基于CAN總線船舶數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、船舶工業(yè)是為水上交通、海洋開發(fā)和國防建設(shè)等行業(yè)提供技術(shù)裝備的現(xiàn)代綜合性產(chǎn)業(yè)。為了建設(shè)海洋強(qiáng)國，關(guān)鍵在于提高船舶自動化技術(shù)水平。船舶機(jī)艙監(jiān)控報警系統(tǒng)作為船舶自動化的重要組成部分，它能夠自動對主機(jī)及輔助設(shè)備的運行狀況進(jìn)行監(jiān)測并進(jìn)行聲光報警。一方面可以確保船舶安全、穩(wěn)定行駛，另一方面可以起到提醒船上人員的作用。本文設(shè)計并實現(xiàn)的船舶機(jī)艙數(shù)據(jù)采集模塊就是屬于全分布式船舶機(jī)艙監(jiān)控報警系統(tǒng)的一部分，為其底層，也是關(guān)鍵的一層。
　　船舶機(jī)艙數(shù)據(jù)采

2、集模塊是具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、運算控制和數(shù)據(jù)輸出等功能的現(xiàn)場智能設(shè)備。本文以STM32F107VC為主控制器，采用雙路冗余CAN總線設(shè)計并實現(xiàn)了開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、熱電阻信號輸入以及熱電偶信號輸入模塊，CAN總線通信協(xié)議采用應(yīng)用層CANopen協(xié)議，且遵循海事電子設(shè)備CANopen框架。CANopen協(xié)議對船上數(shù)據(jù)傳輸內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)定義，且被廣泛應(yīng)用于船舶自動化領(lǐng)域。
　　根據(jù)總體設(shè)計方案，對各個船舶數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行設(shè)計與實

3、現(xiàn)。主控處理器采用STM32F107VC，CAN收發(fā)器采用TJA1050，之間用ADUM1201芯片進(jìn)行光電隔離，以實現(xiàn)抗干擾。首先在Altium Designer開發(fā)環(huán)境下設(shè)計了開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、RTD信號輸入以及熱電偶信號輸入采集模塊。開關(guān)量輸入采集模塊實現(xiàn)了16路數(shù)字信號的采集和輸出，開關(guān)量輸出模塊實現(xiàn)了8路繼電器常開、常閉功能。RTD信號輸入采集模塊采用集成RTD數(shù)字轉(zhuǎn)換器的MAX31865、熱電偶輸入采集模塊采用K型熱電

4、偶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器MAX6675，都實現(xiàn)了將模擬信號的溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并通過SPI串行總線傳輸給主控制器，進(jìn)而實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、傳輸?shù)墓δ堋?br>　　然后，在Keil uVision4軟件開發(fā)環(huán)境下對各個采集模塊編寫程序，實現(xiàn)各模塊的數(shù)據(jù)采集以及通信等功能。通訊協(xié)議采用基于CAN總線的上層應(yīng)用協(xié)議CANopen協(xié)議，包括對象字典、心跳報文、通訊參數(shù)SDO/PDO以及遵循海事電子設(shè)備CANopen框架協(xié)議的冗余PDO的傳輸、活躍總線的切換等。