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摘 要：随着科学技术的不断发展，船舶自动化电站也不断更新技术和设备，作为高效率高质量的航海实践教学设备，陆上自动化机舱在航海实践中有着极其重要的作用。作为幅员辽阔的临海大国，中国的航海教育却面临着停滞不前的问题，相对滞后的理念和设施是中国航运发展的一大难题。当前，中国最新引进了嵌入式监视仪表，加强对船舶自动化研究和探索。本文具体介绍了船舶自动化中嵌入式监视仪表的设计应用和具体应用，加深对船舶自动化的探究。
关键词：嵌入式；监视仪表；船舶自动化；电站；应用
0引言
随着陆上自动化理论和技术的不断进步，船舶自动化电站也在不断地发展和更新之中，由部分自动化不断发展到全面自动化的监测与控制机舱。20世纪80年代初，我国的航运事业蒸蒸日上，逐渐跻身航运大国之列。因而，培养有实践能力的船员也成为了当务之急，主要包括实验操作、测试评估和海上实习等重要环节。我国也在不断提倡配备科学、合理的航海教學设施，自动化机舱电站成为了重要的航海教学设施，它不仅是船员实践学习的平台，也为科学研究提供了重要的基地。
1船舶自动化中嵌入式监视仪表的设计应用
1.1嵌入式监视仪表的硬件设计
以交流电380V、50HZ的船舶电站为例，动力源采用柴油发电机组，其中主发电机组两台，备用发电机组一台。主屏电屏要时刻记录显示每台发电机组的实时情况。如图1所示。
图1船舶自动化电站与监视仪表
1.1.1嵌入式监视仪表的整体硬件的电路
嵌入式监测仪表是船舶自动化电站的设计核心，主要用于测量和监视发电机组和电网的重要参数。发电机组和电网的三项电压和电流取样和进行隔离的主要工具是电压互感器和电流互感器，而且参数量程的范围要符合DSP 的A/D进行转换的范围。然而一般的大信号很难做到，这就需要精度较高的互感器，加强信号来调理电路的走向，例如电流变换电路、极性变换电路等。
在自动化装置DSP数字信号处理能力和事件管理能力都很强，在采集、运算和处理数据方面有很重要的作用，主要采用32位定点数字信号处理器，主频设置了丰富的片内外设，有8级流水线，最大可达150MHz。
1.1.2抗混叠和极性变换电路
只有有限宽带信号才能经过A/D进行转换，因此在转换模数之前，信号必须将高频信号经过抗混叠的模拟滤波器过滤掉。但是由于现实的局限性，无法制造出十分理想的滤波器，因此需要借助一个保护袋进行过渡，50Hz的信号是最为理想化的。经过过滤之后，正负交替的交流信号还是存在的，因此DSP中的A/D转换必须采用极性调理电路将信号确定在0-3V之间。
1.1.3接口显示电路
在船舶自动化中安装嵌入式的监视仪表运行过程中，为了进行人机交互，将监视系统显示的界面图形化是必不可少的一项功能，它能够显示丰富的信息和电力参数，直观的反映监视仪表运行的实时状态，使得操作更加方便，检修更加容易。
1.2嵌入式监视仪表的软件设计
1.2.1用DSP法处理嵌入式监视仪表的监视参数
计算监视参数，即通过计算机软件将采集到的数据信息的电压和电流参数的序列进行记录，通过各种参数计算将电压和电流的实部和虚部计算出来。一般常用的参数数据包括监视电压、电流、频率、功率和谐波等电量，在分析电力质量时，要充分结合以上电量，以实现遥测、遥信和遥控灯船舶自动化的基本工作。
1.2.2用DSP软件实现嵌入式监视仪表的监视参数处理
用DSP软件实现嵌入式监视仪表的监视参数处理主要有两种方式，一种是数字滤波，一种是快速计算。其中数字滤波可以使用FIR和IIR进行处理，主要是FIR滤波，为了快速计算大量的监视参量数据，不仅要采用处理速度较快的芯片等硬件，还要采用快速傅立叶变换等软件。
1.2.3设计程序的显示
嵌入式监视仪表采用uCDUI的显示界面，主要支持嵌入式的图形，广泛应用于使用LCD图形的接口，不仅适用于单任务系统，还可以运用到多任务的环境中，由不同模块中的不同的层组成。使用之前，用户首先需要设计LCD的驱动程序和应用程序。例如，设置不同层次的主题要求，之后在进行操作时只需要在主界面根据不同的需求点击相应的菜单即可。
2船舶自动化中嵌入式监视仪表的具体应用
2.1船舶自动化中嵌入式微机系统的应用
传统的通用工控的PC端和控制板卡式的数据采集的方式广泛应用于船舶控制当中，但是在探索动态模型以及研究环仿真的半实物模式的过程中，无法兼顾数据的实时性和精确度，而这方面又必须有所突破。船舶自动化则很好地解决了这个问题。嵌入式微机系统中的嵌入式仿真平台将实时操作和双核处理结构完整地结合起来，以实现了实时控制实践操作。嵌入式微机系统的主处理器是ARM核微控制器，主要负责整个系统的操作系统和加载启动应用系统。DSP 将船舶自动化测量出的相关参数数据进行数学计算，再将相关数据传送给ARM，最后由ARM将数据传输给外界。
2.2船舶自动化中数字化监视仪表的应用
船舶自动化中的监视仪表采用了密度较高的LED智能显示仪表，为了便于船员的管理，主要有两种显示方法，分别是数字和模拟，这样不仅可以显示正负方向，精度也达到了很高的标准。核心仪表也是一块微控制器，包括存储器、A/D转换器和CAN通信控制器等，性价比和集成度都很高，主要涉及的相关数字处理有数字滤波、分程显示等，还可以实现校验控制和自动零位。
2.3船舶自动化中多总线技术和嵌入式监视仪表的仿真应用
20世纪90年代初世界先进的船舶中已经开始使用船舶自动化多总线技术，在运行过程中将多种独立的控制系统集合起来组成一个总线系统，综合模拟船舶机舱的控制过程，实现了船舶自动化嵌入式监视仪表的仿真和半实物仿真，很好地解决了船舶自动化中的孤岛问题，在通讯方式不统一的复杂环境下进一步实现了软件系统间的信息交流和传递，并在实际中广泛运用。
3结束语
随着科学技术的不断发展，现代船舶也在逐渐实现自动化，其中嵌入式监视仪表是一项重要的研究方向和对象，实现技术的不断更新和发展。当前，国内的船舶自动化电站还处在一个不成熟的发展阶段，不能完全满足国内船舶业的迅速发展。因此，在加深对嵌入式监视仪表的研究和探索过程中，要积极采取措施进行应对。
【参考文献】
[1]王强，陈飞凌.基于嵌入式Linux裁剪系统的高性能流媒体服务器[J].电力系统自动化，2010，34（11）：98-100.
[2]杨本和，岳喜顺.基于微处理器的嵌入式Internet系统研究与实现[J].计算机测量与控制，2013，21（1）：188-189，203.
[3]张群洪，陈金旺.基于嵌入式系统和CAN总线的电力配网通信管理系统的设计和实现[J].电力学报，2010，25（2）：155-158.
关键词：嵌入式；监视仪表；船舶自动化；电站；应用
0引言
随着陆上自动化理论和技术的不断进步，船舶自动化电站也在不断地发展和更新之中，由部分自动化不断发展到全面自动化的监测与控制机舱。20世纪80年代初，我国的航运事业蒸蒸日上，逐渐跻身航运大国之列。因而，培养有实践能力的船员也成为了当务之急，主要包括实验操作、测试评估和海上实习等重要环节。我国也在不断提倡配备科学、合理的航海教學设施，自动化机舱电站成为了重要的航海教学设施，它不仅是船员实践学习的平台，也为科学研究提供了重要的基地。
1船舶自动化中嵌入式监视仪表的设计应用
1.1嵌入式监视仪表的硬件设计
以交流电380V、50HZ的船舶电站为例，动力源采用柴油发电机组，其中主发电机组两台，备用发电机组一台。主屏电屏要时刻记录显示每台发电机组的实时情况。如图1所示。
图1船舶自动化电站与监视仪表
1.1.1嵌入式监视仪表的整体硬件的电路
嵌入式监测仪表是船舶自动化电站的设计核心，主要用于测量和监视发电机组和电网的重要参数。发电机组和电网的三项电压和电流取样和进行隔离的主要工具是电压互感器和电流互感器，而且参数量程的范围要符合DSP 的A/D进行转换的范围。然而一般的大信号很难做到，这就需要精度较高的互感器，加强信号来调理电路的走向，例如电流变换电路、极性变换电路等。
在自动化装置DSP数字信号处理能力和事件管理能力都很强，在采集、运算和处理数据方面有很重要的作用，主要采用32位定点数字信号处理器，主频设置了丰富的片内外设，有8级流水线，最大可达150MHz。
1.1.2抗混叠和极性变换电路
只有有限宽带信号才能经过A/D进行转换，因此在转换模数之前，信号必须将高频信号经过抗混叠的模拟滤波器过滤掉。但是由于现实的局限性，无法制造出十分理想的滤波器，因此需要借助一个保护袋进行过渡，50Hz的信号是最为理想化的。经过过滤之后，正负交替的交流信号还是存在的，因此DSP中的A/D转换必须采用极性调理电路将信号确定在0-3V之间。
1.1.3接口显示电路
在船舶自动化中安装嵌入式的监视仪表运行过程中，为了进行人机交互，将监视系统显示的界面图形化是必不可少的一项功能，它能够显示丰富的信息和电力参数，直观的反映监视仪表运行的实时状态，使得操作更加方便，检修更加容易。
1.2嵌入式监视仪表的软件设计
1.2.1用DSP法处理嵌入式监视仪表的监视参数
计算监视参数，即通过计算机软件将采集到的数据信息的电压和电流参数的序列进行记录，通过各种参数计算将电压和电流的实部和虚部计算出来。一般常用的参数数据包括监视电压、电流、频率、功率和谐波等电量，在分析电力质量时，要充分结合以上电量，以实现遥测、遥信和遥控灯船舶自动化的基本工作。
1.2.2用DSP软件实现嵌入式监视仪表的监视参数处理
用DSP软件实现嵌入式监视仪表的监视参数处理主要有两种方式，一种是数字滤波，一种是快速计算。其中数字滤波可以使用FIR和IIR进行处理，主要是FIR滤波，为了快速计算大量的监视参量数据，不仅要采用处理速度较快的芯片等硬件，还要采用快速傅立叶变换等软件。
1.2.3设计程序的显示
嵌入式监视仪表采用uCDUI的显示界面，主要支持嵌入式的图形，广泛应用于使用LCD图形的接口，不仅适用于单任务系统，还可以运用到多任务的环境中，由不同模块中的不同的层组成。使用之前，用户首先需要设计LCD的驱动程序和应用程序。例如，设置不同层次的主题要求，之后在进行操作时只需要在主界面根据不同的需求点击相应的菜单即可。
2船舶自动化中嵌入式监视仪表的具体应用
2.1船舶自动化中嵌入式微机系统的应用
传统的通用工控的PC端和控制板卡式的数据采集的方式广泛应用于船舶控制当中，但是在探索动态模型以及研究环仿真的半实物模式的过程中，无法兼顾数据的实时性和精确度，而这方面又必须有所突破。船舶自动化则很好地解决了这个问题。嵌入式微机系统中的嵌入式仿真平台将实时操作和双核处理结构完整地结合起来，以实现了实时控制实践操作。嵌入式微机系统的主处理器是ARM核微控制器，主要负责整个系统的操作系统和加载启动应用系统。DSP 将船舶自动化测量出的相关参数数据进行数学计算，再将相关数据传送给ARM，最后由ARM将数据传输给外界。
2.2船舶自动化中数字化监视仪表的应用
船舶自动化中的监视仪表采用了密度较高的LED智能显示仪表，为了便于船员的管理，主要有两种显示方法，分别是数字和模拟，这样不仅可以显示正负方向，精度也达到了很高的标准。核心仪表也是一块微控制器，包括存储器、A/D转换器和CAN通信控制器等，性价比和集成度都很高，主要涉及的相关数字处理有数字滤波、分程显示等，还可以实现校验控制和自动零位。
2.3船舶自动化中多总线技术和嵌入式监视仪表的仿真应用
20世纪90年代初世界先进的船舶中已经开始使用船舶自动化多总线技术，在运行过程中将多种独立的控制系统集合起来组成一个总线系统，综合模拟船舶机舱的控制过程，实现了船舶自动化嵌入式监视仪表的仿真和半实物仿真，很好地解决了船舶自动化中的孤岛问题，在通讯方式不统一的复杂环境下进一步实现了软件系统间的信息交流和传递，并在实际中广泛运用。
3结束语
随着科学技术的不断发展，现代船舶也在逐渐实现自动化，其中嵌入式监视仪表是一项重要的研究方向和对象，实现技术的不断更新和发展。当前，国内的船舶自动化电站还处在一个不成熟的发展阶段，不能完全满足国内船舶业的迅速发展。因此，在加深对嵌入式监视仪表的研究和探索过程中，要积极采取措施进行应对。
【参考文献】
[1]王强，陈飞凌.基于嵌入式Linux裁剪系统的高性能流媒体服务器[J].电力系统自动化，2010，34（11）：98-100.
[2]杨本和，岳喜顺.基于微处理器的嵌入式Internet系统研究与实现[J].计算机测量与控制，2013，21（1）：188-189，203.
[3]张群洪，陈金旺.基于嵌入式系统和CAN总线的电力配网通信管理系统的设计和实现[J].电力学报，2010，25（2）：155-158.