摘 要

随着现代科技发展的进步和普遍生活水平的提高，人们对自然界的认识更加深刻，从而在追求经济快速增长的同时更加关注环境和资源的保护问题。船舶运输在为社会各方面进步作出巨大贡献的过程中，需要耗费大量的燃油资源，与此同时排放的尾气废物等也对地球环境产生了极其严重的恶劣影响。为了缓解追求经济增长与能源消耗、环境污染两大问题的矛盾，节能减排这个课题的研究吸引了广大对之有所兴趣的科研工作者。在节油营运的这个研究领域之中，国内外各大船舶公司对之进行了深入的思考并且开始长期的探索，从长久经验可以得出影响燃油消耗的因素有两个方面，一方面是船舶设备的工作状况，二是以经济的航速运行。经业界广泛的研究，传感检测技术、电子技术以及计算机技术的融合能够使得我们及时监测船舶的航行状态和燃油的消耗情况，其应用技术在能源、工业、航运等很多领域中的前景很广泛。目前几家实力强大的航运公司基本都研制出了其专用的船舶燃油监测系统，但各公司的燃油监测系统的不兼容性和成本昂贵在很大程度上都限制了船舶燃油监测系统的广泛推广与应用。

本论文在针对监测船舶航行耗油量这一方面设计出了一套基于WINCE的船舶燃油在线监测系统。通过对信号采集的理论知识和技术基础的深入研究后，提出了船舶燃油在线监测系统的整体的软件设计方案。系统组成具体包括了信号采集模块、GPS定位模块、界面显示模块、GPRS数据发送模块。现有的硬件系统装置采用模块化的设计思想，设计出了采集装置的模拟信号调理与转换模块、脉冲信号调理和相关模拟信号的检测、数字化转换以及传输模块。

主机采用嵌入式ARM搭载WinCE操作系统，通过C#图形化界面的软件设计实现了人机输入界面和采集结果的显示。结合GPRS无线传输技术以较低的成本完成了在线监测软件的设计，并实现了数据统计的功能。

经测试表明，本课题设计的船舶燃油在线监测系统实现了对船舶油耗等船舶运行参数的采集处理，对船舶航行状态进行监测，达到了设计要求的性能指标。同时运用合理的数字处理算法真正实现了采集结果的图形化显示、存储和无线传输等功能。

关键词：船舶，燃油监测，数据采集，GPS定位，数据传输

Abstract

With the development of modern science and technology and the improvement of the standard of living, people are more aware of the natural world, thus paying more attention to the protection of environment and resources while pursuing rapid economic growth. The process of ship transportation have made great contributions in all aspects of social progress, need to consume a large amount of fuel resources at the same time, the emission of exhaust gas waste has produced a bad influence on the earth's environment is extremely serious. In order to alleviate the contradiction between the pursuit of economic growth and energy consumption and environmental pollution, the research of energy saving and emission reduction has attracted a large number of scientific research workers who are interested in it. Two. In the research field of oil saving operations, major domestic and foreign Shipping Co has carried on deep thinking and began a long period of exploration, from long experience can be obtained that the influence factors of fuel consumption has two aspects, one is the work condition of ship equipment, the two is to speed the economy. Study on the industry wide, integration of sensing technology, electronic technology and computer technology we can make timely monitoring of ship's state and fuel consumption, the prospect of its application in many fields of energy, industrial and shipping extensively27. At present several powerful shipping company basically developed the special marine oil monitoring system, but the fuel monitoring system the company's compatibility and the expensive cost to a great extent restricted the extensive marine oil monitoring system and its application.

In this paper, a marine fuel online monitoring system based on WINCE is designed to monitor the fuel consumption of ships. After studying the theory and technical basis of signal collection, the whole design scheme of marine fuel on-line monitoring system is put forward. The system consists of signal acquisition, GPS positioning, interface display and GPRS data transmission. The hardware system of the existing modular design, the design of the analog signal acquisition device and

conditioning conversion module, pulse detection, signal conditioning and acquisition module to complete the relevant analog digital conversion and transmission.

The host adopts embedded ARM and is equipped with WinCE operating system. Through the software design of C# graphical interface, the man-machine input interface and the display of the collection results are realized. Combined with GPRS wireless transmission technology, the design of online monitoring software is realized with lower cost, and the function of data acquisition is realized.

The test shows that the on-line monitoring system of ship fuel designed in this paper achieves the acquisition and processing of the ship fuel consumption of ship operation parameters, the state of navigation monitoring, reached the design requirements. At the same time, a reasonable digital processing algorithm is used to realize the graphical display, storage and wireless transmission of the acquisition results.

Keywords:vessel,fuelmonitoring,dataacquisition,GPSpositioning,datatransmission

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题研究背景、目的和意义 1

1.2相关领域国内外研究现状 2

1.3本文研究主要内容和结构组织 3

1.3.1本文研究主要内容 3

1.3.2论文结构 4

第2章 船舶燃油在线监测系统软件总体设计 5

2.1船舶燃油在线监测系统框架设计 5

2.1.1船舶燃油在线监测系统的技术要点 5

2.1.2船舶燃油在线监测系统的方案设计 5

2.2船舶燃油在线监测系统开发相关技术 7

2.2.1 C#语言的特点 7

2.2.2系统数据库介绍 8

2.2.3 WINCE系统简介 8

第3章 船舶燃油在线监测系统信息采集软件设计 9

3.1传感器数据采集 9

3.1.1串口通信 9

3.1.2传感器数据采集协议 10

3.1.3传感器数据采集算法实现 11

3.2 GPS信息采集 12

3.2.1 GPS接收机通信协议 12

3.2.2 GPS信息获取 13

3.2.3 GPS数据处理 15

第4章 船舶燃油在线监测系统界面显示软件设计 16

4.1 系统界面设计 16

4.2系统数据库设计 22

4.2.1 数据库设计 22

4.2.2 创建数据库 22

4.2.3 SQL程序代码 23

第5章 船舶燃油在线监测系统数据发送软件设计 25

5.1 GPRS数据发送模块设计 25

5.2 设计实际选择 25

第6章 船舶燃油在线监测系统软件测试与分析 27

6.1调试结果与分析 27

6.1.1 调试运行 27

6.1.2 结果分析 30

6.2 WINCE系统模拟 30

第7章 总结与展望 31

7.1全文工作总结 31

7.2下一步工作展望 31

致 谢 33

参考文献 34

第1章 绪论

1.1课题研究背景、目的和意义

中国作为世界第二大的能源产出国和消费国，能源工业迅速地发展，为国民经济持续快速发展做出了巨大贡献，其中不可再生能源石油发挥着重要的作用^[1]。

作为交通运输方式中运量较大的运输工具，船舶油耗问题自然备受关注，伴随着船舶航运事业的不断进步发展，船舶对于燃油的需求量日渐提高，但与此同时，不可再生能源却越来越少，成为限制航运事业发展的绊脚石。近几年来燃油价格不断地增长，以至于主要能源为燃油的船舶公司所需生产成本不断增长，为了实现利益效益最大化，必须有效地降低船舶燃油成本，实现航次燃油成本管理，严格控制因人为而导致的燃油浪费。如何有效的降低船舶燃油成本，实现航次燃油成本管理，一直是航运企业不断研发探讨的技术难题^[2]。燃油消耗大也会导致地球环境的巨大污染。因此，如何有效降低油耗减少污染物排放也是一个迫在眉睫的问题^[3]。

另外，在航行中传播具有移动的特性，船舶公司不便于对船舶燃油进行实时监测、管理和调度，所以需要用GPS系统对移动的船舶进行定位监测，并将信息以无线的方式发送到岸上服务器。GPS系统是当前国际上运用最广的导航定位系统，可以实现连续、实时、全天候的三维导航定位甚至测速，提供经度、纬度、航速、航向及时间等数据信息，而当今GPS导航系统已经成为全球覆盖和使用最广的系统^[4]。在船舶燃油监测的过程中，传感器也是一个很必要很重要的工具，一些智能化、自动化的控制是离不开传感技术支持的。传感器可以将非电量（流量、转速、液位等）转换为电信号的设备，传感检测技术在现代社会发挥着非常重要的作用。