摘 要

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究目的和意义 1

1.2研究现状和背景 2

1.3本文工作及内容安排 2

第2章 数据采集总体装置设计 4

2.1燃油消耗 4

2.2船舶数据采集装置的特点 5

2.2.1船舶数据采集的理论基础 6

2.2.2船舶数据信号的组成及特点 7

2.3数据采集系统的构架 8

2.4系统总体方案设计 8

2.5本章小结 9

第3章 数据采集处理的硬件部分设计 10

3.1船舶数据采集装置传感器选型 10

3.1.1转速传感器选型 10

3.1.2流量传感器选型 11

3.1.3液位传感器选型 11

3.2采集装置信号调理模块 12

3.2.1电流-电压信号转换滤波 12

3.2.2脉冲信号调理模块 12

3.3 GPRS数据传输模块 13

3.4多路模拟通道选择 14

3.5 RS232、RS485接口电路 14

3.6本章小结 15

第4章 基于FPGA数据采集处理模块的设计 16

4.1船舶序列号模块 17

4.2帧头、帧尾模块 17

4.3 ADC模数转换模块 18

4.4主机转速测量模块的设计 20

4.5驳油量检测模块的设计 21

4.6油柜液位测量模块的设计 22

4.7 CRC校验模块的设计 23

4.8数据发送模块 25

4.9时钟管理模块 25

4.10本章小结 26

第5章 船舶数据采集装置软件设计 27

5.1装置终端结构及数据交换格式 27

5.2数据采集装置上位机测试软件 28

5.3数据显示功能测试 28

5.4本章小结 30

第6章 总结与展望 31

6.1全文工作总结 31

6.2下一步工作展望 31

致 谢 32

参考文献 33

附件 34

摘要

如今，信息化发展迅速，节约成本是几乎所有行业的目标。船舶企业为了降低成本获得最大的利润，在安全运营的基础下要做到节约资源，降低污染，提高效率。随着信息技术的发展，现代船舶企业都以此作为准则。自从通信技术与网络相结合，船舶行驶时采集数据更加迅速和方便，且有利于数据的实时分析、共享。调查显示，减少油耗可降低成本。因此，许多企业开始探索减少油耗的技术与方法。调查显示，当载重与航行路线一样时，航速决定耗油量。所以，船舶燃油在线监测是一个重要的研究方向。

本次课题的设计思路是将整个系统具体分为传感器模块、信号调理电路模块、FPGA中心控制模块、RS485串行通信接口模块和GPRS模块。系统采用模块化设计思想，包括信号的调理转换模块、AD转换模块、接口电路模块以及数据发送的GPRS模块。传感器采集船舶主机转速信号、进回油流量信号，输出为方波信号，采用电压比较器LM339设计的信号调理电路对待测信号进行电平转换。FPGA及其配置电路是整个数据采集系统的核心，提供数据采集的时序逻辑控制和数据处理功能。主要包括船舶序列号模块，主机转速测量模块，油柜液位测量模块，CRC校验模块以及数据发送模块。

关键词：油耗；在线监测；FPGA

Abstract

Today, the rapid development of information technology, cost savings is the goal of almost all industries. Shipbuilding enterprises in order to reduce the cost to obtain the maximum profit, in the safe operation of the foundation to do to save resources, reduce pollution, improve efficiency. With the development of information technology, modern ship enterprises are used as a criterion. Since the combination of communication technology and network, the collection of data is more rapid and convenient, and it is beneficial for real-time analysis and sharing of data. Survey shows that reduce fuel consumption can reduce costs. Therefore, many enterprises began to explore the technology and methods to reduce fuel consumption. Investigation shows that, when the loading and sailing route, speed and fuel consumption decision. Therefore, the ship fuel oil on-line monitoring is an important research direction.

The data acquisition system design philosophy is based on the host ship speed signal acquisition, the oil flow into the return signal acquisition and other functional requirements, from the macro to grasp the entire data acquisition system analysis, based on data collected in the different steps and functions, the entire system divided into specific parts of the sensor circuits, signal conditioning circuit, counting the pulse signal frequency measurement circuit part, FPGA central control module and RS485 serial communication interface section. Ships host speed sensor circuit signal acquisition, the oil flow into the return signal, the output is a square wave signal, using LM339 voltage comparator signal conditioning circuit designed to treat the measured signal level conversion.

Key Words：Oil consumption; on line monitoring; FPGA

第1章 绪论

1.1研究目的和意义

随着世界经济的迅猛发展，我们的生活环境越来越差，自然资源也是逐渐短缺。世界经济的发展过程中，环境资源问题变得越来越重要。因此，对于每一个国家来说，节能减排具在目前来看拥有十分重要的战略位置。交通运输业在节能减排上是一个很重要的方面，因为全球很大部分的能源都用在了交通运输商，该行业的经济效益与其有着很密切的联系。我国的河流数量众多，据统计，天然河流就达5800多条，还存在着数量不少的人工河流，所以我国的内河航运自然条件十分优越，航运与贸易在全球我国都是排行非常靠前的。但是任何行业都是有着竞争的，尤其在当前高速公路以及高铁甚至航空运输的冲击下，物流运输的成本不断下跌。同时，由于世界石油资源的日益减少，燃油成本不断上涨，使得油料成本在船运总成本中所占的比例逐渐增大，其造成的后果是航运公司面临着越来越大的经济压力。据调查研究表明，在装载重量和船舶运输路线条件一致的情况下,不同的航行速度，所消耗的燃油数量有着明显的不同，因此，如何有效的监测船舶运行的状态，实现船舶燃油消耗管理就成为了船运公司亟需解决的问题。