嵌入式系统在船舶监控系统中的应用研究_毕业设计.doc

目 录 一、设计要求 1 二、设计的作用与目的 1 三、系统控制方案论证 2 3.1 单片机控制 2 3.2 嵌入式系统控制 2 3.3 嵌入式船舶监控系统架构 3 3.4 嵌入式系统特点 4 四、船舶监控系统硬件设计 5 4.1嵌入式系统总体结构 5 4.2 系统各模块硬件电路设计 6 4.2.1 Flash存储电路设计 6 4.2.2 RS232接口电路设计 7 4.2.3 RS-485接口电路设计 8 4.2.4 CAN总线接口电路设计 9 4.2.5 以太网接口电路设计 9 五、船舶监控系统软件设计 10 5.1 I/O模块串口控制原理 10 5.2 Windows CE平台下串口通信的实现 11 5.3基于串口通信的数据采集及输出控制的流程 14 六、系统仿真与调试 15 6.1 Platform Builder软件平台 15 6.2 客户端TCP网络通信测试 16 6.2.1 客户机/服务器模式 16 6.2.2 基于TCP/IP的网络通信编程实验 16 七、总结与展望 18 致 谢 19 参考文献 20 附录1：CS8952与EP9315接线原理图 21 附录2：程序清单 22 嵌入式系统在船舶监控系统中的应用研究 一、设计要求 本设计是基于嵌入式系统在船舶监控系统中的应用研究，需要完成系统的软件和硬件设计，其具体设计内容如下： （1）控制器硬件功能及原理设计。主要针对船舶机舱中大多数机电设备的控制特点和发展趋势，分析嵌入式系统的功能需求，选择EP9315片上系统处理器，进行外围接口电路的设计。设计的嵌入式系统包括以太网通信接口、CAN总线通信接口、RS232/485通信接口、NAND Flash数据存储以及LCD和触摸屏接口等多种功能。 （2）以船舶监控系统为对象，分析嵌入式系统在船舶监控系统中应用的架构和特点。 （3）建立基于嵌入式系统的船舶监控系统试验测试平台，选择监控系统的一个控制节点，利用Embedded Visual C++为开发环境，介绍了Windows CE平台下通过串口通信编程控制I/O模块实现数据采集和信号输出、以及基于TCP/IP协议的以太网通讯程序的具体设计方法。 二、设计的作用与目的 我国是世界造船大国，造船产量位于世界第一方阵。但同时，我国船舶配套业的本土化率较低，国产化比例甚至不足20%。特别是在一些中高档的船舶配套设备及系统方面，如主机遥控系统、机舱监测报警系统、自动化电站系统等机舱自动化装备均为国外设备。因此，探索和跟踪国外船舶自动化领域的必威体育精装版发展趋势，应用新技术和手段来提高我国中高档船舶配套设备的自主开发能力具有重要的现实意义。 本文基于一种片上系统处理器EP9315，和Windows CE嵌入式操作系统平台，设计了应用于机舱监控系统的核心装置——嵌入式系统，并以船舶为对象，提出了基于嵌入式系统的船舶监控系统的架构，并在搭建的试验平台上进行了相关的应用程序设计。 三、 系统控制方案论证 船舶监控系统中的核心控制器可以由单片机、PLC、嵌入式处理器构成，本设计主要对单片机控制器和嵌入式处理器构成的系统做了一定的论述，最终提出来由嵌入式处理器构成的系统的基本架构模型。 3.1 单片机控制 单片机的使用开始于20世纪80年代。单片机控制技术已经渗透到包括船舶自动控制系统在内的各个领域，给工业生产和管理带来极大的方便。以FCS结构的控制系统为例，设备层的现场控制器可基于单片机进行开发。但用单片机作为下位机，由于采用了大规模集成电路和分立元件组成模拟量和开关量采集电路，使得这种实现方法的软硬件开发工作量十分巨大，而且通过船级社认证的过程十分漫长。另外，随着船舶自动化水平的进一步发展，现场的控制器需要更强的通信功能及数据处理和计算能力，甚至需要丰富的图形界面等。采用低端单片机进行的开发工作将变得越来越复杂、庞大，甚至无法实现，从而越来越不能满足船舶自动化系统的需求。 3.2 嵌入式系统控制 嵌入式系统被定义为：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统[7]。 嵌入式系统涵盖了硬件和软件两个层面，建立在一个高性能的微处理器（相对于单片机）的硬件基础上的，以一个成熟的实时多任务操作系统（RTOS）为软件平台。其软硬件结构如图3.1所示 。 嵌入式系统软硬件是可裁减的，并具有软硬件一体化、低功耗、体积小、可靠性高、技术密集等特点。一个典型的嵌入式系统是由以下几个部分组成的：硬件平台；板级支持包 (BSP，Board Support Package)；实时操作系统（RTOS，Real Time Operating System）；应用程序。硬件平台主要包括嵌入式微处理器和控制所需要的相关外设，微处理器是嵌入式系统