基于MC9S12的船舶機艙遠程監(jiān)測系統(tǒng)研究

李海鳳

（渤海船舶職業(yè)學院，遼寧葫蘆島 125005）

0 引言

迅猛發(fā)展的科學技術(shù)成為現(xiàn)代工業(yè)進步的有效源泉，它使得現(xiàn)代船舶機艙監(jiān)測系統(tǒng)更加智能化、自動化、復雜化，與此同時，各個子系統(tǒng)之間更加相互關(guān)聯(lián)，這就要求船舶機艙監(jiān)測系統(tǒng)具有更強的安全性和可靠性[1]。

本系統(tǒng)采用具有CAN功能的MC9S12系列的單片機，可以對多路信號進行巡檢，并且編程簡單，具有RS232的通信能力，可以與上位計算機組網(wǎng)并進行遠程通信，監(jiān)測船舶機艙的各種信號，在出現(xiàn)故障時能夠快速、準確地實現(xiàn)報警并記錄。

1 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要由信號采集、數(shù)據(jù)傳輸和遠程監(jiān)控三個部分組成[2]。系統(tǒng)總體構(gòu)成如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計與實現(xiàn)

系統(tǒng)的硬件部分包括機艙中各種報警信號采集模塊和遠程通信模塊兩部分。報警信號采集模塊主要包括傳感器、前置放大器、濾波電路幾個部分。遠程通信模塊主要由單片機、信號發(fā)送模塊、存儲器、打印機、顯示器、電源電路等組成。系統(tǒng)硬件組成如圖2所示。

2.1 前置放大器

傳感器感應的信號較弱，并易受到電源、相連設(shè)備的干擾。因此在信號轉(zhuǎn)換之前，設(shè)計前置放大器如圖3所示[3]。

2.2 濾波電路

前置放大器中采用的是差分放大器，能夠有效地提高的共模抑制比，抑制共模信號，但還是一定的共模信號對有效的差模信號進行工頻（50 Hz）干擾，所以選擇雙T網(wǎng)絡(luò)有源陷波電路專門濾除工頻干擾[3]。電路如圖4所示。

2.3 單片機控制單元

系統(tǒng)是通過單片機控制通信模塊來實現(xiàn)報警數(shù)據(jù)的無線傳輸。單片機主要工作就是對報警信號進行采集，通過串口對通信模塊發(fā)送相關(guān)指令，使數(shù)據(jù)實現(xiàn)無線傳輸。本系統(tǒng)中的通信模塊采用的是GPRS模塊，它主要完成與單片機之間的數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)中控制芯片采用單片機MC9S12XS128，這種單片機具有以上特點：

1）總線頻率很高，處理能力快；

2）單片機內(nèi)部程序中增加了172條額外指令，可執(zhí)行32位計算；

3）在片內(nèi)還擁有128 kB的Flash ROM，8kB的RAM和2 kB的EEPROM；

4）具備完全的CAN功能，改進了中斷處理能力；

5）集成了中斷控制器，具有豐富的尋址方式。有7個優(yōu)先級，最多可有117個中斷源。

2.4 無線通信模塊

SIM300可實現(xiàn)GPRS模塊與遠程服務器之間的數(shù)據(jù)交換。

1）頻帶范圍寬。它是是一款三頻段GSM/GPRS模塊，可在全球范圍內(nèi)的 EGSM 900 MHZ、DCS1800 MHZ、 PCS1900 MHZ三種頻率下工作，能夠提供多達10種的GPRS多信道類型。

2） 內(nèi)部有RS-232電平轉(zhuǎn)換電路，可以使模塊和PC機直接相連。

3） 只要在GPRS網(wǎng)絡(luò)支持的范圍內(nèi)，通過此模塊的GPRS功能用戶能夠?qū)崿F(xiàn)無線上網(wǎng)。

單片機通過AT指令(Attention)對SIM300實現(xiàn)控制，數(shù)據(jù)傳輸是通過單片機的SCI串口來進行的。AT指令集是從終端設(shè)備或數(shù)據(jù)終端設(shè)備向終端適配器或數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備發(fā)送的。用戶可以通過AT指令進行呼叫、電話本、短信、傳真、數(shù)據(jù)業(yè)務等方面的控制[4]。AT指令編程簡單，使用它可以配置調(diào)制解調(diào)器，配合各種通信軟件工作，與遠端系統(tǒng)通信，發(fā)起或應答一個呼叫。

4）系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)

監(jiān)測系統(tǒng)通過對軟件設(shè)計的分析，可以更加明確整個系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計思路。系統(tǒng)軟件包括兩部分：監(jiān)測終端軟件和遠程服務器監(jiān)測軟件。監(jiān)測終端軟件即為單片機MC9512XS128編程軟件，可以在Code Warrior開發(fā)環(huán)境中開發(fā)進行的，可生成可執(zhí)行文件并下載到單片機中[5]。主要是完成監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)的采集控制、A/D轉(zhuǎn)換、發(fā)送等功能;遠程服務器監(jiān)測軟件是遠程計算機軟件，主要是完成對各種電信號數(shù)據(jù)的接收、顯示、存儲及報警等功能。

3 結(jié)論

本文設(shè)計了一種基于單片機的具有遠程通信功能的船舶機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)，可以通過數(shù)據(jù)采集模塊，將有效信息傳送到單片機，完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和處理，并可進行獨立報警和延伸顯示;同時可將信息數(shù)據(jù)傳送到遠程監(jiān)測站，并可進行顯示、報警和打印處理等操作。

[1] 趙杰，崔益烽，劉小龍. 某型登陸艇機艙綜合監(jiān)測報警系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 船電技術(shù)，2011, (9)：38-40.

[2] 莊肖波，戴曉強，劉維. 船舶機艙監(jiān)控報警平臺的設(shè)計[J]. 船海工程，2006, 35(1)：52-54.

[3] 祁欣, 陳娟, 劉殿魁.利用近飽和磁化產(chǎn)生的巴克豪森效應測量鐵磁件二軸應力.計量學報，1999, (1).

[4] 李朝青. 單片機&DSP外圍數(shù)字IC技術(shù)手冊「M〕.北京：北京航空航天大學出版社，2003.

[5] 求是科技. 單片機典型模塊設(shè)計實例導航「M〕.北京：人民郵電出版社，2006.