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内河船机排放在线监测系统数据传输优化研究
| 论文题名： | 内河船机排放在线监测系统数据传输优化研究 |
| 关键词： | 船舶发动机;排放控制;在线监测系统;数据传输 |
| 摘要： | 近年来，由于船舶发动机排放造成大气污染的加剧，国家对排放污染物的管控也日趋严格，为方便监管，国内外展开了一些排放在线监测系统的研究。然而在系统实际工作中，仍存在部分问题：一方面，由于系统控制器数据接口单一，无法兼容不同类型船舶；另一方面，由于航区网络信号覆盖的问题，系统传输过程不稳定甚至中断，极大影响了系统的实用性。 本文分析了传统内河船机排放在线监测系统的工作原理，从实际应用的角度出发，对当前系统亟需优化的问题进行研究，提出了系统的总体改进方案，完成了系统软、硬件开发，并进行了功能验证。本文具体的工作如下： （1）提出整体系统优化方案。分析船舶发动机常用的CAN、RS-485通信接口电气特性，对不同发动机接口协议进行简要分析，实现控制器的兼容。针对当前系统的移动通信方式，使用4G网络取代GPRS网络。针对断网情况，进行数据缓存及恢复方案研究，该方案通过监测网络信号强度，实现离线数据的缓存备份。 （2）基于系统的优化需求完成硬件设计。为实现系统控制器的兼容性，设计扩展CAN通信电路和RS-485通信电路；为实现控制器与4G模块通信，设计UART通信电路；为实现对SD卡的读写，设计SDIO接口电路。为实现上述硬件功能，对硬件关键器件选型，使用Altium Designer软件设计单片机最小系统、外围电路及PCB，并针对器件布局、电磁兼容性、板间散热等问题进行硬件优化。 （3）基于系统硬件需求完成软件驱动设计。控制器嵌入SAE-J1939、RS-485等多种数据口协议，完成对不同类型发动机接口的数据解析；建立基于4G网络的无线传输链路，实现4G通信模块的组网与无线发送等功能；在主控制器中移植FATFS文件系统模块，对储存至SD卡中的数据进行管理；对数据管理平台进行功能性设计，实现平台的数据解析、储存及显示等功能。 （4）验证系统功能。在实验室中搭建实验平台，对样机进行检查，完成各项功能测试及系统综合性测试。并将设备安装在内河某旅游船上，完成为期两周的数据监测，进一步验证系统的稳定性。 |
| 作者： | 徐小凯 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 金华标 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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