【摘 要】
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近年来,由于船舶发动机排放造成大气污染的加剧,国家对排放污染物的管控也日趋严格,为方便监管,国内外展开了一些排放在线监测系统的研究。然而在系统实际工作中,仍存在部分问题:一方面,由于系统控制器数据接口单一,无法兼容不同类型船舶;另一方面,由于航区网络信号覆盖的问题,系统传输过程不稳定甚至中断,极大影响了系统的实用性。本文分析了传统内河船机排放在线监测系统的工作原理,从实际应用的角度出发,对当前系统
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近年来,由于船舶发动机排放造成大气污染的加剧,国家对排放污染物的管控也日趋严格,为方便监管,国内外展开了一些排放在线监测系统的研究。然而在系统实际工作中,仍存在部分问题:一方面,由于系统控制器数据接口单一,无法兼容不同类型船舶;另一方面,由于航区网络信号覆盖的问题,系统传输过程不稳定甚至中断,极大影响了系统的实用性。本文分析了传统内河船机排放在线监测系统的工作原理,从实际应用的角度出发,对当前系统亟需优化的问题进行研究,提出了系统的总体改进方案,完成了系统软、硬件开发,并进行了功能验证。本文具体的工作如下:（1）提出整体系统优化方案。分析船舶发动机常用的CAN、RS-485通信接口电气特性,对不同发动机接口协议进行简要分析,实现控制器的兼容。针对当前系统的移动通信方式,使用4G网络取代GPRS网络。针对断网情况,进行数据缓存及恢复方案研究,该方案通过监测网络信号强度,实现离线数据的缓存备份。（2）基于系统的优化需求完成硬件设计。为实现系统控制器的兼容性,设计扩展CAN通信电路和RS-485通信电路;为实现控制器与4G模块通信,设计UART通信电路;为实现对SD卡的读写,设计SDIO接口电路。为实现上述硬件功能,对硬件关键器件选型,使用Altium Designer软件设计单片机最小系统、外围电路及PCB,并针对器件布局、电磁兼容性、板间散热等问题进行硬件优化。（3）基于系统硬件需求完成软件驱动设计。控制器嵌入SAE-J1939、RS-485等多种数据口协议,完成对不同类型发动机接口的数据解析;建立基于4G网络的无线传输链路,实现4G通信模块的组网与无线发送等功能;在主控制器中移植FATFS文件系统模块,对储存至SD卡中的数据进行管理;对数据管理平台进行功能性设计,实现平台的数据解析、储存及显示等功能。（4）验证系统功能。在实验室中搭建实验平台,对样机进行检查,完成各项功能测试及系统综合性测试。并将设备安装在内河某旅游船上,完成为期两周的数据监测,进一步验证系统的稳定性。
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