基于CAN总线的船舶机舱智能监控系统的研究

论文摘要

近年来，随着计算机、通信、网络、控制等技术的发展，现场总线技术越来越多地被应用在船舶自动化控制系统中，船舶机舱监控系统正经历着一场从集散式分布系统到现场总线控制系统转变的技术改革。本文研究的出发点正是基于探索国内外船舶机舱监控系统的最新发展趋势，研究了基于CAN总线的船舶机舱智能监控系统。论文首先在前人的基础上，分析了船舶机舱监控系统的发展趋势和现状，介绍了现场总线技术在船舶机舱自动化系统中的应用。在介绍了几种典型的现场总线技术之后，总结了CAN总线的优势，并分析了CAN总线通信协议。根据船舶机舱监控系统的功能要求，提出了一种基于CAN总线的监控系统的设计方案，并对其特点进行了说明。论文设计了基于CAN总线的数据测控节点，节点微处理器采用的是功能强大的C8051F040单片机，并详细介绍了节点硬件和软件的设计，尤其是CAN通信程序的设计。智能数据分析功能是船舶机舱监控系统向智能化方向发展的重要体现。针对船舶柴油机这一复杂系统的故障诊断，论文提出将改进的粒子群优化算法与模糊神经网络故障诊断模型相结合，对其参数进行优化训练。通过对船舶柴油机智能故障诊断系统的仿真研究，与传统的基于BP算法学习训练的模糊神经网络相比较，论文得到了更为准确的故障诊断结果，提高了故障诊断的泛化能力，克服了BP算法的不足，表明了论文工作的有效性和可行性。论文最后利用Visual C++设计了一套基于数据库的多形态监控软件，详细介绍了权限管理、实时监控、数据库管理等模块，并创造性地把基于粒子群优化算法的智能数据处理方法集成在系统上位机监控软件中，实现了船舶柴油机燃烧系统的在线故障诊断功能。基于CAN总线的船舶机舱智能监控系统功能强大，可靠性高，有利于船舶自动化水平的提高，可以大幅度降低系统设计难度和成本，有效降低船员的劳动的强度，具有很好的应用潜力和市场前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• Contents
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.2 船舶机舱监控系统的发展与现状
• 1.3 现场总线技术在船舶机舱监控系统中的应用
• 1.4 智能数据处理方法在船舶机舱监控系统中的应用
• 1.5 本文的主要内容
• 第2章 CAN 总线技术
• 2.1 几种典型的现场总线
• 2.2 CAN 总线优势
• 2.3 CAN 总线通信协议与分析
• 2.3.1 报文传输
• 2.3.2 报文滤波、校验与编码
• 2.3.3 错误处理与故障界定
• 2.4 本章小结
• 第3章 船舶机舱监控系统总体设计方案
• 3.1 系统功能
• 3.2 系统的总体设计方案
• 3.3 本系统特点
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于 CAN 总线的数据测控节点设计
• 4.1 测控节点硬件设计
• 4.1.1 C8051F040 单片机
• 4.1.2 模拟量测量电路
• 4.1.3 开关量测量电路
• 4.1.4 CAN 总线接口电路
• 4.1.5 CAN 适配器
• 4.2 测控节点软件设计
• 4.2.1 主程序设计
• 4.2.2 A/D 转换程序设计
• 4.2.3 CAN 通信程序设计
• 4.3 本章小结
• 第5章 基于粒子群优化算法的智能数据处理方法
• 5.1 船舶柴油机故障诊断
• 5.1.1 船舶柴油机故障性质和诊断过程
• 5.1.2 船舶柴油机故障诊断特征参量
• 5.2 模糊神经网络
• 5.2.1 模糊理论
• 5.2.2 人工神经网络
• 5.2.3 典型模糊神经网络结构
• 5.3 粒子群优化算法
• 5.3.1 粒子群优化算法原理
• 5.3.2 改进的粒子群优化算法
• 5.4 基于粒子群优化算法的 FNN 船舶柴油机故障诊断
• 5.4.1 基于 FNN 的船舶柴油机故障诊断模型
• 5.4.2 基于 WCPSO 优化的 FNN 船舶柴油机故障诊断仿真实验
• 5.5 本章小结
• 第6章 上位机监控软件设计
• 6.1 监控软件功能概述
• 6.1.1 开发工具选择
• 6.1.2 监控软件主要功能
• 6.2 上位机软件具体设计
• 6.2.1 系统登录模块
• 6.2.2 参数配置模块
• 6.2.3 综合报警模块
• 6.2.4 实时监控模块
• 6.2.5 数据库功能模块
• 6.3 智能数据处理方法的应用
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 大摘要