基于微控制器的压载水电解处理系统

【摘要】：船舶压载水系统根据船舶的运行状态,调节全船压载舱的载水量,使整船的吃水得到控制,保证船体横向、纵向的平稳,避免空舱时船体上过大的弯曲力矩与剪切力。船舶压载水循环造成了海水的地域性流动,为物种及病菌的地域性转移提供了媒介,近年来海洋外来物种入侵的问题日益严重,压载水管理也成为了相关部门重点关注的问题。在此背景下,一套可靠的船舶压载水处理系统将会极大的提高港口生态安全等级,杜绝工作人员抽样检测压载水过程中的弄虚作假行为,提高船舶的运行效率,同时有效的降低压载水管理成本,从客观上增加压载水管理实效。 本文深入调研了行业常用的压载水处理技术,研究了国内外使用比较广泛的压载水处理配套产品,设计了一套基于微控制器的压载水电解处理系统,整个设计过程中完成的主要任务如下： 第一,设计了压载水电解系统的整体硬件构架,介绍了系统中主要设备。第二,自主设计了一个基于ARM微控制器的压载水处理系统控制板卡,描述了板卡的硬件电路架构、主要元器件选型、关键环节的电路原理图设计过程、PCB板的防潮处理工艺,整个板卡硬件可靠成本合理,可以保证在潮湿的船舶上稳定工作。第三,设计了压载水处理系统控制程序,具体描述了嵌入式操作系统的部署、外围硬件的驱动程序设计,整个系统运行稳定,不会出现电磁干扰后的假死现象；另外,描述了抗饱和积分PID控制算法的C语言实现,解决了累加积分引起的系统的震荡和超调。第四,利用MCGS通用组态软件设计了压载水处理系统上位机控制界面,工作人员在上位机界面可以直接控制压载水处理过程,检测处理过程中的各种变量。 【关键词】：压载水处理 海水电解 微控制器 PID
【学位授予单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U664.92
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-6
• 第一章 绪论6-10
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义6
• 1.2 压载水管理领域产品及技术现状6-8
• 1.2.1 压载水管理技术现状分析6-8
• 1.2.2 压载水管理产品现状分析8
• 1.3 课题所做的工作8-10
• 第二章 压载水电解处理系统的硬件架构10-18
• 2.1 船舶压载水转移外来物种的机制及后果10
• 2.2 防止船舶压载水传播有害生物和病原体的方法10-11
• 2.3 压载水电解处理系统的整体架构11-12
• 2.4 压载水电解处理系统的主要组成设备12-18
• 2.4.1 压载水过滤设备12-14
• 2.4.2 海水电解制氯处理液设备14-15
• 2.4.3 压载水的余氯处理方法15-18
• 第三章 压载水处理系统控制板卡的硬件设计18-28
• 3.1 压载水处理系统控制板卡的硬件结构定义18-19
• 3.2 压载水处理系统控制板卡的主要芯片选型19-20
• 3.2.1 控制核心层微控制器芯片选型19-20
• 3.2.2 控制核心层存储芯片选型20
• 3.2.3 接口层传感器模数转换芯片选型20
• 3.2.4 电源稳压芯片选型20
• 3.3 压载水处理系统控制板卡水质采样传感器选型20-21
• 3.4 压载水处理系统控制板卡的电路原理图设计21-26
• 3.4.1 STM32F103微控制器外围电路设计23-24
• 3.4.2 压载水处理系统控制板卡与上位机的通讯接口电路24-25
• 3.4.3 ADS1146模数转换芯片输入输出电路设计25
• 3.4.4 LM2675稳压器的输入输出电路设计25-26
• 3.5 压载水处理系统控制板卡的防水处理26-28
• 第四章 压载水处理系统控制板卡的程序设计28-48
• 4.1 蜂窝陶瓷微孔过滤工作原理28-29
• 4.2 电解法压载水氯处理工作原理29-30
• 4.3 压载水处理系统控制程序设计30-34
• 4.3.1 压载水过滤系统控制程序流程设计30-31
• 4.3.2 压载水氯处理系统控制程序流程设计31-34
• 4.3.3 过滤器反冲清洗系统控制程序流程设计34
• 4.4 压载水处理系统控制板卡嵌入式系统软件设计34-40
• 4.4.1 U-boot简介及编译配置34-36
• 4.4.2 微控制器外部设备驱动程序设计36-38
• 4.4.3 电解系统温度传感器驱动程序设计38-40
• 4.5 过滤器的反冲清洗流速PID控制设计40-47
• 4.6 压载水处理控制板卡的调试47-48
• 第五章 压载水控制系统操作界面的设计48-52
• 5.1 MCGS通用组态软件的介绍48
• 5.2 MCGS设备的窗口组态48-49
• 5.3 压载水处理系统主界面设计49-50
• 5.4 电解海水制氯处理剂控制界面设计50-52
• 结论52-54
• 参考文献54-58
• 攻读学位期间的研究成果58-60
• 致谢60-62

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