基于DSP的船舶航海仪器故障诊断.pdf
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1、第45卷第2 4期2023年12 月舰船科学技术SHIP SCIENCEANDTECHNOLOGYVol.45,No.24Dec.,2023基于 DSP 的船舶航海仪器故障诊断任松涛(浙江交通职业技术学院海运学院,浙江杭州311112)摘要:为保障船舶航行过程中安全可靠,避免航海仪器故障引发大规模航行事故,研究基于DSP的船舶航海仪器故障诊断方法。通过应用DSP技术中的TMS320C2812芯片作为核心处理器,向DSP芯片写入基于支持向量机航海仪器故障诊断算法;通过船舶航海仪器采集传感器,实时采集船舶航海仪器特征信号,经由模数转换器处理后提供至DSP芯片中,在DSP芯片内部通过故障诊断算法诊断
2、不同航海仪器的故障问题,完成故障诊断后,DSP可通过接口电路将诊断结果提供至PC上位机,在上位机中向用户显示航海仪器故障诊断结果。经实验验证,该方法可精准采集航海仪器的运行参数,当进行故障诊断时,可快速、有效地诊断磁罗经、探测仪、日光信号灯等多种仪器的故障情况,保障航海仪器的安全性。关键词:船舶航海仪器;故障诊断;DSP芯片;支持向量机;磁罗经;日光信号灯中图分类号:TP23文章编号:16 7 2-7 6 49(2 0 2 3)2 4-0 19 6-0 4Fault diagnosis of marine instruments based on DSP(Marine College,Zhej
3、iang Institute of Communications,Hangzhou 311112,China)Abstract:In order to ensure the safety and reliability of ship navigation and avoid large-scale navigation accidentscaused by the fault of marine instruments,a fault diagnosis method of marine instruments based on DSP is studied.By usingTMS320C2
4、812 chip in DSP technology as the core processor,the navigation instrument fault diagnosis algorithm based onsupport vector machine is wrtten into DSP chip.Collect sensors from marine instruments,collect characteristic signals ofMarine instruments in real time,and then provide them to DSP chip after
5、 processing by analog-to-digital converter.In DSPchip,fault diagnosis algorithm is used to diagnose faults of different Marine instruments.After fault diagnosis is completed,DSP can provide the diagnosis results to PC PC through interface circuit.The fault diagnosis results of navigation instru-ment
6、s are displayed to the user in the upper computer.The experiment proves that the method can accurately collect the oper-ating parameters of marine instruments,and diagnose the faults of magnetic compass,detector,daylight signal lamp and oth-er instruments quickly and effectively when fault diagnosis
7、 is carried out,so as to ensure the safety of marine instruments.Key words:ship navigation instruments;fault diagnosis;DSP chip;support vector machine;magnetic compass;daylight signal lamp0引言船舶航海仪器是指用于辅助船舶导航和航行安全的各种仪器和设备,这些设备包含水声探测仪、雷达系统、磁罗经等。水声探测仪用于测量水深,根据测量结果绘制海底地形图,以避免船舶在浅水区搁浅;雷达是一种用来检测目标物体、测量距离和
8、方位的仪器,在船舶上,其通常用于探测其他船只、岛屿或海收稿日期:2 0 2 3-0 9-14作者简介:任松涛(19 7 3-),男,讲师,研究方向为航海技术和航海模拟器。文献标识码:AREN Song-tao岸线等1;磁罗经是用来测量船舶方向和航向的仪器,以帮助船舶保持所需的航向。这些仪器与设备帮助船舶船员在海上确定船舶位置、测量和监测水深、控制航向和速度等,从而确保船舶安全航行。由于仪器在长期运行下容易出现质量问题,且船舶在海上航行面临着各种风险和挑战2 ,如障碍物、恶劣天气等,因此容易导致航海仪器发生故障,而仪器故障可能导致导航不准确、无法监测水深、航速等数据错doi:10.3404/j.
9、issn.1672-7649.2023.24.037;y;(:xi+b)-1,第45卷误,从而增加事故和碰撞的风险,通过及时准确地诊断和解决仪器故障,可以保障船舶的航行安全。有较多学者对船舶的仪器设备故障诊断方法进行了研究。斯园园等3 研究基于数字李生技术开展LNG船舶设备故障诊断及预测,虽然该方法能够检测多种船舶设备的故障问题,但这一方法需要耗费大量的数据,导致诊断结果不够精准。王世威等4 研究基于粒子群优化混合神经网络的船舶辅锅炉故障诊断,虽然该方法可以精准获取设备故障情况,但该方法仅能够诊断出单一的设备故障,无法应用至大量设备故障诊断。DSP技术是指使用数字信号处理器(DSP芯片)对数据
10、处理。DSP芯片具有高效的算法运算能力和丰富的数学功能,可以实现高速的数据处理和计算。为此,本文结合DSP技术,研究船舶航海仪器故障诊断方法,降低船员在航行中面临的风险。1船舶航海仪器故障诊断方法1.1DSP硬件整体结构设计由于传统的软件故障诊断方法仅能够对船舶航海仪器完成离线处理,无法保证故障诊断的实时性,为改善这一问题,通过DSP硬件技术,改善船舶航海仪器故障诊断的效果。本文应用DSP作为处理器,DSP数字信号处理器是一种专用的微处理器,相较于传统的微处理器,DSP芯片的运算效果更强大,可以实现高质量的数据并行处理5。为此,通过DSP芯片作为控制电路,在DSP芯片中进行船舶航海仪器故障诊断
11、应用程序设计。实现高质量的航海仪器故障诊断。通过图1表示DSP处理器的硬件结构。采用TI公司的TMS320C2812作为运算的芯片,该芯片运行频率高,最高可达到150 MHz,具有较高的计算速度和处理能力,能够实现复杂算法的实时处理;芯片内部集传感器采集信号航海仪器转换特征信号电源JTAG模块RS485PC图1DSP故障诊断硬件结构Fig.1DSP fault diagnosis hardware structure任松涛:基于DSP的船舶航海仪器故障诊断时钟电路1存储TMS320C2812芯片模块RS232/197.成了丰富的外设,包括模数转换器(ADC)、JT A G等,便于与外部设备进行
12、数据交换和通信。为了保证航海仪器故障诊断的效果,应用不同类型的传感器实时采集每种航海仪器的特征信号,并将这些信号通过模数转换器调整为适用于DSP处理的数据。在DSP芯片中,通过写人基于SVM的航海仪器故障诊断算法,诊断仪器的故障状态。同时该芯片可通过JTAG接口电路与RS232、R S48 5连接上位机PC,可实时向PC端发送航海仪器故障诊断后的结果,并通过上位机为使用者显示诊断内容。该硬件结构还包含时钟电路与存储模块,通过时钟电路保证不同功能模块按照时序运行,并通过存储模块,实现程序存储、数据存储和配置参数存储。1.2基于SVM的航海仪器故障诊断算法船舶航海仪器故障诊断实质上属于分类问题,考
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