一种基于can总线的双燃料船舶分布式监控系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种基于CAN总线的双燃料船舶分布式监控系统，用于实时监视 并控制多台柴油/LNG双燃料发动机。
【背景技术】
[0002] 随着嵌入式技术和现场总线技术的发展，分布式监控系统的应用日益广泛。柴油 /LNG双燃料船舶加装ECU的同时，需要一套监控系统作为人机交互的接口来对电控系统提 供可视化支持。
[0003] CAN总线结构简单、可靠性好、通信速率高，具有基于优先权的多主工作方式，非破 坏性的基于线路竞争的仲裁机制等特点，当传输距离为40m时，最大传输速率可达IMb/s， 作为上、下位机的"桥梁"，实现各节点间实时、可靠的数据通信任务。
[0004] 本实用新型涉及的双燃料船舶分布式监控系统基于CAN总线技术，支持J1939、 CCP等协议，可选择通用标准或专用协议。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型要解决的技术问题是：提出一种便携、可靠、通用的双燃料监控系统， 能够克服现有系统在人机交互方面的不足，同时便于发动机ECU前期标定测试和后期维护 运行。
[0006] 本实用新型所采用的技术方案为：一种基于CAN总线的双燃料船舶分布式监控系 统，包括设置在发动机上的传感器以及执行器、挂载于CAN总线的上机位HMI和设置在机舱 内的下机位ECU;所述的下机位ECU与对应的发动机之间通过传感器进行信号传输；所述的 E⑶接收的信号通过CAN总线传输至上位机HMI;所述的上位机HMI通过其上的通信接口将 数据导出。
[0007] 进一步的说，本实用新型所述的下位机E⑶包括带有CAN控制器的MCU以及CAN 总线收发器；所述的MCU内部集成有两个CAN总线协议控制器；所述的两个CAN总线协议控 制器的其中一个总线协议控制器作为监控主信道；两个CAN总线协议控制器中的另一个总 线协议控制器在开发测试阶段，作为标定及Bootloader信道使用；在正常运行阶段则作为 监控备用信道使用。所述的MCU通过串行数据输出引脚和串行数据输入引脚与CAN总线收 发器连接。
[0008] 本实用新型所述的上位机HM上的通信接口包括以太网、RS232/485或USB接口； 所述的传感器包括：转速传感器、排气温度传感器、水温传感器、燃气温度传感器、燃气压力 传感器、气化温度传感器、储罐压力传感器、储罐液位传感器和可燃气体浓度传感器；所述 的执行器包括冷却风扇、喷气阀、排空阀和油门拉线。
[0009] 本实用新型的组态是HMI上电开机后的操作界面，是实现人机交互的窗口，操作 人员通过其可以直观地监视和控制发动机运行。组态共设计有主界面、安防监控、表盘显 示、历史曲线等六个窗口。后台程序的任务是数据管理、通信控制和交互处理，HMI通过CAN 自定义协议来接收监视数据和发送控制命令。
[0010] 上位机HMI设计应用EV5000组态编辑软件，下位机E⑶程序基于模型设计（MBD) 自动生成代码后下载到单片机中。上位机HMI由外部24V蓄电池供电，下位机ECU由外部 12V蓄电池供电，内置电源管理模块，以对电压进行监视，并作出修正。
[0011] 本实用新型具有如下功能：
[0012] 显示功能：实时显视示发动机实际运行参数、性能指标；
[0013] 监视功能：在线自动监视数据范围，超上下限闪烁，火灾报警；
[0014] 控制功能：手动进行模式切换、风扇开关及紧急停机等触摸控制；
[0015] 记录功能：运行参数、状态记录和历史数据保存。
[0016] 本实用新型除了对燃气温度、燃气压力、瞬时气量、气化温度、储罐温度、储罐压力 等数据进行实时监测和超限值闪烁提醒外，还设置了燃气气量限制及燃气泄漏报警功能。
[0017] 本实用新型的有益效果是：监控系统为整套电控系统提供可视化支持，实现同时 对两台发动机的实时监控，提高双燃料发动机的实用性、可操作性和安全性；CAN总线在船 舶领域内的扩展应用，推进了分布式监控系统的实现。
【附图说明】
[0018] 下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0019] 图1为监控系统总体结构；
[0020] 图2为CAN总线收发器原理图；
[0021] 图3为监视数据接收流程；
[0022] 图4为控制命令发送流程；
[0023] 图5为ODT#3发送模型；
[0024] 图6为燃气泄露报警Stateflow逻辑。
【具体实施方式】
[0025] 现在结合附图和优选实施例对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简 化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关 的构成。
[0026] 如图1所示，监控系统硬件由传感器、执行器、挂载于CAN总线的上位机HMI和机 舱内的下位机E⑶四部分构成。上位机HMI设计应用EV5000组态编辑软件。下位机EOT 程序基于模型设计（MBD)自动生成代码后下载到单片机中。通信数据采用扩展帧类型数据 帧格式，下位机监测数据以广播方式发送，即网络上每个节点都可以收到数据，对于不需要 这些数据的节点，通过设置屏蔽码寄存器予以屏蔽。为了便于快速原型开发（RCP)，目标系 统针对飞思卡尔32位单片机MPC5634配置，自定义底层驱动块在Matlab/Simulink中利用 C-MEXS函数和TLC文件编写，封装S-Function后添加到Libraries供建模调用。
[0027] 下位机通信电路包含两个芯片：带有CAN控制器（FlexCAN)的MCU和CAN总线 收发器（TJA1050)。其中MCU负责数据采集与处理，完成初始化等特定功能；CAN控制器 (FlexCAN)负责实现网络协议，进行数据的发送和接收等通信任务。MCU内部集成了两 个CAN总线协议控制器（FlexCAN)，每个FlexCAN都支持CAN2. 0B协议，功能互不影响。 FlexCAN_A拥有64个消息缓冲区，作为监控主信道使用，FlexCAN_C拥有32个消息缓冲区， 在开发测试阶段，作为标定及Bootloader信道使用，在正常运行阶段则作为监控备用信道 使用。CAN总线收发器TJA1050是CAN控制器与物理总线之间的接口元件，实现对CAN总 线的差动发送和接收功能，并且与ISO11898标准兼容。CAN总线收发器TJA1050电路原 理图如图2所示。CAN协议控制器通过MCU的串行数据输出引脚TXD和串行数据输入引脚 RXD连接到收发器，而收发器则通过引脚CAN_H和CAN_L连接到总线网络。TJA1050使用额 定5V电源供电。参考电压Vref输出一个Vcc/2的额定电压。端口S用于模式控制，将其 接地则进入工作模式。收发器与CAN总线并不直接相连，而是采取了一定的安全和抗干扰 措施。CAN_H和CAN_L与地之间并联了一个"n型"滤波电路，而在两根CAN总线引脚与地 之间还分别接了一个瞬态抑制二极管。<