摘 要

舰船燃油品质在线测试系统

在实际工程当中，为了提高设备的运行效率以及可靠性，大多数现代机械设备都需要具备实时监测的功能，及时掌握设备的运行状态和实现预知性维修，排除隐患性故障。所以在线测试系统的研究对现实具有重要的意义。

本文为了提高舰船的航运效率和安全性，研究舰船油液品质在线测试系统的工作原理，并根据课题需要设计集多种理化性质参数的舰船油液在线测试系统。通过对油液健康状态实现在线监测获取一系列的在线实时检测信号，包括油液的液位、含水率、磨损颗粒等指标数据，根据测量的数据来确定最佳换油期，不仅降低失效油液的随意排放，而且大大减少了机械设备的维修成本率，延长舰船的使用寿命。首先，本文在考虑选取传感器的关键因素的基础上，对现有的传感器选型；然后对基于ARM Cortex-M4内核系列的微型处理器选型，本文选择STM32F4系列检测系统的主控板，并设计传感器的检测处理电路，完成显示屏以及按键部分与主控板的接口，至此完成油液在线监测的硬件部分；随后，采用模块化设计，对硬件电路进行软件开发并调试；最终，通过不同的按键来触发不同通道的信号采样，并将采集到的指标数据显示在显示屏上，完成油液品质数据的采集，本文为了减少监测理化指标之间的信息重叠性，建立主成分综合评价模型，降低数据维度，用综合评价值更精确的反应油品的质量，从而舰船的航运效率以及可靠性。

最后，本文总结了设计的舰船燃油品质在线测试系统的优缺点，并提出了改进方向。

关键词： 舰船油液 主成分分析 在线测试 传感器 STM32F4系列

Abstract

In the actual project, in order to improve the operation efficiency and reliability of equipment, most modern machinery and equipment need to have real-time monitoring function, and timely grasp the operation of the equipment and to achieve predictive maintenance, eliminate hidden trouble. Therefore, the research of online test system is of great significance to reality.

In order to improve the shipping efficiency and safety of ships, this thesis studies the working principle of on-line test system of ship oil quality, and designs the ship oil on-line test system with various physical and chemical properties according to the project needs. Through the on-line monitoring of oil health status to obtain a series of online real-time detection signals, including the liquid level, moisture content, wear particles and other indicators of data, according to the measured data to determine the best oil change, not only reduce the oil Liquid free discharge, but also greatly reduces the maintenance costs of machinery and equipment to extend the life of the ship. First of all, this thesis considers the key factors of the sensor, the existing sensor selection; and then based on the ARM Cortex-M4 core series of single-chip selection, this thesis selects the STM32F4 series detection system, the main control board, and the design of the sensor detection Processing circuit, complete the display and the key part of the interface with the main control board, thus completing the hardware part of the oil online monitoring; then, the use of modular design, the hardware circuit for software development and debugging; Finally, through a different button to trigger Different channel signal sampling, and the collected indicators of data displayed on the display, the completion of oil quality data collection. In order to reduce the overlap of information between physical and chemical indicators, this thesis establishes a comprehensive evaluation model of principal component, reduces the data dimension, and uses the comprehensive evaluation value to more accurately reflect the quality of the oil, thus the ship's shipping efficiency and reliability.

Finally, the advantages and disadvantages of the ship fuel quality on-line test system are summarized, and the improvement direction is put forward.

Key words: ship oil Principal component analysis on-line test sensor STM32F4

目录

第1章 绪论 1

1.1课题背景及研究意义 1

1.2研究现状 2

1.2.1国外油液检测技术的发展 2

1.2.2国内油液检测技术的发展 2

1.3论文主要研究内容 3

第2章 系统总体设计及关键技术简介 4

2.1系统设计需求总体设计方案 4

2.2传感器 4

2.2.1传感器的影响因素 5

2.2.2传感器的选型 5

2.3主控板的选型 8

2.4硬件设计 9

2.4.1标准20针JTAG接口电路 9

2.4.2复位电路的设计 10

2.4.3 ADC硬件设计思路 10

2.4.4显示硬件电路 11

2.4.5程序心跳呼吸灯 12

2.4.6按键电路 13

2.4.7信号处理电路 13

第3章 系统软件设计及调试 15

3.1软件设计 15

3.1.1 开发平台搭建 15

3.1.2 ADC软件设计 16

3.1.3按键软件设计 16

3.1.4液晶显示软件设计 17

3.1.5主函数的设计 18

3.2调试结果 19

第4章 基于主成分分析的油液综合评价模型 21

4.1背景介绍 21

4.2主成分分析法 21

4.3模型的求解及结果分析 22

第5章 总结与展望 24

5.1总结及优缺点 24

5.1.1系统优点 24

5.1.2系统缺点 24

5.2改进方向 24

参考文献 25

致谢 27

附录 28

第1章 绪论

1.1课题背景及研究意义

越来越多的现代机械设备要求具有实时监测的功能，因此，为达到设备快速、安全、精确地运行，很多种在线监测技术和有关监测的传感器越来越多的被用于实际工程当中去。所以，油液在线监测技术已然成为我国目前设备故障检测技术的重要研究和发展方向之一。油液在线监测技术可以非常有效地判断装置的隐患原因及运行健康状态，从而使设备趋向劣化的程度得到一定的矫正，消除人为不确定因素，实现设备的预知性维修。另一方面，油液在线监测的取样和检测是同时进行的，实时准确的反馈设备的工作状态，不仅可以减少其故障发生率，而且可以延长设备的使用寿命。因此，设备油液在线测试系统及诊断技术的研究与运用具有重要的现实意义。

在实际工程当中，运用的越来越多的技术是油液状态信息开展船舶状态监测与故障诊断技术。船舶油液在线监测系统的定义是基于状态检测传感器的在线实时检测各种理化性质指标信号的油液检测系统，根据检测到的理化数据来评估机械装置运行的健康状态和可靠稳定性。其中，油液金属屑传感器检测的是油液中的金属磨砺的浓度；油液水分传感器的是检测舰船油液中的水分，即就是油液的含水率；油液品质传感器是检测油液综合指标的传感器，其输出的指标综合了油液的粘度、含水率、温度以及油液的磨损状况，具有比较高的实用价值。为了提升舰船运行的航运效率和可靠性，必须对舰船油液系统的各个理化状态实施实时的在线监测，根据监测得到的各个理化指标数据，使用者可以准确地了解到舰船的故障隐患情况和严重程度，从而在最佳时间里采取最有效的维修措施，将出现隐患性故障的机率降到最低^[9]。