行管理和存儲，不利于操作和管理人員分析儀器的工作規(guī)律和大氣濃度的對時間的規(guī)律，不方便對儀器的調(diào)試和數(shù)據(jù)分析。為了保證潛艇和艇員戰(zhàn)斗力、潛艇人員的安全和潛艇潛航能力，在潛艇內(nèi)部

3、實現(xiàn)基于CAN總線的對大氣環(huán)境的集中監(jiān)測管理，在原來的基礎上增加數(shù)據(jù)集中復示功能、故障集中報警功能、數(shù)據(jù)集中管理、存儲和上傳功能，是目前我國潛艇自動化發(fā)展的當務之急。 本文首先詳細闡述潛艇大氣監(jiān)測系統(tǒng)的主要任務、功能模塊、總體設計方案以及其對軟硬件的要求。大氣環(huán)境集中監(jiān)測系統(tǒng)基于現(xiàn)場總線CAN來構建，基于CAN總線來實現(xiàn)各個大氣分析儀與主機之間的通訊，通過選擇合適的支持CAN總線的相關器件來構建復示儀的硬件系統(tǒng)，然后開發(fā)專用的系

4、統(tǒng)軟件來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)和儀器運行狀態(tài)顯示、故障檢測以及實時報警等功能。通過可行性分析得到大氣環(huán)境集中監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)在技術上和硬件上均是可行的。 硬件是監(jiān)測系統(tǒng)的基礎和核心部分，課題在實現(xiàn)所有功能的前提下本著低成本的原則對一些重要硬件進行了設計。考慮系統(tǒng)構建成本，開發(fā)周期，以及Q系統(tǒng)的實際工作環(huán)境狀況，系統(tǒng)采用加固計算機來實現(xiàn)集中顯示裝置。為實現(xiàn)濾器的集中顯示和管理，考慮設備的延續(xù)性和設備更新的成本和開發(fā)周

5、期，設計專門的濾器信息采集單元來完成濾器的信息采集。為方便信號的采集，體現(xiàn)以艙室為單元進行信息采集的設計思想，同時考慮系統(tǒng)布線的方便和美觀，開發(fā)總線集線器來優(yōu)化系統(tǒng)的總線拓撲結構。大氣監(jiān)測系統(tǒng)基于CAN總線來構建，底層協(xié)議采用CAN2.0B，由于監(jiān)測系統(tǒng)屬于不太復雜CAN總線的控制網(wǎng)絡，故采用iCAN協(xié)議作為系統(tǒng)的高層協(xié)議，在iCAN協(xié)議下實現(xiàn)CAN報文的分配，數(shù)據(jù)的采集和對傳感器的控制。 軟件系統(tǒng)的開發(fā)體現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)越性，監(jiān)