研究的目的及意义
柴油机由于它具有良好的经济性、可靠性和动力性而逐渐成为主要动力广泛应用于船舶。船舶柴油机的结构比较复杂，而且当它工作在环境较为恶劣的情况下时较易发生各种机械类的故障。柴油机作为船舶的“心脏”，它对于船舶的作用不言而喻，它的运行及性能状况直接影响了船舶的正常行驶和安全。船舶柴油机参数采集分析系统是分析柴油机工作状态和工作性能的基础，同时也有助于对船机排放控制的研究，特别是对于船机排放的转速、油耗、扭矩的参数采集，对后续的性能分析和故障诊断至关重要。因此，船舶柴油机的状态参数监测采集成为国内外专家研究的热点之一。
在最近一些年，无论在国内还是在国外，人们都对柴油机后处理系统进行了大量的研究，其中包括对柴油机后处理系统的性能测试、故障诊断以及排放控制的研究，而这些研究的前提基础都是对于柴油机排放参数的监测、采集。CAN总线作为最现代船舶柴油机技术的发展，要求对柴油机运行的各种工况参数有非常准确的了解，对工况参数的准确性、实时性以及多功能性能提出了严格的要求，因此一套准确可靠的参数监测采集单元的设计对柴油机整个工作过程或燃烧历程的各项研究具有重要的意义。
国内外研究现状分析
在上世纪八十年代之前，数据采集系统刚刚进入起步阶段，计算机、自动化技术尚未完全普及应用，而这个时候的数据采集系统不仅程序十分固定而且功能也简单；到了1980 年至1990年，数字仪表的发展已经成熟，集散型计算机逐渐实用化，可靠性、价格也逐渐趋向合理，数据采集系统也开始实现了自动化测试与通用数据采集。20 世纪 90 年代至今，数据采集已经成为了一种专门的技术，该阶段并行总线的数据采集系统已经向模块化、即插即用和高速的方向发展，而串行总线的数据采集系统朝着智能化方向和分布式系统结构发展。
现在，在国外数据采集系统领域，美国国家仪器NI（National Instruments 简称）因为在测试、控制和嵌入式设计应用领域有众多软件和硬件产品而为业内熟知。NI 公司数据采集设备的产品线非常广泛，以 NI-PXIe 和 NI-USB 两个系列的产品最多。前端采样设备可以支持多达 32 路的模拟输入通道，例如 NI PXI-6224；模拟信号采样精度可以达到 18 位，例如 NI PXI-6280。相对于国外，我国在这一领域起步较晚，直到 90 年代初，我国才开始出现独立的数据采集装置，当时最为有名的有单通道采集装置的 SC247 和 SP201 系列，双通道的YE5938 和 EG3300 系列，小型采集装置 911 和 921 型，温度压力采集数据SMC-9012等。目前，我国己在充分研究国外技术基础上，取得了较明显的成果，各相关学科高校以及科研院所都相继做了有关研究。如河北工业大学的李鹏，开发了一套使用Visual C 和Visual Basic混合编程的数据采集分析系统，并采用五点三次光顺法对数据进行处理；大连海事大学的李敏秋，开发了基于单片机的可携带船舶柴油机气缸压力一曲轴转角曲线测量录取设备；天津大学的张惠明等人，开发了一套基于计算机控制的压燃式天然气发动机参数采集及控制系统。
Can总线作为一种已经成熟的现场总线，最早由德国的 Bosch 公司在美国底特律汽车工程协会举办的会议上提出，发展到现在，经过不断地完善和扩充，已经广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。CAN总线采用了多主竞争式总线结构，其上的所有节点可随时不分主次地主动地向网络上其它节点发送信息，自由通信，这种方式非常适用于分布式测控系统之间的数据通讯，不仅如此，它还具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点，现己被国际标准化组织认证，技术成熟，控制CAN总线的芯片己经商品化，且性价比较高。
综上所述，基于CAN总线通信控制系统，设计一种柴油机参数采集处理系统，将柴油机的各类排放参数进行采集，并对所采集的数据进行分析和记录，便可实时掌握柴油机的运行状况，也为柴油机的故障定位和性能分析提供参考。

2. 研究的基本内容与方案

研究内容
柴油机的工作过程比较复杂，在其运转过程中会输出各类参数，这些参数在不同程度上反映设备的整体性能和工作状态。在柴油机性能测试、故障诊断及工作过程实时监测等应用中，需要对这些参数及其他信号进行采集和分析。柴油机参数采集的A/D转换基本结构如下图1所示。

图1 柴油机参数采集的A/D转换基本结构

本文所研究的控制系统是使用EPM570单片机作为主控芯片，以飞思卡尔作为微控制器，用不同的传感器采集不同的信号发送到控制器，将模拟量转换成数字量，借助CAN总线把不同的模块连接在一起，实现上位机与中央处理模块的通信，以此来完成柴油机排放参数的监测和采集。
研究目标
根据A/D转换基本结构图，利用不同传感器采集不同的信号（转速、油耗、扭矩等）通过A/D转换器将模拟信号转换成数字信号，通过CAN总线发送给上位机进行监测与分析。本研究的主要目的是进行船舶排放在线监测系统数据采集单元的设计，特别是完成转速、扭矩、油耗这三个物理量的采集单元设计，解决实际问题，最终实现船舶排放在线监测系统数据的顺利采集。

拟采用的技术方案
根据本论文的研究内容，可以得到如图2所示的信息采集部分系统组成。

图2 信息采集部分系统组成

根据图2的信息采集部分系统组成结构图，拟采用以下方案设计完成它：
（1）使用EPM570单片机作为主控芯片，以飞思卡尔16位9S12XS系列作为微控制器。
（2）拟通过AD采集电路对柴油机排放的主要参数（转速、油耗、扭矩等）进行实时采集，拟采用转速传感器、油耗传感器、扭矩传感器分别采集这些参数信号然后发送到控制器。
（3）拟设计can总线接口电路实现上位机与中央处理模块的通信，借助CAN总线把不同模块连接在一起进行通信。
（4）依据模块化程序设计思想，用C语言对下位单片机程序进行编写，用C 对上位进行编程和调试，采用Code Composer Studio 6.1.2刷写程序，用CanTest进行测试。

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