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船舶机舱监控报警系统作为船舶自动化中一项重要的内容,主要功能是监控机舱中各种设备的工作状态和运行参数,保证船舶安全、可靠的行驶。一个完整的监视与报警系统由三部分组成：(1)分布在机舱各监视点的传感器；(2)安装在集中控制室内的控制柜和监视仪器或监视屏；(3)安装在驾驶台、公共场所、轮机长和轮机员居室的延伸报警箱。分布式处理单元(Distributed Processing Unit, DPU),是采用模块化设计、具有通信功能的智能现场I/O单元。它是船舶机舱监控报警系统的重要组成部分。每艘船上都有上百个,甚至更多的DPU分布在机舱各处。DPU与传感器或者执行器相连,可独立实现参数的监视、报警和控制。本文以MSP430F149为处理器,采用双路冗余CAN总线设计,设计并实现了开关量输入、开关量输出、0-5V电压输入、0-5V电压输出、4-20mA输入以及热电阻信号输入模块。并实现了信号调理、数据处理以及通信等功能。论文首先依据《中华人民共和国船舶行业标准》、《钢质海船入级规范》、CiA DSP307船用电子框架以及相关文献,确定了总体设计方案以及各模块的功能。包括信号采集、信号处理、以及双路CAN总线通信三个部分。CAN总线通信遵循CANopen船用电子框架。总体设计方案确定以后,对硬件电路进行设计。主控芯片采用MSP430F149,CAN控制芯片采用MCP2515,并且用ADUM1201芯片进行光电隔离,保护后级电路。首先所有的模拟电路Multism在环境下进行仿真,验证了电路可行性以及其性能。然后在Altium Designer环境下设计了开关量输入、开关量输出、模拟量输入、模拟量输出以及RTD信号输入模块。开关量输入、开关量输出模块实现了开关量的采集和输出。模拟量输入模块利用MSP430自带的模数转换器(ADC)进行模数转换,得到数字量。模拟量输出模块采用TLC5628芯片,进行数模转换。RTD输入模块利用惠斯通电桥以及运放电路,进行信号调理,得到理想的信号。最后,在IAR环境下对不同的DPU模块编写程序。实现CAN总线在CANopen协议下的通信,使其符合CANopen CiA DSP307船用电子框架,包括状态机的实现、船用CANopen协议的通信规则、心跳报文、活动总线的切换、MPDO以及I/O模块的CANopen规则。实现了各模块的数据采集以及通信等功能。最后将DPU模块与PC组合到一起,组成一个网络。经组网测试,各DPU模块信号采集精度、CAN总线冗余通信等性能指标均达到船用检测设备标准。