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1、船舶主机转速监测系统设计摘要:船舶主机转速监测系统主要完成了以下几个功能：船舶转 速信号采集，通过主控ECU计数、分析与处理后，把主机速度值显 示在LCD电路中，当船舶主机的转速与车钟传来的转速有差值，输 出调节发动机的油门的控制信号，当船舶主机的转速超过极限转速时 进行声光报警。关键词：船舶主机转速监测显示报警电磁执行器船舶主机以柴油机为主推进器，不仅可靠，动力性能佳，而且燃 油消耗率和二氧化碳排放量比汽油机低。船舶主机的转速是监测船舶 航行过程稳定性的一个重要运行指标，它实时反映了船舶主机的外界 负荷变化。船舶主机转速监测系统SMSM(Speed Monitoring System of
2、Ship s Main Engine)以微机为主控模块，对柴油机主轴转速进行快速 检测和分析，能够实时监测柴油机的动态和稳态性能。1 SMSM系统总体方案设计1.1工作原理SMSM系统主要有以下几个部分组成：船舶转速信号采集电路、 主控ECU、显示电路、D/A转换模块、电磁执行器、报警电路、ECU 通信电路和控制电源等。电磁测速传感器的检测装置安装在轮端齿轮处，船舶主机旋转, 转速传感器就输出转速信号，传到机旁主控ECU计数、分析与处理 后，把单位时间内计数脉冲个数根据公式转换成速度值，显示在LCD 显示电路中；当船舶主机的转速与车钟传来的转速有差值，输出控制 信号，对发动机的油门进行调节；当
3、船舶主机的转速超过极限转速时 进行声光报警。1.2 SMSM系统框图设计船舶转速信号的采集方法是：将电磁传感器如霍尔传感器与船舶 主机轴同轴相连，并在船舶主机轴上安装一个小磁铁，这样船舶主机 每旋转一圈，同电磁传感器就接触一次，电磁传感器就会产生一个信 号脉冲。主控ECU：主控ECU包括机旁主控ECU和驾驶台ECU两块， 这里选择STC89S52单片机，它接收来自测速传感器的信号，在单位 时间内计数，把脉冲个数根据公式转换成速度值，显示在LCD显示 电路中。D/A转换模块：预先把稳定速度按比例转换成预定脉冲，主控 ECU的脉冲信号与预定脉冲进行比较，把差值按比例转换成直流电 压，输出控制信号。
4、电磁执行器：电磁执行器根据D/A转换器输出的控制信号，对 发动机的油门进行调节。如果柴油机的负荷突然变化，转速传感器的 脉冲信号个数就会变化，就能迅速产生一个电压信号，响应速度快，无需调速器驱动机构，便于实现主机遥控和自动控制。报警电路：船舶主机转速有一个最小转速值和一个最大转速值， 当船舶主机的转速低于最小转速和高于最大转速时，主控ECU会通 过进行声光报警。2模块电路设计2.1转速检测电路检测柴油机主轴转速的电磁传感器采用霍尔传感器，转速直接转 换成数字脉冲输出，具体检测电路如图2所示。图中霍尔传感器正常 工作时，发光二极管亮。2.2报警电路设计蜂鸣器的正极连接到5V的电源，另一端接到三极
5、管的集电极， 三极管的基极与STC89S52单片机的端口连接，当管脚输出高电平时 三极管饱和导通，蜂鸣器发出报警声。当STC89S52单片机的输出端 输出低电平时，三极管截止，蜂鸣器因形成不了电流回路而不发出报 警声。蜂鸣器实际工作电流一般比较大，电路中的TTL点电平驱动不 了蜂鸣器工作，需要增加一个放大电流的电路才可以，即增加一个三 极管来放大电流。2.3显示电路设计由于本系统是用STC89S52单片机的P0 口外接上拉电阻读取数 据显示段码，使得P0 口总线负载超过P0最大负载能力，此时必须接 入74LS245 （输出高电平3.8V）双向总线收发器来驱动LCD显示器。2.4 SMSM电磁执
6、行器电路SMSM原理图的上部分表示驾驶台主控ECU，实现与机旁ECU 的通信，显示转速和声光报警等功能。机旁ECU及其相关电路，转速传感器输出的脉冲信号用时钟信 号CLK替代，机旁主控ECU计数、分析与处理后，把速度值传输到 LCD显示电路中，当船舶主机的转速与车钟传来的转速有差值，从 电磁阀输出控制信号，调节发动机油门；当船舶主机的转速超过极限 转速时进行声光报警，同时电磁执行器工作，控制气源驱动主机运行， 电磁执行器工作原理图如图4所示。3程序设计SMSM程序设计部分主流程图如图5所示。首先定义字段，初始化系统所有控制端口及设置中断，如转速信 号等；接着读取、处理、显示转速数据并将其与上下
7、限预警值比较， 若达到或超过设定的上下限预警值，贝U报警。4结语SMSM系统具有对柴油机转轴转速进行监测、分析、处理及报警 的功能。主要分为机旁模块和驾驶台两个模块，由单片机最小系统、 转速采集电路、转速显示及报警电路。实现了对船舶主机转速的实时 监测的功能。参考文献蔡美琴.MCS-51系列单片机系统及其应用M.2版.高等教育 出版社，2004,6.2臧春华，邵杰.综合电子系统设计与实践M.北京：北京航空 航天大学出版社，2009,11.中国船级社.钢质海船入级规范(2006)CCS王幸之等.AT89系 列单片机原理与接口技术M.北京：航空航天大学出版社，2004.4昝宪生.轮机自动化M.大连：大连海事大学出版社,2007,11.朱建元.船舶柴油机M.北京：人民交通出版社，2008,9.6 H.F.P.Purday.Diesel Engine Designing. Great Britain:Constable & Company Ltd， c1962.7 Katta，Kiran Kumar.Phase change cooling applications:Engine cooling.2008.
