基于CAN总线的船舶机舱延伸报警系统

摘要：随着科学技术的发展，民船上船舶自动化程度也越来越高，船舶综合信息系统已经在机舱自动化中广泛用。在舰艇方面，综合舰载网络系统也发挥着重要作用。本文主要针对基于CAN总线的船舶机舱延伸报警系统进行简单的介绍。

关键词：CAN总线 船舶机舱 延伸报警系统

中图分类号：U6 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2013）05-0245-01

CAN是控制器局域网络（Controller Area Network），是目前 国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。为了对舰船机舱设备及环境的运行状态进行实时的监控，对延伸报警的稳定性与可靠性进行提高，基于CAN总线，实现船舶机舱延伸报警系统的应用。

1、系统功能简介

根据用户的实际要求，外来报警信号由系统主控进行接收，根据预定报警规则实现声光报警。为保证系统的稳定性，系统各构成部分均采用双路供电，并且提供失电报警，系统运行前所有硬件均进行自动监测，在运行过程中，对于运行状态实时进行监测，一旦出现通信错误，则会自动进行修正及报警。延伸报警单元与系统主控单元的数据是同步的，新接入的单元能够实时获取系统数据，并且都具备在线升级功能。在系统中，两个主控单元之间能够在自动和手动之间切换，在主控连接到报警信号以后，根据预定规则，报警信号直接发送到公共延伸报警单元及值班延伸报警单元进行声光同步报警，与此同时，报警信号传送到非值班延伸报警单元，如果值班人没有对报警信号进行确认处理，此时，主控就会将报警信息在广播系统中进行声光报警。

2、硬件结构及功能

在系统中，延伸报警单元与主控在硬件组成结构上比较类似，只是在功能方面存在一定的差别，系统在硬件组成上主要包含CAN总线模块、显示模块、声音报警模块、LPC1766最小系统、继电器输出控制模块。而主控中则还包含信号输入模块，延伸报警单元与主控的硬件组成如图1所示：

在系统中，所使用的双路供电电源分别通过单向二极管，然后经过自恢复保险丝进入DC-DC模块，模块主要是将24V电源降压到5V后提供给系统，其中LED主要是对5V工作电源及两个24V电源的供电状态进行指示。报警信息在延伸报警单元及主控中的LED及LCD显示，随着环境亮度的变化，LED亮度可以自动进行调节。系统中的两个LED对通信状态进行表示，一个表示CAN通信，一个表示通信故障。

在延伸报警单元上，通过中断方式实现报警消音及试音消除，这与主控相同，不同的是主控可以通过CAN网络接收上位机发出指令来实现，或者上位机直接发出控制信号来实现，归为控制方式，需要注意的是控制方式与中断方式只能选择一种。由于外部信号存在干扰，因此外部数据进入主控的时候要通过光电耦合器，对干扰信号进行隔离。

3、软件结构及功能

在系统运行过程中，为了实现对各个节点进行实时的监控，可以对每一个节点进行唯一的标识，这样该节点在发出CAN数据包的ID将节点的标识标记在其中，该系统中采用CAN2.0B扩展帧格式，数据帧的结构以及具体标识的含义如表1所示：

本数据包的优先权由数据包ID来确定，数据目的地、数据源及数据类型由DATA0、DATA1、DATA2分别来表示。就优先级而言，主要按照以下次序排列：主控板间的切换数据及设备数据、数据广播、延伸板同步申请、发回的非同步数据、主控板同步数据。系统的核心是主控，其主要具有通信状态监控、系统运行状态显示、外部数据读入与处理、系统人机结构等功能。

延伸报警单元的功能取决于主控机发出的声光报警信息，延伸报警系统可以划分为公共与非公共区域，区别在于公共区域只要接收到报警信息，就会发出报警，而非公共区域则要对接收到的报警信息进行判断，判断是出于群呼状态还是值班状态，只有在这两种状态下，才能发出声光报警，除此以外，只发出光报警。

4、系统测试

对系统进行测试的时候，主要进行系统功能、可靠性及环境适应性的测试。在工况那个测试上，主要测试其功能是否与设计功能相符，如延伸报警单元以及主控的声光报警、报警消音确认等，主控还包含延伸报警功能、主控迁移申请以及确认、值班人设计等。如果主控出现新的报警信号，则对报警信息立即进行广播，此时值班延伸报警单元发出声光报警，其它延伸单元发光报警，只有在值班延伸报警单元或者主控确认报警之后，声音报警才会消失，如果在预设时间内没有对报警信息进行确认，主控就会将报警信号通过广播向全部延伸报警单元及主控上发送，进行声光报警。在没有报警信号的情况下，系统只显示值班人等信息。根据功能测试的结果，可以对设计的目标进行明确，满足设计需求。进行系统可靠性测试主要包含对设备主控切换的实时性与系统对报警响应的实时性等方面的测试。对于环境适应性测试而言，主要针对系统的稳定性进行测试，经过实验室连续运行72小时的试验，系统无任何故障，将其安装在舰船上以后进行测试，也未出现任何问题，测试效果非常好。

结论

基于CAN总线的船舶机舱延伸报警系统，通过对系统的硬件、软件结构进行介绍，对系统在实际应用中进行测试，结果显示：该系统能够对多路报警信号根据预定规则进行报警，能够满足船舶机舱报警需求。多种报警综合监控的系统架构，对全船整体的监控有重要的作用，为了提高该系统的实际应用效果，还需要进一步对其进行完善。

参考文献：

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