毕业设计--船舶电力推进电机监测系统

I 摘要摘要 船舶电力推进系统在近代船舶的生产得到广泛的应用，而船舶电 机可靠、安全的运行在整个船舶电力推进系统中起着至关重要的作用。 本设计的船舶电力推进电机监测系统是通过对原动机即船舶电机 各种状态量的监测，及时进行数据采集，准确的测量电机的定子电压、 定子电流和电机温度，通过对采集量有效值的分析，做到及时的、准 确的了解电机的运行状态，从而做到及时发现问题，及时解决问题。 保证船舶电力推进系统的安全、可靠地运行。 本设计的硬件部分主要由主控芯片、数据采集、显示部分、报警 部分、电源部分和通讯部分组成。本设计采用 AT89C51 为主控芯片， 通过主控芯片与各部分硬件电路的连接及软件部分的编程，实现对电 机的实时监测。 关键词 ：船舶 电力推进系统 电机 AT89C51 数据采集 II Abstract Shipping electric propulsion system of production in modern ships are widely used, and shipping motor reliable, safe operation of electric propulsion system in the whole ship plays a vital role. This design of ship electric propulsion motor monitoring system is based on various state prime mover namely ship motor in the amount of monitoring, data acquisition, accurate measurements motor stator voltage, stator currents and the motor temperature, through the analysis of the RMS collection capacity, be a timely, accurate understanding motor operation state, thus achieve the timely discovery problem, timely solve the problems. Ensure the vessels electric propulsion system of safe, reliable operation. This design hardware parts include the main control chip, data acquisition, display section, alarm parts, power supply part and communications parts. The design uses AT89C51 as the controller chip, through the main control chip and each part of the connection hardware circuit and the software programming, realize the part of real-time monitoring of the motor. Keywords ：ship electric propulsion system motor AT89C51 data collection. I 目录 摘要.I ABSTRACT.II 第 1 章 绪论.1 1.1 设计的背景及意义.1 1.2 国内外船舶电力推进系统发展情况.2 1.3 本设计的主要工作.2 第 2 章 船舶电力推进电机监测系统.4 2.1 船舶电力推进电机监测系统结构.4 2.2 信号采样及有关算法.5 2.2.1 采样定理.5 2.2.2 信号采样测量方法的比较.6 2.2.3 采样信号的算法.6 2.3 传感器选择.7 2.3.1 温度传感器的选择.8 2.4 互感器的选择.9 第 3 章 系统总体结构和硬件设计.10 3.1 系统总体结构方案设计.10 3.1.1 系统设计要求及总体结构框图.10 3.1.2 系统总体结构方案设计.12 3.2 主控芯片及接口电路设计.14 3.2.1 主控芯片的选择.14 3.2.2 看门狗电路.15 3.3 信号采集调理电路设计.17 3.3.1 电流信号的采集及调理电路.17 3.3.2 电压信号的采集及调理电路.18 3.3.3 温度信号的采集及调理电路.19 II 3.4 A/D 转换模块设计.21 3.4.1 A/D 转换器主要性能 .21 3.4.2 AD 转换器的选择 .22 3.4.3 本设计的 AD 转换电路 .22 3.5 显示单元设计.24 3.5.1 显示器的选择.24 3.5.2 LCD 的选择.24 3.5.3 12864 液晶显示器.25 3.6 通信单元设计.26 3.6.1 本设计的通信电路.26 3.7 报警单元设计.28 3.7.1 本设计的报警电路.28 3.8 系统供电模块设计.29 第 4 章 船舶电力推进电机监测系统软件设计.31 4.1 系统整体软件流程.31 4.2 数据采集部分.33 4.2.1 电压信号采集程序流程图.33 4.2.2 电流信号采集程序流程图.34 4.2.3 温度信号采集程序流程图.35 4.3 显示单元软件设计.35 4.4 报警单元软件设计.36 4.5 通信单元软件设计.37 第 5 章 系统抗干扰措施.39 5.1 干扰产生的原因及危害.39 5.2 本设计的抗干扰措施.39 第 6 章 仿真部分.1 6.1 电流采样及调理电路的仿真.1 6.2 电压采样及调理电路的仿真.2 6.3 电源电路的仿真.3 6.4 报警电路的仿真.6 III 结论.1 致谢.2 参考文献.3 附录.5 1 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 设计的背景及意义 船舶电力推进系统作为船舶电力系统的核心组成部分，其主要由 推进电动机、电力系统、螺旋桨装置和变速控制装置四个部分组成。 目前在世界各国最流行的电力推进方式即是吊舱式推进方式，它主要 由吊舱和推进器组成。未来的发展趋势是对转螺旋桨应用在船轴上的 节能新技术，它可以改善空泡性能。由于其具有较好的操纵性，且对 于相同的推力要求，对转螺旋桨降低了单个浆所承受的负荷，因而改 善了螺旋桨的效率。由于对转螺旋桨的这些优点，其在未来的船舶中 将会得到广泛的应用。随着船舶电力推进技术越来越完善，该技术在 我们国内的应用也越来越广泛。由于船舶电力推进系统优于以前的机 械推进系统，所以对船舶电力推进系统的研究无论对民用船舶还是军 事用的船舶都有十分重要的意义。随着科技的进步、工业的发展以及 民用和军事上对船舶的要求越来越高，船舶复杂程度越来越高。这种 情况使得船舶电力推进系统的可靠性与灵活性也越来越重要。 原动机的运行状态关系到整个船舶电力推进系统的可靠性和灵活 性。及时地掌握电机的各种运行状态，包括定子电压、定子电流以及 电机温度，对船舶电力推进系统可靠运行、防止系统事故的发生具有 重要的意义。 本设计船舶电力推进电机监测系统是以预防为主的科学管理为基 础，通过对电机即原动机各种状态量的测量，将数据传送到主芯片进 行分析与计算，将分析与计算的结果传送到上位机，这样就能准确的 反映出电机当前的各种运行状态，使监控人员能能及时准确的把握电 机的运行情况，减少维护与检修的工作量。本设计能够及时准确的测 量电机的各种不正常运行状态，包括过电压、欠电压、不平衡以及过 电流、温度过高，使得监控人员能及时的处理各种险情，从而做到防 患于未然，保证船舶电力推进系统的可靠运行。 2 1.2 国内外船舶电力推进系统发展情况 本设计是根据对船舶电力推进系统要求的提高以及我们国内船舶 电力推进系统的发展情况进行的设计。 目前，国内对船舶电力推进系统的研究已有很大的进步，但是由 于我国船舶电力推进系统的研究起步比较晚，使得我国这方面的技术 较发达国家还有一定的差距。虽然我国的船舶以应用此类技术，但是 核心技术仍然需要从国外进口。不过以上情况随着我国对航运越来越 重视、经济的不断发展会逐渐消失。因此我们在引进外国的技术的同 时还应该对这些技术进行吸收和消化，争取使我国在船舶电力推进系 统研究方面占据重要地位。 国外，1986 年，由美国海军最早提出了船舶综合电力系统，这也 就是船舶电力推进系统的初期概念，因此在关于船舶电力推进系统的 研究上美国始终占据首要位置。这也使得美国在这方面的技术比较成 熟。在未来的发展方面是对螺旋桨应用在船轴上的节能新技术。 因此，本设计根据国内外对船舶电力推进系统已有的一些研究进 行设计，主要是针对船舶电机各运行状态的监测，从而能及时准确的 了解船舶电力推进系统的工作情况。 1.3 本设计的主要工作 本设计是一种经济、切实有效的船舶电力推进电机监测系统，主 要针对电机的各种运行状态。对电机的电压、电流、温度进行测量， 并对测量结果进行分析，然后采取相应的措施。主要工作如下： 1根据本设计要求选取电压、电流、温度等参数作为系统的监 控对象，并通过设计要求选择所需传感器、互感器。从而实现对船舶 电机的监测； 2对硬件整体方案进行了设计，完成了船舶电力推进电机监测 系统整体构架的设计及各个部分的硬件电路； 3对软件方面进行了设计； 4对硬件、软件上提出一些抗干扰措施； 3 第第 2 章章 船舶电力推进电机监测系统船舶电力推进电机监测系统 2.1 船舶电力推进电机监测系统结构 船舶电力推进电机监测系统示意图如图 2-1-1 所示： M A 相 B 相 C 相 监测系统 电动机 接触器 采样电路调理电路 图 2-1-1 船舶电力推进电机监测系统示意图 如图 2-1-1 所示，本设计的监测系统采集的数据是电机的三相电 压和电流，监测系统将采集来的信号送到单片机进行分析和计算，以 此来判断电机的运行状态。 本设计的监测系统的结构框图如图 2-1-2 所示： 本设计的结构框图主要包括五个部分：信号采集单元、数据处理 单元、显示单元、报警单元和通信单元。其中信号采集单元主要工作 是对监测信号的采集，包括电机的电压、电流和温度。数据处理单元 主要工作是对信号采集单元采集来的信号进行转换、计算和分析。显 示单元的主要工作是将数据处理单元的处理结果进行显示。报警单元 的主要工作是当数据处理单元发现采集来的信号有问题时对工作人员 进行报警提醒。通信单元主要工作是将处理过的数据进行保存，便于 4 以后的使用。 电压采集 电流采集 温度采集 单片机 液晶显示 上位机 信号采集单元 数据处 理单元 显示单元 通信单元 蜂鸣器 报警单元 船 舶 电 力 推 进 系 统 AD转换器 图 2-1-2 船舶电力推进电机监测系统结构框图 本设计通过以上几个单元间的互相配合实现了对船舶电力推进系 统的实时监测，确保了电机的安全、可靠运行。 2.2 信号采样及有关算法 本设计的监测系统实质上是一个以微处理器（单片机）为核心的 数字监测系统，所以参与计算的都是离散的二进制数字信号。但是， 被采集的电机电压、电流和温度都是连续的模拟信号，因此对这些模 拟信号要进行离散化。 2.2.1 采样定理 由于本设计所采集的信号均为连续的模拟信号，所以要想采样后 能够不失真的还原出原信号，则采样频率必须满足采样定理。设有连 续的信号 X(t)，其频谱为 X(f)，以采样周期 T 采得的离散信号为 5 X，(k)(k=0,1,2,)。如果频谱和采样周期满足下列条件: s T (1) X(f)为有限频谱，即当时，X(f)=0；f c f (2) = s f s T 1 c f2 则连续信号 X（t）唯一确定，这就是采样定理。 由此可知：采样频率必须大于信号频谱最高频率的 2 倍，即 s f 才能保证采样所得的信号能无失真的还原成原信号。根据采样定 c f2 理可以选择出本设计的采样频率，因为本设计需要采集三相线电压、 三相线电流和温度，共七路信号，依次完成七路信号的采集大约需要 60-120us。故根据采样定理，本设计的采样频率设定为 600Hz，即一 个周期内对信号采样 12 个点。这样既能满足系统的要求，也能保证 采集来的信号不失真。 2.2.2 信号采样测量方法的比较 由于采样信号的不同，可将采样方法分为直流采样和交流采样两 种方式。 直流采样是指将被测的交流电量转换为直流的模拟电量的一种测 量方法。其特点是：算法简单，便于滤波；但是投资较大、维护复杂。 因此，使用时限制较多。 交流采样是相对于直流采样而言，是直接对交流的电信号进行采 样。采样方式是按一定周期连续采样被测信号一个周期内的完整波形， 即交流采样是按一定规律对被测信号的瞬时值进行采样，再用一定的 数值算法将采样得到的离散信号进行真有效值运算，从而得到电流信 号的真有效值。其特点是：投资较小、便于维护、相位失真小；但是 算法复杂。 综合以上几点，本设计信号的采样方式选用交流采样。 2.2.3 交流采样算法 本设计通过 AD 转换器将实时采集的模拟信号转换成若干个离散 6 的、量化了的数字采样序列，然后进行滤除干扰，根据采样信号的算 法，从若干采样值序列中计算出有关电参量值。 有效值算法： 本设计以采样信号的有效值作为判断船舶电机运行状态是否正常 的依据，故需根据若干个离散化数字采样序列计算出其一个周期内的 有效值。有效值的计算方法有很多种，其中比较常用的有：均方根值 算法、最大值算法、两点采样法等。综合考虑后，本设计选用均方根 值算法。下面以电压信号为例介绍一下均方根值算法的原理。 设有一周期为 T 电压信号 u=u(t)，则有效值公式为: U= (2-1) T dttuT 0 2 )( 1 对式(2-1)离散化，以一个周期内有限个采样电压数字量来代替一 个周期内的连续变化的电压函数值，则电压有效值公式为: U= (2-2) N n nn Tu 1 2 式中：-相邻两次采样的时间间隔； n T -第 n 次采样的电压瞬时值； n u N-一个周期内的采样点数。 一般取相邻两次采样时间间隔相等，即为常数T，考虑到 n T N=T/T，则电压有效值为: U= (2-3) N n n u N 1 2 1 这就是根据一个周期内采样到的电压瞬时值及采样点数来计算电 压有效值的公式。采用同样方法可推出电流和温度有效值公式为: I= (2-4) N n n i N 1 2 1 T= (2-5) N n n t N 1 2 1 综上所述，根据均方根值算法得到的有效值满足本设计用来做判 据的要求。 2.3 传感器选择 本设计所采集的信号是模拟量，而单片机只能识别数字量所以需 7 要用到传感器来将模拟的信号量采集来经过 AD 转换器后送到单片机。 故本设计的信号采集部分需要用到传感器。 2.3.1 温度传感器的选择 本设计需要对温度进行监测，所以需要选择温度传感器。现如今 市面上的温度传感器主要有以下几类：热电偶、热敏电阻、电阻温度 检测器和 IC 温度传感器。结合本设计的要求及特点，温度传感器从 热电偶和热敏电阻中选取。 热电偶的应用很广泛，因为热电偶的价格比较低，同时又非常坚 固。热电偶有多种类型，而且测量范围很广，从-200到 2000。但 是，热电偶的灵敏度低、稳定性低、精度中等、响应速度慢等。 热敏电阻的应用也很广泛，与热电偶相比热敏电阻的灵敏度高、 热稳定性好、精度高、响应速度快等优点。其中以 PT100 的应用最为 广泛，因此本设计温度传感器选用 PT100 温度传感器。 PT100 温度传感器，根据传感器的分类可知 PT100 属于电阻式传 感器，也属于模拟传感器。所以 PT100 温度传感器的输出信号为模拟 量，与数字传感器相比 PT100 温度传感器的输出更加接近实际值。 PT100 温度传感器是利用铂电阻的阻值随温度的变化而变化、并呈一 定函数关系的特性来进行测量，其温度/阻值对应关系为： （2-6）)100(At1001RPt1000200 32 tCtBtCtC时， （2-7）)At100(1RPt1008500 2 BtCtC时， 其中,;。 3 1090802 . 3 A 7 1080 . 5 12 102735 . 4 C PT100 温度传感器的主要特点： 测量范围：；CC850200 允许偏差值：A 级，B 级；热C)002 . 0 15 . 0 (t)005 . 0 35. 0(t 响应时间警报值？ 发出警报，显示数据 返回 Y N 图 4-2-1 电压信号采集程序流程图 33 电压信号采集程序流程图如图 4-2-1 所示： 其中，电压信号的采集通过电压互感器以及采样调理电路后， 变成 05V 的电信号，再经过 AD 转换器转换成二进制数码送到单片 机计算。 电压有效值的计算是根据公式(2.3)所计算，通过将单片机的值与 其有效值进行比较和分析后，判定电机运行状态是否正常。 4.2.2 电流信号采集程序流程图 电流信号采集程序流程图如图 4-2-2 所示： 开始 采集电流值 经AD转换后的值 由公式计算的有效值 警报值？ 发出警报，显示数据 返回 Y N 图 4-2-2 电流信号采集程序流程图 其中，电流信号的采集通过电流互感器以及采样调理电路后， 变成 05V 的电信号，再经过 AD 转换器转换成二进制数码送到单片 机计算。 电流有效值的计算是根据公式(2.4)所计算，通过将单片机的值与 34 其有效值进行比较和分析后，判定电机运行状态是否正常。 4.2.3 温度信号采集程序流程图 温度信号采集程序流程图如图 4-2-3 所示： 开始 采集温度值 经AD转换后的值 由公式计算的有效值 警报值？ 发出警报，显示数据 返回 Y N 图 4-2-3 温度信号采集程序流程图 其中，温度信号的采集通过温度传感器 PT100 以及采样调理电 路后，变成 05V 的电信号，再经过 AD 转换器转换成二进制数码送 到单片机计算。 电流有效值的计算是根据公式(2.5)所计算，通过将单片机的值与 其有效值进行比较和分析后，判定电机运行状态是否正常。 4.3 显示单元软件设计 本设计采用 LCD 液晶显示模块。显示单元流程图如图 4-3-1 所示： 35 初始化 采集数值 接受显 示信息？ LCD显示 Y N 图 4-3-1 显示模块流程图 本设计采用的是 LCD12864 液晶显示器，对程序进行初始化之后， 单片机开始对采集来的信号进行分析和计算，并对单片机的外围电路 进行控制。其中就包括液晶显示单元。当单片机发现电机运行不正常 是会像液晶显示单元发出指令，使其显示数据。 4.4 报警单元软件设计 本设计的报警电路选用的是蜂鸣器，报警单元程序流程图如图 4- 4-1 所示： 开始时，由采样调理电路将采集来的信号送到 AD 转换器，经 AD 转换器后送到单片机。 在单片机的内部已经设定好了警报值，所以在对采集来的信号分 析计算后和警报值比较，若计算后的数据小于警报值则采集电路继续 采集信号，单片机继续的分析、计算；若计算后的数据大于警报值， 则由单片机控制向工作人员发出警报。 36 开始 信号采集 报警 返回 与警报值进行比较 大于警报值 小于警报值 图 4-4-1 报警单元流程图 4.5 通信单元软件设计 本设计采用串行通信方式。串行通信初始化内容为：设置波特率、 控制字 SCON、将 TI 和 RI 清零。TI 和 RI 是一帧数据发送完成或接 收完成的标志，可用于查询或引起中断。 串行通信流程图如图 4-5-1 所示： 本设计通信芯片选用 MAX232，当单片机发出通信指令后，该芯 片工作，然后开始向上位机传输数据，并通过程序判断是否传输完毕， 如果没有传输完则继续传输；如果传输结束则传输下一组数据。 初始化 发送数据 发送数据结束？ 中断服务程序 读数据到缓冲区 接收数据结束？ 置标志位 返回 Y N Y N 图 4-5-1 串行通信流程图 本章主要介绍了本设计软件的开发环境，以及个部分软件程序的 流程图。本设计软件电路以 C 语言开发环境为基础，与各个硬件电路 37 配合工作，做到实时的监测电机的运行状态。 第第 5 章章 系统抗干扰措施系统抗干扰措施 5.1 干扰产生的原因及危害 电路干扰可以分为两种：传导干扰和辐射干扰。传导干扰是指通 过导线或电路由干扰源传到被干扰电路，通常采用滤波的方法减小干 扰，比如旁路电容，滤波电容，滤波电感等都是去除传导干扰的器件 或方法。辐射干扰是通过空间电磁感应原理传到被干扰电路的，通常 采用屏蔽的方法减小干。比如开关电源上的屏蔽罩，屏蔽电缆的屏蔽 网，芯片上面的金属罩，都是用以屏蔽辐射干扰的。无论是传导干扰 还是辐射干扰，它们都是永远在变化，毫无规律，捉摸不透，如果把 它放大后接到喇叭上就像飞机发动机的噪音，因此也称为噪声。干扰 会导致有用信号发生畸变，在一定条件下会影响和破坏设备或系统的 正常工作。 干扰对于具有不同设计的计算机测控系统的影响范围和影响程度 不一样，总体来说干扰产生的后果主要表现：数据采集误差加大；控 制状态失灵；数据受干扰发生变化；程序运行失常；器件损坏。 5.2 本设计的抗干扰措施 抗干扰的方法有很多种，其中比较主要的有：切断干扰的传播途 径、尽量采用抗干扰性强的器件、加滤波电路、隔离、对设计的电路 进行屏蔽。这些方法都可以很好的起到抗干扰的作用。 本设计的抗干扰措施从两方面考虑：硬件抗干扰措施和软件抗干 扰措施。 38 硬件方面的抗干扰措施主要从以下几个方面考虑：电路设计（包 括器件选择） 、线路板设计、屏蔽结构、电路的接地方式设计等。本 设计中尽量选择抗干扰性能较好的器件。在电路接地点设置时，模拟 地和数字地尽量离得远一些。同时，对于一些容易引入干扰信号的器 件加屏蔽，例如传感器。并且在采集电机的电压、电流和温度时，在 采集电路中加入隔离装置。对于单片机，由于其本身的特点，它一旦 因干扰失控，即使干扰消失，也不会恢复正常，这就需要采取一些措 施来保证在系统失控后能自动恢复正常工作。因此，本设计中加入了 看门狗电路。看门狗路，是单片机系统中常用的一种电路，用以保证 系统因干扰失控以后能够自动复位，它的工作是靠软件来策应的。系 统正常工作时，不断地发出清除脉冲，使脉冲发生器没有输出。一旦 程序失控跑飞、系统死机，清除脉冲消失，看门狗工作产生输出脉冲， 复位系统。 软件方面，一般来说，进入系统的干扰，其频谱往往很宽，采用 硬件抗干扰措施，只能抑制某个频率段的干扰，仍有一些干扰会进入 系统，影响系统的工作。另外，电源是一直都有波动的，这种波动可 能对某些精度要求很高的测量系统带来较大的误差，这是硬件抗干扰 方法无法完成的工作。因此，除了采取硬件抗干扰方法外，采取软件 抗干扰措施能够更好地防止干扰，提高系统的准确性和可靠性。 常用的软件抗干扰技术有：数字滤波、信息传送过程的自动检验、 系统运行状态监视与发生故障时的自我恢复等。编写程序时还应注意 以下几点： (l)尽量采用单字节指令，以减少因干扰而程序乱飞的机率。 (2)慎用堆栈。程序运行中经常与堆栈打交道，但堆栈操作因干扰 而出错的机率较大，堆栈操作次数越多，出错机率也越大。因此，在 使用堆栈操作指令时，一次不能使用太多，减少子程序的个数。 一些可编程芯片原则上初始化一次即可，但工作模式控制字可能 因噪声干扰等原因受到破坏，使系统输入/输出状态发生混乱。因此， 在应用过程中，每次用到这种接口时，应对有关功能重新设定。 本章主要从软、硬件两方面提出来抗干扰措施。通过这些抗干扰 措施可以是本设计的监测系统更加安全、可靠地工作。 1 第第 6 章章 仿真部分仿真部分 本设计的仿真是基于 proteus 软件，proteus 软件是一款专门用于单 片机仿真的软件。 6.1 电流采样及调理电路的仿真 电流采样及调理电路仿真如图 6-1-1 所示： 图 6-1-1 电流采样及调理电路仿真图 输入的正弦信号是经过电流互感器以及采样电阻后的信号，该信 号幅值为 2.5V，频率为 50Hz。经过调理电路后在输出端采集输出信 号，即 VO。仿真后的波形如图 6-1-2 所示： 其中，绿线为输入信号，红线为输出信号。通过该波形图我们可 以了解到，本设计的电流采集及调理电路输出地信号是 05V 的正弦 波，该波形正适合 AD 转换器的输入。由此可知本设计的电流采集及 调理电路是符合要求的。 2 图 6-1-2 电流采样及调理电路仿真波形图 6.2 电压采样及调理电路的仿真 电压采样及调理电路仿真如图 6-2-1 所示： 图 6-2-1 电压采样及调理电路仿真图 输入信号时经过电压互感器以及分压电阻后的信号，该信号有图 中所示的电压源代替，其幅值为 15V,频率为 50Hz。经过电压采集及 调理电路后，采集信号 VO。仿真后的波形如图 6-2-2 所示： 3 图 6-2-2 电压采样及调理电路仿真波形图 其中，绿线为输入信号，红线为输出信号。通过该波形图我们可 以了解到，本设计的电压采集及调理电路输出地信号是 05V 的正弦 波，该波形正适合 AD 转换器的输入。由此可知本设计的电流采集及 调理电路是符合要求的。 6.3 电源电路的仿真 本设计中用到的电源有+5V、+9V 和15V。 +5V 电源电路的仿真图如图 6-3-1 所示： 图 6-3-1 +5V 电源仿真电路图 该电路图中的输入信号是经过变压器后的电源信号，用电压源代 替。该信号的的幅值是 50V，经过整流桥和滤波电容后，通过三端稳 压器 7805 和滤波电容将电压变换成之流的+5V 电压。其仿真后的波 4 形如图 6-3-2 所示： 图 6-3-2 +5V 电源电路的仿真波形图 图中的绿线及仿真后的波形，从图中我们可以看到，输出的是稳 定的+5V 电源。 +9V 电源电路的仿真图如图 6-3-3 所示： 图 6-3-3 +9V 电源仿真电路图 该电路图中的输入信号是经过变压器后的电源信号，用电压源代 替。该信号的的幅值是 50V，经过整流桥和滤波电容后，通过三端稳 压器 7809 和滤波电容将电压变换成之流的+9V 电压。其仿真后的波 形如图 6-3-4 所示： 5 图 6-3-4 +9V 电源电路的仿真波形图 图中的绿线及仿真后的波形，从图中我们可以看到，输出的是稳 定的+9V 电源。 15V 电源电路的仿真图如图 6-3-5 所示： 图 6-3-5 15V 电源仿真电路图 该电路图中的输入信号是经过变压器后的电源信号，用电压源代 替。该信号的的幅值是 100V，经过整流桥和滤波电容后，通过三端稳 压器 7815、7915 和滤波电容将电压变换成之流的15V 电压。其仿真 后的波形如图 6-3-6 所示： 6 图 6-3-6 15V 电源电路的仿真波形图 图中绿线为+15V 电源的输出波形，红线为-15V 电源的输出波形。 从图中可知，输出波形满足本设计的要求。 6.4 报警电路的仿真 本设计中的报警电路的仿真电路图如图 6-4-1 所示： 图 6-4-1 报警仿真电路图 如图 6-4-1 所示，当在三级管的基极输入高电平时，三极管导通。 7 此时电压源的信号得以通过三极管，使得蜂鸣器发出警报，与此同时， 发光二极管会发出光亮。 1 结论结论 本设计所做的工作主要是采集船舶电机的电压、电流和温度，并 通过软硬件电路实现了对船舶电机的实时监测。通过对船舶电机电压、 电流和温度的实时监测，使工作人员能及时的了解电机的运行状态， 从而能及时的发现和解决问题，减少维护和检修的工作量。从而使得 船舶电力推进系统能安全可靠的运行。本设计完成工作总结下来包括： 1对设计的背景、意义、国内外发展情况和主要工作做了具体 介绍； 2根据设计所要实现的功能及设计的具体要求进行主控芯片、 传感器等的选择； 3介绍了设计的具体要求及总体结构框图，对系统硬件整体进 行了设计，对数据采集与调理、显示单元、供电单元、通信单元以及 报警单元的设计做了详细介绍； 4对系统软件方面进行了设计； 5介绍了干扰产生的原因及危害，从理论上分析了整个系统可 能受干扰的情况，从硬件、软件上提出了一些抗干扰措施。 2 致谢致谢 四年的大学生活如同白驹过隙一样很快就要结束了，四年的时间 是我收获很多。 首先要感谢老师，本论文的选题、查找资料和写作都是在杨莹老 师的悉心指导和帮助下完成的。杨莹老师严谨踏实的治学作风、开拓 进取的科学精神以及平易近人的生活态度给我留下了深刻的印象，让 我深感敬佩。在杨莹老师细心的指导下，使我能够比较独立自主的完 成本次毕业设计，同时锻炼了我独立思考、自己查找资料等方面的能 力，这对以后的工作生活有很大的帮助。在此对杨莹老师深表感谢！ 同时，也感谢几位同学在我的毕业论文的完成中给予我的帮助， 大家在一起相互学习、讨论，使我学到了很多东西，也是我明白集体 的力量要比个人的力量大很多，论文的顺利完成与大家的支持和帮助 分不开的。 最后，要感谢我的父母和同学在校期间给我以帮助和支持，他们 对我的关心和帮助是我的精神支柱和前进的动力。 毕业论文的写作是一次系统学习的过程，将以前的很多知识融会 在一起。毕业论文的完成，意味着我的大学生活的结束，同时也意味 着我工作生活的开始。在以后的学习生活中，我会像在学校中一样不 断充实自己，一如既往，拼搏进取，我相信，只要付出就一定会得到 回报！ 3 参考文献参考文献 1 张培仁,MCS-51 单片机原理与应用,清华大学出版社，2002,10 2 童长飞,C8051F 系列单片机开发与 C 语言编程,北京航空航天大学 出版社，2005,2 3 清源计算机工作室,Protel99SE 原理图于 PCB 及仿真,机械工业出版 社，2004,4 4 谢瑞和,串行技术大全,清华大学出版社,2003,4 5 黄继昌,电子元器件应用手册,人民邮电出版社，2004,7 6 马忠梅等,单片机的 C 语言应用程序设计,北京航空航天大学出版社, 2003,11 7 王元庆,新型传感器原理及应用,机械工业出版社,2002,4 8 汪滨琦等,C8051F020 中的 ADC 应用要素，单片机与 统,2002,11 9 C8051F020 混合信号 ISP FLASH 微控制器数据手册,2005,2 10 C 系列中文显示模块参考手册,2004,6. 11 潘新民等,卫星计算机控制技术,高等教育出版社，2001,7 12 刘文清等,现代实验仪器原理及应用。北京出版社，1998 13 Propulsion System Evaluation-Design Review. DC Maritime Technologies Inc. 14 阎慧娟, 微型计算机接口技术，中国人事出版社，1996 15 未来十年仪器仪表关键技术, 管理探索，2001,1 4 16 李佑军, 嵌入式系统概述, 现代电子,2003,149(6) 17 吴延海,微型计算机接口技术,重庆大学出版社,1997 18 马喜顺,高速 SOC 单片机,电子产品世界,2002.5A 19 马明建,数据采集与处理技术,西安交通大学出版社,1991 20 J.W.Donnely. Propulsion Control Optimization of CRP Propeller Driaen Ships,Proceed SCSC 1997. 21 Propulsion System Evaluation-Design Review. DC Maritime Technologies Inc. 5 附录附录 本系统的主程序为: void main(void) unsigned char uc_temp1=0; /gsm_off=0; while(+uc_templ); I2CCCON=0 xA8; RTC_init(); Power_on_init(); while(1) feed_dog(); Modem_Procesing(); Cnet_processing(); re_task(); key_task(); display task(); Cnet_chao_proeessing(): /(unsigned char)read_para(COMM_MODE)?timing_send():comm._task(); /send_task(); dac(); io_control(); check_dot(); flowrate_limit(); 以下