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嵌入式船舶主动力监控系统 |
研发单位：中国船舶重工集团公司第七一一研究所
主要亮点：将嵌入式系统引入船舶主动力监控系统，大大提升了船舶主动力监控系统的技术含金量，提高了船舶主动力系统的标准化、模块化、系列化程度，提高了系统的网络化、信息化水平，同时也大大提高了系统的人机交互友好性。
嵌入式船舶主动力监控系统
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船舶主动力系统是全船的心脏，担负着驱动船舶的作用，而为了保证主动力系统的正常运行，对其施行监控也变得日益重要。以往由于技术的限制，很难实现实时监控。但现在随着嵌入式技术的发展，这一大难题也迎刃而解。
以嵌入式技术为基础，通过嵌入式主机、人机交互界面、智能网关、智能模块、智能图像采集终端等设备，构建了内在的监控系统，对主机的启动、停机、换向等提供安全保障，同时对主动力推进装置实施监测、报警、数据存储、屏幕显示、故障诊断、管理等。使船员及时了解主动力运行和故障情况，减轻了船员劳动强度，提高了整体的现代化水平。 |
项目介绍
随着船舶主动力系统日趋复杂，船舶主动力监控系统的要求也越来越高。
新型的船舶主动力监控系统是以双环冗余工业以太网及工业现场总线为网络基础，结合嵌入式双冗余主机系统、工业以太网交换机、网关（现场总线与以太网转换）、智能人机交互系统、智能图像监控采集终端、现场数据采集终端等嵌入式网络设备和智能模块构成的对船舶主动力系统（包括柴油机、燃气轮机、推进电机等及附件）进行监控的网络系统。
本项目下的产品主要包括船用嵌入式人机交互系统、基于嵌入式系统的以太网的船用智能网关、基于以太网的船用远程图像采集终端、标准显控台软硬件、标准嵌入式智能模块软硬件等产品。
1 、船用嵌入式人机交互系统
船用嵌入式人机交互系统支持 CRT 及 TFT ，最大分辨率可达 800*600 ，可以在触摸屏上进行监测、报警、控制等操作。
船用嵌入式人机交互系统具体技术参数如下：
显示接口支持 CRT 及 TFT ，最大分辨率可达 800*600
主频 300MHz ，鳞状无源散热片
在板内存最大可达 128M
2 个光电隔离的 CAN Bus 接口，内在模式访问。地址和中断软件可配置。
两个 10/100BaseT 以太网接口
2 个 RS232 接口
支持板 DOC 插座（高达 1GB ）， CF 卡
工作温度： -25 摄氏度；
相对湿度： 5~95%
贮存温度： -55 摄氏度 ~ +85 摄氏度
电源要求： +5V （ 5% ）， PC104 总线供电
支持 Windows CE
触摸屏具体指标如下：
显示面向： 6.4 寸。
电源：主板直接供电
工作温度： -10~50 摄氏度
相对湿度： 35 摄氏度 90%RH ，可持续 240 小时
贮存温度： -40~ +71 摄氏度
显示分辨率： 640*480 像素，增强色 16 位
接口： TFT 接口
机械尺寸： 265.0*195.0* 11.5mm (max)
2 、基于嵌入式系统的以太网的船用智能网关
基于嵌入式系统的以太网的船用智能网关，采用 200Mhz 的 ARM920T 内核的 EP9315 处理器。主机板为 PC104 结构，整个硬件电路由以太网通讯电路、 CAN 总线通讯电路、智能控制器、数据缓冲器四部分组成，支持以太网和 CAN 总线之间的数据交互。
船用智能网关的主要功能为：
有两个 CAN 总线接口和一个以太网 RJ45 接口，进行 CAN 总线与以太网之间的协议转换。
当两个 CAN 总线接口连接同一设备层 CAN 总线时，两者互为备份，以双冗余方式操作。
当两个 CAN 总路线接口连接不同设备层 CAN 总线时，同时作两条 CAN 总线与以太网之间的协议转换，进行双向通讯。
通过 TCP/IP 协议与高层管理系统连接。
支持 32 位、多线程、多任务的嵌入式实时操作系统 WindowsCEnet 。
具有灵活的电源管理功能，即使系统突然断电，也不会造成不良影响。
WindowsCE.net 拥有良好的通信能力，广泛支持各种通信硬件，支持串口、以太网等多种连接方式。
满足 95% 的硬实时系统的要求，它 1ms 定时周期的误差约为 100us ，在 200MHz 下可达到 50us 。
具体技术参数如下：
CPU ： CIRRUS LOGICEP （ 9315 ）
主频 200MHz
显示接口支持 CRT 及 TFT ，分辨率： 640*480 。
在板内存：
SDRAM ： 32/64MB
FLASH ： 62MB
操作系统： WinCE
以太网接口： 10/100BaseT
CAN Bus 接口： 10K/ 1M
DOC ： 32MB
工作温度： -10 摄氏度 ~ -50 摄氏度；
相对湿度： 5 ~95%
贮存温度： -55 摄氏度 ~85 摄氏度；
电源要求： +5V （ 5% ）， PC104 总线供电
3 、基于以太网的船用远程图像采集终端
远程网络实时图像采集终端采用全数字化、网络化解决方案，将视、音频和控制数据的编码、压缩、传输、管理、存储等全部环节建立在网络平台上，采用标准的 TCP/IP 协议，功能强大、组网灵活。支持镜头控制、浏览画面，可满足不同工作条件对监控设备响应时间的要求。实现了基于互联网的远程数字化监控，可极大拓展视频监控应用领域。
具体技术参数如下：
内置 26 倍光学变焦和自动聚焦镜头，可进行 P/T/Z 控制；
在所有光照环境下均可使用，室内外均可；
可同步传输高清晰的 M-JPEG 和 MPEG-4 视频流；
多种图像解析度可选，最高可达 768-576 ， 25 帧 / 秒 PAL 制式， 30 帧 / 秒 NTSC 制式
可提供双向音频及两路报警输入和三路报警输出。
4 、标准显控台软硬件
显控台由台体、监控计算机（半加固 PC 机）、液晶显示屏、键盘以及轨迹球等部分组成。具有网络接入、网络管理、显示、报警、打印、数据记录、授权控制等功能。
5 、标准嵌入式智能模块软硬件
采用 Philips 公司的 Lpc2129 为微控制器，研制了具有成本低、可靠性高、灵活性好的各种不同类型的符合“三化”原则的标准嵌入式智能模块。
包括： CPU 模块：以嵌入式 LPC2129 为核心，具有 2 路 CAN 接口及 32 路 I/O 接口。
继电器输出模块： 24 路继电器输出模块，解点容量： 24V ， 2A 。
开关量输入模块： 32 路光电隔离数字量输入，输入电平： 24V
模拟量输入模块： 24 路 4~20mA/O~10 复用的模拟量输入。
热电阻输入模块： 16 路 PT~100 热电阻三线制输入。
热电偶输入模块： 24 路带补偿的镍铬镍硅 K 型热电偶信号采集及处理模块。应用前景与效益
将嵌入式系统引入船舶主动力监控系统将大大提升船舶主动力监控系统的技术含金量，提高船舶主动力系统的标准化、模块化、系列化程度；降低成本，提高性能价格比；提高系统的实时性和可靠性；提高系统的网络化、信息化水平；同时大大提高系统的人机交互友好性。
本课题研制的设备，部分经过产品化后，已开始在各类船舶上应用，如主动力遥控模块、标准显控台和智能网关等；部分将在新承接的各类船舶上应用，如基于以太网的船用远程图像采集终端、标准嵌入式智能模块等。
嵌入式船舶主动力监控系统的研制将逐渐提升上海造船业发展的水平和船舶主动力监控系统市场竞争力。