一種基于can總線的雙燃料船舶分布式監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于CAN總線的雙燃料船舶分布式監(jiān)控系統(tǒng)，用于實(shí)時(shí)監(jiān)視并控制多臺(tái)柴油/LNG雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著嵌入式技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展，分布式監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛。柴油/LNG雙燃料船舶加裝ECU的同時(shí)，需要一套監(jiān)控系統(tǒng)作為人機(jī)交互的接口來對(duì)電控系統(tǒng)提供可視化支持。
[0003]CAN總線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性好、通信速率高，具有基于優(yōu)先權(quán)的多主工作方式，非破壞性的基于線路競(jìng)爭(zhēng)的仲裁機(jī)制等特點(diǎn)，當(dāng)傳輸距離為40m時(shí)，最大傳輸速率可達(dá)IMb/s，作為上、下位機(jī)的“橋梁”，實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)間實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)通信任務(wù)。
[0004]本發(fā)明涉及的雙燃料船舶分布式監(jiān)控系統(tǒng)基于CAN總線技術(shù)，支持J1939、CCP等協(xié)議，可選擇通用標(biāo)準(zhǔn)或?qū)Ｓ脜f(xié)議。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提出一種便攜、可靠、通用的雙燃料監(jiān)控系統(tǒng)，能夠克服現(xiàn)有系統(tǒng)在人機(jī)交互方面的不足，同時(shí)便于發(fā)動(dòng)機(jī)ECU前期標(biāo)定測(cè)試和后期維護(hù)運(yùn)行。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種基于CAN總線的雙燃料船舶分布式監(jiān)控系統(tǒng)，包括設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)上的傳感器以及執(zhí)行器、由掛載于CAN總線的上機(jī)位HMI和設(shè)置在機(jī)艙內(nèi)的下機(jī)位ECU ;所述的下機(jī)位ECU與對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)之間通過傳感器進(jìn)行信號(hào)傳輸；所述的E⑶接收的信號(hào)通過CAN總線傳輸至上位機(jī)HMI ;所述的上位機(jī)HMI通過其上的通信接口將數(shù)據(jù)導(dǎo)出。
[0007]進(jìn)一步的說，本發(fā)明所述的下位機(jī)E⑶包括帶有CAN控制器的MCU以及CAN總線收發(fā)器；所述的MCU內(nèi)部集成有兩個(gè)CAN總線協(xié)議控制器；所述的兩個(gè)CAN總線協(xié)議控制器的其中一個(gè)總線協(xié)議控制器作為監(jiān)控主信道；兩個(gè)CAN總線協(xié)議控制器中的另一個(gè)總線協(xié)議控制器在開發(fā)測(cè)試階段，作為標(biāo)定及Bootloader信道使用；在正常運(yùn)行階段則作為監(jiān)控備用信道使用。所述的MCU通過串行數(shù)據(jù)輸出引腳和串行數(shù)據(jù)輸入引腳與CAN總線收發(fā)器連接。
[0008]本發(fā)明所述的上位機(jī)HM上的通信接口包括以太網(wǎng)、RS232/485或USB接口 ；所述的傳感器包括:轉(zhuǎn)速傳感器、排氣溫度傳感器、水溫傳感器、燃?xì)鉁囟葌鞲衅鳌⑷細(xì)鈮毫鞲衅?、氣化溫度傳感器、?chǔ)罐壓力傳感器、儲(chǔ)罐液位傳感器和可燃?xì)怏w濃度傳感器；所述的執(zhí)行器包括冷卻風(fēng)扇、噴氣閥、排空閥和油門拉線。
[0009]本發(fā)明的組態(tài)是HMI上電開機(jī)后的操作界面，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的窗口，操作人員通過其可以直觀地監(jiān)視和控制發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行。組態(tài)共設(shè)計(jì)有主界面、安防監(jiān)控、表盤顯示、歷史曲線等六個(gè)窗口。后臺(tái)程序的任務(wù)是數(shù)據(jù)管理、通信控制和交互處理，HMI通過CAN自定義協(xié)議來接收監(jiān)視數(shù)據(jù)和發(fā)送控制命令。
[0010]上位機(jī)HMI設(shè)計(jì)應(yīng)用EV5000組態(tài)編輯軟件，下位機(jī)E⑶程序基于模型設(shè)計(jì)(MBD)自動(dòng)生成代碼后下載到單片機(jī)中。上位機(jī)HMI由外部24V蓄電池供電，下位機(jī)ECU由外部12V蓄電池供電，內(nèi)置電源管理模塊，以對(duì)電壓進(jìn)行監(jiān)視，并作出修正。
[0011]本發(fā)明具有如下功能:
[0012]顯示功能:實(shí)時(shí)顯視示發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)、性能指標(biāo)；
[0013]監(jiān)視功能:在線自動(dòng)監(jiān)視數(shù)據(jù)范圍，超上下限閃爍，火災(zāi)報(bào)警；
[0014]控制功能:手動(dòng)進(jìn)行模式切換、風(fēng)扇開關(guān)及緊急停機(jī)等觸摸控制；
[0015]記錄功能:運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)記錄和歷史數(shù)據(jù)保存。
[0016]本發(fā)明除了對(duì)燃?xì)鉁囟?、燃?xì)鈮毫Α⑺矔r(shí)氣量、氣化溫度、儲(chǔ)罐溫度、儲(chǔ)罐壓力等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和超限值閃爍提醒外，還設(shè)置了燃?xì)鈿饬肯拗萍叭細(xì)庑孤﹫?bào)警功能。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:監(jiān)控系統(tǒng)為整套電控系統(tǒng)提供可視化支持，實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)用性、可操作性和安全性；CAN總線在船舶領(lǐng)域內(nèi)的擴(kuò)展應(yīng)用，推進(jìn)了分布式監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0019]圖1為監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)；
[0020]圖2為CAN總線收發(fā)器原理圖；
[0021]圖3為監(jiān)視數(shù)據(jù)接收流程；
[0022]圖4為控制命令發(fā)送流程；
[0023]圖5為ODT#3發(fā)送模型；
[0024]圖6為燃?xì)庑孤秷?bào)警Stateflow邏輯。
【具體實(shí)施方式】
[0025]現(xiàn)在結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
[0026]如圖1所示，監(jiān)控系統(tǒng)硬件由傳感器、執(zhí)行器、由掛載于CAN總線的上位機(jī)HMI和機(jī)艙內(nèi)的下位機(jī)E⑶四部分構(gòu)成。上位機(jī)HMI設(shè)計(jì)應(yīng)用EV5000組態(tài)編輯軟件。下位機(jī)ECU程序基于模型設(shè)計(jì)(MBD)自動(dòng)生成代碼后下載到單片機(jī)中。通信數(shù)據(jù)采用擴(kuò)展幀類型數(shù)據(jù)幀格式，下位機(jī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以廣播方式發(fā)送，即網(wǎng)絡(luò)上每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以收到數(shù)據(jù)，對(duì)于不需要這些數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)，通過設(shè)置屏蔽碼寄存器予以屏蔽。為了便于快速原型開發(fā)(RCP)，目標(biāo)系統(tǒng)針對(duì)飛思卡爾32位單片機(jī)MPC5634配置，自定義底層驅(qū)動(dòng)塊在Matlab/Simulink中利用C-MEX S函數(shù)和TLC文件編寫，封裝S-Funct1n后添加到Libraries供建模調(diào)用。
[0027]下位機(jī)通信電路包含兩個(gè)芯片:帶有CAN控制器(FlexCAN)的MCU和CAN總線收發(fā)器(TJA1050)。其中MCU負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集與處理，完成初始化等特定功能；CAN控制器(FlexCAN)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收等通信任務(wù)。MCU內(nèi)部集成了兩個(gè)CAN總線協(xié)議控制器(FlexCAN)，每個(gè)FlexCAN都支持CAN2.0B協(xié)議，功能互不影響。FlexCAN_A擁有64個(gè)消息緩沖區(qū)，作為監(jiān)控主信道使用，F(xiàn)lexCAN_C擁有32個(gè)消息緩沖區(qū)，在開發(fā)測(cè)試階段，作為標(biāo)定及Bootloader信道使用，在正常運(yùn)行階段則作為監(jiān)控備用信道使用。CAN總線收發(fā)器TJA1050是CAN控制器與物理總線之間的接口元件，實(shí)現(xiàn)對(duì)CAN總線的差動(dòng)發(fā)送和接收功能，并且與ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)兼容。CAN總線收發(fā)器TJA1050電路原理圖如圖2所示。CAN協(xié)議控制器通過MCU的串行數(shù)據(jù)輸出引腳TXD和串行數(shù)據(jù)輸入引腳RXD連接到收發(fā)器，而收發(fā)器則通過引腳CAN_H和CAN_L連接到總線網(wǎng)絡(luò)。TJA1050使用額定5V電源供電。參考電壓Vref輸出一個(gè)Vcc/2的額定電壓。端口 S用于模式控制，將其接地則進(jìn)入工作模式。收發(fā)器與CAN總線并不直接相連，而是采取了一定的安全和抗干擾措施。CAN_H和CAN_L與地之間并聯(lián)了一個(gè)“31型”濾波電路，而在兩根CAN總線引腳與地之間還分別接了一個(gè)瞬態(tài)抑制二極管。
[0028]HMI組態(tài)是上