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随着船舶自动化水平的提高和我国造船业的迅速发展,船舶配套设备的市场需求日益增长,本文根据市场需求,设计了一种适用于中小型船舶的高精度液位巡检系统。系统由磁致伸缩液位传感器、16路智能巡检仪和上位机三大部分组成,可对16个液体舱的液位进行实时、高精度、远距离监测,具备超限报警功能,当被测液体舱的液位超过报警值时,系统能及时发出警报,以保证船舶的航行安全。
高精度液位测量是本系统的要点和难点,本文分析了海浪的特点及海浪对系统液位测量精度的影响,通过比较分析现有的各种海浪滤波方法,选用了适用于非线性、非稳定系统的数据处理方法一经验模态分解法对采样数据进行海浪滤波处理,以实现高精度液位测量。仿真结果表明,经验模态分解法可有效滤除海浪干扰,分解后的趋势项与实际液位非常接近,大大降低系统测量误差,提高液位的测量精度。当然,高精度液位测量的前提是要准确测量液体液位,系统选用高精度的液位传感器--磁致伸缩液位传感器测量液体舱的液位。
系统移植了专门用于51系列单片机的嵌入式实时操作系统Sma,llRTOS51。移植操作系统,可将应用分解成多任务,各个任务之间合理地分配CPU的时间和系统资源,简化系统软件设计;可提高系统的实时性,使其接近理论上能达到的最好水平;良好的多任务设计,有助于提高系统的稳定性与可靠性。文中对操作系统的移植、驱动程序的编写和应用程序的实现作了较详细的论述。
16路智能巡检仪是本设计的重点,文中详细讨论了智能巡检仪的设计方法。根据系统功能需求,综合考虑系统稳定性、实用性和系统资源合理利用等因素,选择华邦公司的W78E516单片机作为主CPU,软件设计中移植嵌入式实时操作系统SmallRTOS51。船用智能巡检仪可巡回检测16路4~20mA信号,具有液晶显示、报警和485通讯等功能,可集中、远程监测被测舱的液位,符合船舶自动化的发展趋势,具有实用性强,可靠性高等特点。
选用Windows下的可视化编程语言VisualBasic为上位机编程语言。上位机主要实现与下位机通讯,采用经验模态分解法对采样数据进行海浪滤波处理,求取液位值和各通道报警值,集中显示各路液位值和报警状态等功能。