基于微控制器的壓載水電解處理系統(tǒng)

【摘要】：船舶壓載水系統(tǒng)根據(jù)船舶的運行狀態(tài),調(diào)節(jié)全船壓載艙的載水量,使整船的吃水得到控制,保證船體橫向、縱向的平穩(wěn),避免空艙時船體上過大的彎曲力矩與剪切力。船舶壓載水循環(huán)造成了海水的地域性流動,為物種及病菌的地域性轉(zhuǎn)移提供了媒介,近年來海洋外來物種入侵的問題日益嚴(yán)重,壓載水管理也成為了相關(guān)部門重點關(guān)注的問題。在此背景下,一套可靠的船舶壓載水處理系統(tǒng)將會極大的提高港口生態(tài)安全等級,杜絕工作人員抽樣檢測壓載水過程中的弄虛作假行為,提高船舶的運行效率,同時有效的降低壓載水管理成本,從客觀上增加壓載水管理實效。 本文深入調(diào)研了行業(yè)常用的壓載水處理技術(shù),研究了國內(nèi)外使用比較廣泛的壓載水處理配套產(chǎn)品,設(shè)計了一套基于微控制器的壓載水電解處理系統(tǒng),整個設(shè)計過程中完成的主要任務(wù)如下： 第一,設(shè)計了壓載水電解系統(tǒng)的整體硬件構(gòu)架,介紹了系統(tǒng)中主要設(shè)備。第二,自主設(shè)計了一個基于ARM微控制器的壓載水處理系統(tǒng)控制板卡,描述了板卡的硬件電路架構(gòu)、主要元器件選型、關(guān)鍵環(huán)節(jié)的電路原理圖設(shè)計過程、PCB板的防潮處理工藝,整個板卡硬件可靠成本合理,可以保證在潮濕的船舶上穩(wěn)定工作。第三,設(shè)計了壓載水處理系統(tǒng)控制程序,具體描述了嵌入式操作系統(tǒng)的部署、外圍硬件的驅(qū)動程序設(shè)計,整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定,不會出現(xiàn)電磁干擾后的假死現(xiàn)象；另外,描述了抗飽和積分PID控制算法的C語言實現(xiàn),解決了累加積分引起的系統(tǒng)的震蕩和超調(diào)。第四,利用MCGS通用組態(tài)軟件設(shè)計了壓載水處理系統(tǒng)上位機(jī)控制界面,工作人員在上位機(jī)界面可以直接控制壓載水處理過程,檢測處理過程中的各種變量。 【關(guān)鍵詞】：壓載水處理 海水電解 微控制器 PID
【學(xué)位授予單位】：青島大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U664.92
【目錄】：

• 摘要2-3
• Abstract3-6
• 第一章 緒論6-10
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義6
• 1.2 壓載水管理領(lǐng)域產(chǎn)品及技術(shù)現(xiàn)狀6-8
• 1.2.1 壓載水管理技術(shù)現(xiàn)狀分析6-8
• 1.2.2 壓載水管理產(chǎn)品現(xiàn)狀分析8
• 1.3 課題所做的工作8-10
• 第二章 壓載水電解處理系統(tǒng)的硬件架構(gòu)10-18
• 2.1 船舶壓載水轉(zhuǎn)移外來物種的機(jī)制及后果10
• 2.2 防止船舶壓載水傳播有害生物和病原體的方法10-11
• 2.3 壓載水電解處理系統(tǒng)的整體架構(gòu)11-12
• 2.4 壓載水電解處理系統(tǒng)的主要組成設(shè)備12-18
• 2.4.1 壓載水過濾設(shè)備12-14
• 2.4.2 海水電解制氯處理液設(shè)備14-15
• 2.4.3 壓載水的余氯處理方法15-18
• 第三章 壓載水處理系統(tǒng)控制板卡的硬件設(shè)計18-28
• 3.1 壓載水處理系統(tǒng)控制板卡的硬件結(jié)構(gòu)定義18-19
• 3.2 壓載水處理系統(tǒng)控制板卡的主要芯片選型19-20
• 3.2.1 控制核心層微控制器芯片選型19-20
• 3.2.2 控制核心層存儲芯片選型20
• 3.2.3 接口層傳感器模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片選型20
• 3.2.4 電源穩(wěn)壓芯片選型20
• 3.3 壓載水處理系統(tǒng)控制板卡水質(zhì)采樣傳感器選型20-21
• 3.4 壓載水處理系統(tǒng)控制板卡的電路原理圖設(shè)計21-26
• 3.4.1 STM32F103微控制器外圍電路設(shè)計23-24
• 3.4.2 壓載水處理系統(tǒng)控制板卡與上位機(jī)的通訊接口電路24-25
• 3.4.3 ADS1146模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片輸入輸出電路設(shè)計25
• 3.4.4 LM2675穩(wěn)壓器的輸入輸出電路設(shè)計25-26
• 3.5 壓載水處理系統(tǒng)控制板卡的防水處理26-28
• 第四章 壓載水處理系統(tǒng)控制板卡的程序設(shè)計28-48
• 4.1 蜂窩陶瓷微孔過濾工作原理28-29
• 4.2 電解法壓載水氯處理工作原理29-30
• 4.3 壓載水處理系統(tǒng)控制程序設(shè)計30-34
• 4.3.1 壓載水過濾系統(tǒng)控制程序流程設(shè)計30-31
• 4.3.2 壓載水氯處理系統(tǒng)控制程序流程設(shè)計31-34
• 4.3.3 過濾器反沖清洗系統(tǒng)控制程序流程設(shè)計34
• 4.4 壓載水處理系統(tǒng)控制板卡嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計34-40
• 4.4.1 U-boot簡介及編譯配置34-36
• 4.4.2 微控制器外部設(shè)備驅(qū)動程序設(shè)計36-38
• 4.4.3 電解系統(tǒng)溫度傳感器驅(qū)動程序設(shè)計38-40
• 4.5 過濾器的反沖清洗流速PID控制設(shè)計40-47
• 4.6 壓載水處理控制板卡的調(diào)試47-48
• 第五章 壓載水控制系統(tǒng)操作界面的設(shè)計48-52
• 5.1 MCGS通用組態(tài)軟件的介紹48
• 5.2 MCGS設(shè)備的窗口組態(tài)48-49
• 5.3 壓載水處理系統(tǒng)主界面設(shè)計49-50
• 5.4 電解海水制氯處理劑控制界面設(shè)計50-52
• 結(jié)論52-54
• 參考文獻(xiàn)54-58
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果58-60
• 致謝60-62

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