摘 要

本课题研究的目的是完成监视柴油机关键运行参数并执行一系列监测报警、故障诊断和紧急动作等的安全保护系统中的逻辑控制单元硬件电路设计。本文首先通过柴油机安保系统监控单元功能分析，完成柴油机安保系统逻辑控制单元总体方案设计，确定了柴油机逻辑控制信号类型和数量，并根据具体功能要求完成相应控制单元硬件设计。具体硬件电路设计工作如下：

（1）逻辑控制单元硬件电路设计

逻辑控制单元硬件电路设计主要包括了各种数字量信号电路设计、转速信号采集外围调理电路设计、模拟量输出电路设计、电源电路设计、控制芯片电路设计和CAN通讯电路设计等。并最终完成了监控单元硬件电路板的制作，为之后软件设计开发打下基础。具体工作如下：

1）通过各类传感器外围调理电路设计完成转速信号测量；

2）合理选择控制芯片完成主控芯片电路设计；

3）选择合适电源模块，完成监控单元电源模块电路设计；

4）完成CAN通讯、SPI通讯电路设计和相应功能电路设计等，完成逻辑控制单元硬件电路板的制作。

（2）基于CCP的CAN通讯设计

采用CCP作为上位机监控系统和各监控单元间CAN通讯应用层协议，实现了柴油机在线控制参数标定和运行状态参数实时循环采集。最后通过通讯测试验证了通讯的可靠性。

设计的柴油机安保系逻辑控制控单元硬件电路紧密结合了现代化船舶发展的趋势，实现了船舶主机的自动化监控，从而最大程度地提高了船舶航行的安全性、可靠性和经济性^[1]。对提高国内船舶主机智能化水平具有较大意义。

关键词：柴油机，安保系统，逻辑控制

Abstract

The purpose of this paper is to complete the monitoring of the key operating parameters of the diesel engine and a series of monitoring alarm, fault diagnosis and emergency action and other safety protection system in the logic control unit hardware circuit design. This is a set of independent intellectual property rights of the diesel engine monitoring alarm, fault diagnosis and emergency action system. It have a broad market prospects and good social benefit sand has a very practical significance in the domestic diesel engine monitoring, monitoring system, ships and other industries. The specific hardware circuit design is as follows:

1）Hardware circuit design of Logic control unit

Hardware circuit design of Logic control unit mainly includes the various digital signal circuit design, rotational speed signal peripheral conditioning circuit design, analog output circuit design, power circuit design, control circuit design and CAN communication circuit design.

1）Through peripheral circuit design of different sensors, the rotating speed of diesel engine has been measured;

2） After choosing the appropriate microchip, The main control chip circuit has been designed;

3）Choosing the suitable power supply module for the monitor unit and complete the circuit design.

4）Completing the communication circuit design of CAN and SPI interface and the functional circuit design The circuit board has been designed and produced.

（2）Communication design based on CCP

The application layer protocol of the communication between the PC monitor system and each monitoring unit would be CCP, it realized on-line control parameters calibration and running status parameters of diesel engine acquisition real-time and periodically.  

The logic control unit in safety system of diesel engine combines with the trend of modern ship’s development closely, realized the engine’s automatic supervisory control and promote the safety、reliability and economic quality to the great extent. It has larger significance to improve the level of domestic intelligence in the aspect of engine monitoring.

Key words ：Diesel engine, Safety system, logical control

目 录

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2柴油机安保系统逻辑控制单元技术现状分析 1

1.2.1 柴油机安保系统逻辑控制单元国内外研究现状 1

1.3 柴油机安保系统逻辑控制单元研究意义 2

1.4 本文研究的主要内容 3

第2章 柴油机安保系统逻辑控制单元硬件电路设计总体方案 4

2.1柴油机安保系统逻辑控制单元硬件电路设计方案概述 4

2.1.1逻辑控制单元（LCU）总体概述 4

2.1.2逻辑控制单总体功能描述 7

2.2柴油机安保系统逻辑控制单元硬件电路总体概述 7

2.3本章小结 8

第3章 柴油机安保系统逻辑控制单元硬件电路设计 9

3.1数字量信号电路设计 9

3.1.1数字量信号输入电路设计 9

3.1.2数字量信号输出电路设计 11

3.2 转速信号采集外围调理电路设计 11

3.3模拟量输出电路设计 12

3.4 主控芯片电路设计 13

3.4.1JTAG电路设计 13

3.4.2复位和晶振时钟电路设计 13

3.5通讯电路设计 14

3.5.1CAN通讯电路设计 15

3.5.2 SPI通讯电路设计 15

3.6电源模块电路设计 16

3.6.1 24V转5V电源电路设计 17

3.7 控制芯片功能引脚分配 17

3.7.1 控制芯片资源介绍 17

3.7.2逻辑控制单元控制芯片资源分配 18

3.8本章小结 18

第4章 总结与展望 19

4.1 结论 19

4.2 展望 19

参考文献 19

致谢 21

第1章 绪论

1.1引言

随着检测技术，网络技术和计算机技术的发展，船舶安保系统发展已经由单个设备的自动控制进入信息化，智能化的连锁控制阶段。船舶主机监控系统逐步形成了以网络集成自动化系统为主体的网络型微机控制系统，为船舶适应日益严格的高度自动化和安全要求奠定了基础，同时也给船舶柴油机自动化的发展带来了一次飞跃^[2]。

近年来，随着我国船舶行业发展，使我国船舶科技实力不断提高，船舶自动化技术也有了更进一步的突破与进步，但目前我国的船舶自动化水平提升空间仍然很大，并且在对其研究和管理方面上需要更进一步的发展和加强。在这样的新形势下，只有准确把握船舶自动化发展的新态势，不断重视对于船舶自动化的科学研究，才能把握好船舶自动化应用发展的新趋势同时增强我国船舶自动化领域的综合实力^[3]。

1.2柴油机安保系统逻辑控制单元技术现状分析