基于虚拟仪器技术的船舶机舱监测与报警系统的研究

2014-10-27吴炜顾益

武汉船舶职业技术学院学报 2014年3期

吴炜顾益

（南通航运职业技术学院，江苏南通 226010）

机舱监测与报警系统是机舱自动化系统的重要组成部分。随着船舶自动化技术的不断创新及计算机的广泛运用，机舱监测与报警系统也需要更新技术和设施。本文将以虚拟仪器技术的自动化检测技术为核心，从基础开始，简析硬件和软件设计、信号测量、报警、显示等方面的技术，开发了满足规范要求，功能完善，自动化水平高的机舱监测系统，系统总体运行效果稳定、可靠，集成性高，互操性强，对实现船舶机舱的数字化和网络化管理有参考价值。

1 系统整体构建

系统主要包含三个方面：一是底层传感器与调理电路；二是底层下位机数据采集发送与显示模块，可以对传感器信息转译成简单、清晰的代码；三是上位机主控主显模块，可以接收下位机代码，并可实现编码解码、存储、数据分析、虚拟仪表表示等功能，系统构建如图1。

2 系统的硬件组成

硬件部分由主服务器、监控显示计算机、智能I／O模块、通信电缆、专用键盘、打印机、传感器、延伸报警板等组成。本系统能对包括主机、电站、滑油、燃油、锅炉、冷却水等的主要系统共735［1］个监测点进行监测。通过虚拟仪表技术能将数据如压力、温度、流量、电压、电流、功率等形象地显示出来。

3 监测和报警系统软件的设计与实现

系统的软件部分主要由两部分组成：一是下位机数据采集发送与显示模块；二是上位机数据接收与显示模块。

3.1 基于51单片机的下位机软件设计

机舱中需要监测的参数很多，本文重点介绍各采样点温度处理，其余信号（如压力、液位、转速等）后续处理与温度处理方法相同，不作赘述。本研究温度传感器采用DS18B20数字温度传感器，下位机主处理器采用STC89C52单片机。

STC89C52单片机内部有一个可编程的全双工串行通信接口，可以同时进行数据发送和接收，通过软件编程设置多种波特率和工作方式，不但可实现串行异步通信，还可作为同步移位寄存器使用。

为实现上位机数据采集，STC89C52单片机P3.0、P3.1端口与 MAX232的12和11端口相接［2］。

本研究使用Keil C语言进行程序开发。主程序调用了7个子程序，分别是键盘扫描以及按键处理程序、串行通信初始化程序、数码管显示兼串行发送数据程序、温度转换命令程序、读取转换温度值程序、温度值BCD码处理程序、BCD码刷新程序。

将各个功能程序以子程序的形式写好，当写主程序的时候，只需要调用子程序，然后在寄存器的分配上作一下调整，消除寄存器冲突和I／O冲突即可，将功能程序段写成子程序的形式，除了方便调用之外，还有一个好处那就是以后写程序的时候如果要用到，就可以直接调用这个单元功能模块。图2为LED显示及串口发送子程序流程图。

3.2 基于C＃的上位机数据接收与显示模块设计与实现

3.2.1 开发工具

C＃是一种安全稳定简单的，由C和C＋＋衍生出来的面向对象的编程语言。它在继承C和C＋＋强大功能的同时去掉了一些它们的复杂特性（例如没有宏以及不允许多重继承）。C＃综合了VB简单的可视化操作和C＋＋的高运行效率，以其强大的操作能力、优雅的语法风格、创新的语言特性和便捷的面向组件编程的支持成为.NET开发的首选语言。在本系统的开发语言环境中，采用C＃程序语言作为开发工具。

3.2.2 上位机与下位机之间的数据通信

在.NET Framework 2.0中提供了 Serial－Port类，该类主要实现串口数据通信等。在C＃窗口编程中用到的若干个serialport、label、button公共控件来实现串口通信编程，同时使用Textbox文本控件、comboBox组合框控件配合编程，使得软件设计的人机界面更友好，此外本设计还采用了第三方软件VB开发的虚拟仪表组件，实现更加符合实际的可视化虚拟仪表显示。

图2 LED显示及串口发送子程序流程图

其中，serialport、comboBox用于设置串口名称、串行通信波特率和提供编制串行通信程序方法。Button用于控制serialport的开关及串口号及波特率选择，label用于显示串口工况，Textbox用于编制串口通信数据在屏幕上的显示界面，表示串口通信接收数据在屏幕上的显示及用于输入发送给单片机的控制命令［3］。

虚拟仪表可视化表达，相应串口数据采集后，委托的液位、温度数据容器（文本框）获得数值，数值变化事件触发虚拟仪表表示的变化，程序例句如下：