開題報(bào)告

電氣工程及自動(dòng)化

船舶吃水量采集與顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

一、綜述本課題國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義：

現(xiàn)在的技術(shù)和科技手段限制，對(duì)船舶實(shí)際吃水量信息的采集還是主要靠人工觀察船舷邊的水尺刻度來得到。這就意味著大型船舶的駕駛員必須掌握船舶左、右、舷、首、中、尾六個(gè)部位的吃水信息，計(jì)算出船舶的穩(wěn)定性，才可以正確的掌握船舶裝載情況并配以其它數(shù)據(jù)，左右吃水差，船舶搖擺周期，橫傾角，前后吃水差，縱傾角等一些重要的穩(wěn)定性參數(shù)。因此為了準(zhǔn)確的測(cè)量船舶吃水量，在錨泊及觀察船體外部水尺刻度，以及只能在船舶靠岸或者錨泊時(shí)進(jìn)行，需要放繩梯，既費(fèi)時(shí)又危險(xiǎn)。

船舶吃水量根據(jù)檢測(cè)方法的不同，吃水量大體上就可以分成兩種類型：船舶實(shí)際吃水量和船舶型吃水量。船舶型吃水量指的是水平線面到船底龍骨板上緣的垂直距離，但是船舶實(shí)際上的吃水量是指水平線面到船底龍骨板下緣的垂直距離，與船舶的實(shí)際吃水量就相差一個(gè)龍骨板的厚度。所以船舶的型吃水量是船舶設(shè)計(jì)及進(jìn)行性能分析時(shí)所考慮的，應(yīng)該就是船舶實(shí)際吃水量，在過淺灘、系靠碼頭、船舶出港和裝卸貨物時(shí)應(yīng)該考慮的，所以本文討論的船舶吃水量時(shí)是指的就是船舶的實(shí)際吃水量。

相關(guān)學(xué)者對(duì)于船舶吃水量信息測(cè)量的理論模型進(jìn)行了研究。水下測(cè)距技術(shù)為船舶吃水量信息測(cè)量系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，相對(duì)于說激光測(cè)距、紅外測(cè)距、雷達(dá)、電子測(cè)距等測(cè)距手段，聲納測(cè)距技術(shù)在水下測(cè)量中更具有傳輸速度快、衰減小等的優(yōu)點(diǎn)，所以聲納測(cè)距成為了主要的水下測(cè)距手段。下面五種基于聲納測(cè)距技術(shù)的船舶吃水量信息采集方法的理論模型。1.水中固定法；2.雙側(cè)深儀檢測(cè)法；3.換能器陣檢測(cè)法；4.側(cè)掃聲納圖像處理法；5.水底固定法。

1.水底固定法。在水域航道的一個(gè)斷面的水底安裝換能器陣列。換能器向垂直方向上發(fā)送超聲波。當(dāng)有船舶經(jīng)過時(shí)，超聲波則被船底反射，又一次被換能器陣列接受。從而捕捉到船舶底面反射的信息，進(jìn)行判斷和計(jì)算船舶的吃水量。

2.水中固定法。將其測(cè)量設(shè)備安裝在一個(gè)斷面上，信號(hào)發(fā)生器裝置安裝在斷面的一側(cè)，而信號(hào)接收器裝置安裝在斷面的另一側(cè)。這兩個(gè)裝置由其多個(gè)傳感儀器構(gòu)成，裝置距離水平面的距離為該河段航道基本水深。裝置采用了固定安裝方式，安裝位置需要根據(jù)當(dāng)前水位進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。裝置安裝在半圓柱的支架內(nèi)，測(cè)量儀器就可以在支架內(nèi)實(shí)現(xiàn)上下移動(dòng)，并鎖定在指定位置。

3.換能器陣檢測(cè)法。在一個(gè)水域斷面處左右兩側(cè)各安裝一個(gè)傳感器陣列。單個(gè)傳感器采用單波束的超聲波傳感器。為了保證測(cè)量的精度，盡量選用波束角小的換能器。假使每個(gè)傳感器的波束角為40度，每一個(gè)陣列可用22個(gè)傳感器單元對(duì)測(cè)量區(qū)域的完全覆蓋。

4.雙測(cè)深儀檢測(cè)法。雙測(cè)深儀檢測(cè)法是由兩個(gè)測(cè)深儀和一個(gè)壓力傳感器構(gòu)成，1號(hào)測(cè)深儀靠近水平面安放，能確保檢測(cè)出船舶與岸邊的距離。2號(hào)測(cè)深儀與壓力傳感器安裝在同一位置，保證安裝深度大于該河段航道維護(hù)水深。

目前，國內(nèi)外也尚無船舶吃水量信息采集和顯示的成套系統(tǒng)設(shè)備，相關(guān)的專題研究仍處于技術(shù)研究階段。以上測(cè)量模型雖理論上可行，但是理論模型對(duì)現(xiàn)實(shí)的狀況畢竟做了大量的簡化。而且方案與安裝方式緊密相關(guān)，而安裝方式是由現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境決定的。所以當(dāng)測(cè)量方案放到實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境必須經(jīng)過大幅度調(diào)整，才能實(shí)現(xiàn)船舶吃水量信息的測(cè)量。因此本文在以往的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化方案，采用簡潔可行的方案，具有重大的意義。

本課題主要是在船舶吃水深度測(cè)量的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步重點(diǎn)研究船舶壓載水艙的自動(dòng)控制，單片機(jī)的抗干擾設(shè)計(jì)以及單片機(jī)的控制電路設(shè)計(jì)。船舶吃水量的采集是其中的最重要的一塊，也是本課題開始的部分，更加是我們的先決條件。研究船舶吃水量的采集與顯示和時(shí)代的潮流也是船舶發(fā)展面臨的問題。對(duì)于節(jié)約能源、降低運(yùn)輸成本、提高船舶安全性和可靠性以及促進(jìn)船舶的發(fā)展具有重要的意義。

因此完全有必要采用現(xiàn)代化技術(shù)的手段，對(duì)通航船舶，特別是船舶的實(shí)際吃水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)快速檢測(cè)，開發(fā)建設(shè)船舶吃水量信息采集與顯示系統(tǒng)。對(duì)船舶超吃水信息狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和顯示，實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶載運(yùn)量和實(shí)際吃水量信息的快速實(shí)時(shí)檢測(cè)，通過顯示，配套以相應(yīng)的管理處理機(jī)制，解決通航船易碰撞擱淺的安全隱患，減少和避免船舶事故的發(fā)生，保障通航安全，保障水道運(yùn)輸大通道的安全通暢，具有重大現(xiàn)實(shí)意義。

本文結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目需求，在對(duì)比吃水量信息采集方法后，應(yīng)用壓力傳感器測(cè)量吃水深度，在傳感器檢測(cè)吃水量信息的基礎(chǔ)上，通過A/D轉(zhuǎn)換，采用單片機(jī)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，分析和顯示。傳感器檢測(cè)的數(shù)據(jù)一部分傳給了單片機(jī)，另一部分傳給了壓載水艙，通過傳感器測(cè)量的模擬量進(jìn)行電壓的比較，來控制繼電器的工作。PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)則根據(jù)繼電器的啟動(dòng)信號(hào)進(jìn)行壓載水艙水量的自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了船舶的平衡，具有非常重大的意義。

二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題：

1.查找吃水深度測(cè)量方法，通過比對(duì)查找最佳的方法。

2.熟悉單片機(jī)控制系統(tǒng)，尋求最優(yōu)的芯片進(jìn)行簡易，方便的控制。

3.在船舶吃水量信息采集與顯示的基上，聯(lián)系實(shí)際，完善系統(tǒng)。

4.總結(jié)得出結(jié)論。

三、研究步驟、方法及措施：

步驟及方法：

(1)了解船舶吃水深度測(cè)量的研究。

(2)分析相關(guān)的船舶吃水的深度測(cè)量的技術(shù)。

(3)設(shè)計(jì)自己的吃水量采集和顯示以及自動(dòng)控制壓載水艙平衡。

(4)分析控制效果。

(5)總結(jié)得出結(jié)論。

措施：圖書館查找相關(guān)的書籍、期刊、雜志等，通過上網(wǎng)尋找相關(guān)的一些資料，查看當(dāng)代對(duì)該技術(shù)的研究成果和最新的動(dòng)態(tài)。然后通過對(duì)這些資料的學(xué)習(xí)和研究進(jìn)一步的熟悉和理解設(shè)計(jì)所需的相關(guān)知識(shí)。在設(shè)計(jì)過程中及時(shí)與指導(dǎo)老師探討，對(duì)不了解的問題及時(shí)向老師請(qǐng)教。

四、參考文獻(xiàn)：

[1]周達(dá)超.船舶吃水量采集處理系統(tǒng)的研究[J].大連海事大學(xué)碩士論文.[2]凌玉華.單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].長沙：中南大學(xué)出版社，2006.[3]何立民.單片機(jī)高級(jí)教程[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999.[4]丁元杰.單片微機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.[5]范永勝.電氣控制與PLC應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2010.[6]謝永和.漁船船體及船舶設(shè)備[M].北京：海軍出版社，2004.[7]沙占友，王彥朋，孟志永.單片機(jī)外圍電路的設(shè)計(jì)[M].北京：電子出版社，2003.[8]劉艷玲.采用從MAX232實(shí)現(xiàn)MCS-51單片機(jī)與PC機(jī)的通信[J].天津理工學(xué)院學(xué)報(bào)，1999.15(2)：57～60.[9]李博.電阻應(yīng)變式壓力傳感器的電阻公式[J].東北工學(xué)院報(bào)，總第62期.[10]

Josef

Tapken

MOBY//PLC

--

Graphical

Development

ofPLC-Automata

University

of

Oldenburg

Department

of

Computer

Science

P.O.Box

2503,D-26111

Oldenburg,Germany.