開題報告

電氣工程及自動化

船舶吃水量采集與顯示系統(tǒng)的設計

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

現(xiàn)在的技術和科技手段限制，對船舶實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、尾六個部位的吃水信息，計算出船舶的穩(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)。因此為了準確的測量船舶吃水量，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進行，需要放繩梯，既費時又危險。

船舶吃水量根據(jù)檢測方法的不同，吃水量大體上就可以分成兩種類型：船舶實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，與船舶的實際吃水量就相差一個龍骨板的厚度。所以船舶的型吃水量是船舶設計及進行性能分析時所考慮的，應該就是船舶實際吃水量，在過淺灘、系靠碼頭、船舶出港和裝卸貨物時應該考慮的，所以本文討論的船舶吃水量時是指的就是船舶的實際吃水量。

相關學者對于船舶吃水量信息測量的理論模型進行了研究。水下測距技術為船舶吃水量信息測量系統(tǒng)的關鍵技術，相對于說激光測距、紅外測距、雷達、電子測距等測距手段，聲納測距技術在水下測量中更具有傳輸速度快、衰減小等的優(yōu)點，所以聲納測距成為了主要的水下測距手段。下面五種基于聲納測距技術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)深儀檢測法；3.換能器陣檢測法；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。當有船舶經(jīng)過時，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，進行判斷和計算船舶的吃水量。

2.水中固定法。將其測量設備安裝在一個斷面上，信號發(fā)生器裝置安裝在斷面的一側(cè)，而信號接收器裝置安裝在斷面的另一側(cè)。這兩個裝置由其多個傳感儀器構成，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)當前水位進行動態(tài)調(diào)整。裝置安裝在半圓柱的支架內(nèi)，測量儀器就可以在支架內(nèi)實現(xiàn)上下移動，并鎖定在指定位置。

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

4.雙測深儀檢測法。雙測深儀檢測法是由兩個測深儀和一個壓力傳感器構成，1號測深儀靠近水平面安放，能確保檢測出船舶與岸邊的距離。2號測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)設備，相關的專題研究仍處于技術研究階段。以上測量模型雖理論上可行，但是理論模型對現(xiàn)實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，而安裝方式是由現(xiàn)場環(huán)境決定的。所以當測量方案放到實際的應用環(huán)境必須經(jīng)過大幅度調(diào)整，才能實現(xiàn)船舶吃水量信息的測量。因此本文在以往的基礎上，進一步優(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量的基礎上，進一步重點研究船舶壓載水艙的自動控制，單片機的抗干擾設計以及單片機的控制電路設計。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代的潮流也是船舶發(fā)展面臨的問題。對于節(jié)約能源、降低運輸成本、提高船舶安全性和可靠性以及促進船舶的發(fā)展具有重要的意義。

因此完全有必要采用現(xiàn)代化技術的手段，對通航船舶，特別是船舶的實際吃水數(shù)據(jù)進行實時快速檢測，開發(fā)建設船舶吃水量信息采集與顯示系統(tǒng)。對船舶超吃水信息狀況進行實時檢測和顯示，實現(xiàn)對船舶載運量和實際吃水量信息的快速實時檢測，通過顯示，配套以相應的管理處理機制，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，保障水道運輸大通道的安全通暢，具有重大現(xiàn)實意義。

本文結(jié)合實際項目需求，在對比吃水量信息采集方法后，應用壓力傳感器測量吃水深度，在傳感器檢測吃水量信息的基礎上，通過A/D轉(zhuǎn)換，采用單片機對采集的數(shù)據(jù)進行運算，分析和顯示。傳感器檢測的數(shù)據(jù)一部分傳給了單片機，另一部分傳給了壓載水艙，通過傳感器測量的模擬量進行電壓的比較，來控制繼電器的工作。PLC自動控制系統(tǒng)則根據(jù)繼電器的啟動信號進行壓載水艙水量的自動調(diào)節(jié)，實現(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.查找吃水深度測量方法，通過比對查找最佳的方法。

2.熟悉單片機控制系統(tǒng)，尋求最優(yōu)的芯片進行簡易，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量的研究。

(2)分析相關的船舶吃水的深度測量的技術。

(3)設計自己的吃水量采集和顯示以及自動控制壓載水艙平衡。

(4)分析控制效果。

(5)總結(jié)得出結(jié)論。

措施：圖書館查找相關的書籍、期刊、雜志等，通過上網(wǎng)尋找相關的一些資料，查看當代對該技術的研究成果和最新的動態(tài)。然后通過對這些資料的學習和研究進一步的熟悉和理解設計所需的相關知識。在設計過程中及時與指導老師探討，對不了解的問題及時向老師請教。

四、參考文獻：

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Josef

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