CN114785633A - 一种用于船舶柴油机数字孪生系统的信息传输系统及策略 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种用于船舶柴油机数字孪生系统的信息传输系统及策略，包括CAN接口、高速CAN收发芯片、微处理器、WIFI模块、路由器、云服务器，高速CAN收发芯片的输入端与微处理中具备CAN通讯功能的管脚相接通，高速CAN收发芯片的两个输出端与CAN接口相联通，从而与船舶柴油机的ECU系统进行高速的CAN通讯；WIFI模块的输入端与微处理器中具备USART串口通信的管脚相连接，WIFI模块其板载天线通过无线短波与路由器进行连接从而向云服务器传输数据，数据传输方式按照MQTT协议执行。本发明可以轻便的使船舶柴油机ECU系统以互联网为媒介，通过路由器向云端服务器发送和接收数据，为船舶柴油机实现数字孪生系统提供可靠高、性能良好的远程信息传输功能。

Description

一种用于船舶柴油机数字孪生系统的信息传输系统及策略
技术领域
本发明涉及的是一种柴油机控制系统及控制策略，具体地说是船舶柴油机控制系统及控制策略。
背景技术
柴油机是一种将柴油燃料的化学能通过燃烧、膨胀转换为热能，再将热能通过膨胀做功转化为机械能并对外输出的动力装置。随着环保政策、能源政策限制力度的加大，如何使柴油机工作在最优化工况路线以满足绿色、节能、安全等性能一直是相关研究者最关心的核心需求。随着人中智能、物联网、大数据等前沿技术与船舶领域的深度融合，核心需求的解决面临前所未有的挑战和机遇，船舶正向自主化、无人化发展，智能船舶已然成为业内的重要研究方向。
在智能化发展的背景下，数字孪生技术得到越来越广泛的关注。所谓数字孪生技术，核心在于集成一个多物理、多尺度的高保真度模型，由数据驱动，借助模型的高精度基础，通过动态交互的数据流来映射物体在现实世界和虚拟世界的全生命周期活动，以此达到智能化发展的目的。数字孪生技术是支撑现实世界与虚拟世界深度交融的富有潜力性的手段。目前应用数字孪生技术到船舶柴油机的领域的应用极为有限，但是应用前景具有很大的价值，值得深入研究。
发明内容
本发明的目的在于提供为船舶柴油机实现数字孪生系统提供可靠高、性能良好的远程信息传输功能的一种用于船舶柴油机数字孪生系统的信息传输系统及策略。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种用于船舶柴油机数字孪生系统的信息传输系统，其特征是：包括CAN接口、高速CAN收发芯片、微处理器、WIFI模块、路由器、云服务器，高速CAN收发芯片的输入端与微处理中具备CAN通讯功能的管脚相接通，高速CAN收发芯片的两个输出端与CAN接口相联通，从而与船舶柴油机的ECU系统进行高速的CAN通讯；WIFI模块的输入端与微处理器中具备USART串口通信的管脚相连接，WIFI模块其板载天线通过无线短波与路由器进行连接从而向云服务器传输数据，数据传输方式按照MQTT协议执行。
本发明一种用于船舶柴油机数字孪生系统的信息传输系统还可以包括：
1、所述微处理器包括中央处理器、存储器、定时器、输入输出端口、中断系统、同步串口收发器以及CAN协议控制器。
2、所述高速CAN收发芯片为控制器区域网络协议控制器和物理总线之间的接口，为CAN总线提供差动发送性能。
3、所述WIFI功能模块为种内置WiFi协议栈的微处理器，其具备高速的CPU时钟速度以及板载天线，支持同步串口收发功能。
4、所述CAN接口符合串行通信接口标准，支持CAN通讯协议，可实现各总线节点间自由通信，可完成对通讯数据的成帧处理。
5、所述路由器是连接两个或两个以上的网络的硬件设备，在网络间起网关的作用，是读取每一个数据包中的地址然后决定如何传送的专用智能性的网络设备。
6、所述云端服务器具备互联网中固定IP地址，为船舶柴油机与数字孪生模型间的信息中转媒介。
本发明一种用于船舶柴油机数字孪生系统的信息传输策略，其特征是：CAN接口与船舶柴油机的ECU系统的CAN接口相联通，ECU系统采用一致的外部接口，微处理器获得与ECU进行通信的渠道，通过密钥获得ECU系统的认证，然后与ECU系统进行数据交互，交互的数据流通过微处理器传输到WIFI模块，WIFI模块通过编程设定船舶柴油机数字孪生系统的传输路线，即按照MQTT协议所规定的ip地址与主题设定，从而实现将数据流传输到云端服务器。
本发明的优势在于：本发明可以轻便的使船舶柴油机ECU系统以互联网为媒介，通过路由器向云端服务器发送和接收数据，为船舶柴油机实现数字孪生系统提供可靠高、性能良好的远程信息传输功能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1，本发明包括CAN接口1、高速CAN收发芯片2、微处理器3、WiFi模块4、路由器5、云服务器6。该系统中高速CAN收发芯片2的输入端与微处理器3中具备CAN通讯功能的管脚相接通，其两个输出端与CAN接口1相联通，以便与船舶柴油机的ECU系统进行高速的CAN通讯；WiFi模块4的输入端与微处理器3中具备USART串口通信的管脚相连接，其板载天线可以通过无线短波与路由器5进行连接从而向云服务器6传输数据，数据传输方式按照MQTT协议执行。
微处理器3一般包括中央处理器、存储器、定时器、输入输出端口、中断系统、同步串口收发器以及CAN协议控制器外，还得具备高性能低功耗特性，以便能够保持在长时间工作状态。
高速CAN收发芯片2是控制器区域网络(CAN)协议控制器和物理总线之间的接口，为CAN总线提供差动发送性能。
WIFI功能模块4是一种内置WiFi协议栈的微处理器，其具备高速的CPU时钟速度以及板载天线，支持同步串口收发功能。
CAN接口1是国际化的串行通信接口标准之一，支持CAN通讯协议，其结构简单，可实现各总线节点间自由通信，还可以完成对通讯数据的成帧处理。
路由器5是连接两个或多个网络的硬件设备，在网络间起网关的作用，是读取每一个数据包中的地址然后决定如何传送的专用智能性的网络设备。它能够理解不同的协议，例如某个局域网使用的以太网协议，因特网使用的TCP/IP协议。这样，路由器可以分析各种不同类型网络传来的数据包的目的地址，把非TCP/IP网络的地址转换成TCP/IP地址，或者反之；再根据选定的路由算法把各数据包按最佳路线传送到指定位置。所以路由器可以把非TCP/IP网络连接到因特网上。
云端服务器6具备互联网中固定IP地址，可以开放特定的端口，通过特定设置成为船舶柴油机与数字孪生模型间的信息中转媒介，保证信息传输的安全性以及私密性。
MQTT协议是ISO标准(ISO/IEC PRF 20922)下基于发布/订阅范式的消息协议。它工作在TCP/IP协议族上，其特点是轻量、简单、开放和易于实现。
在运行过程中，CAN接口1与船舶柴油机的ECU系统的CAN接口相联通，在此假设ECU系统采用一致的外部接口，这样微处理器3便获得了与ECU进行通信的渠道。首先通过密钥获得ECU系统的认证，然后才能够与ECU系统进行数据交互。交互的数据流通过微处理器3传输到WiFi模块4，WiFi模块4通过编程设定船舶柴油机数字孪生系统的传输路线，即按照MQTT协议所规定的ip地址与主题设定，从而实现将数据流传输到云端服务器。

Claims (8)

1.一种用于船舶柴油机数字孪生系统的信息传输系统，其特征是：包括CAN接口、高速CAN收发芯片、微处理器、WIFI模块、路由器、云服务器，高速CAN收发芯片的输入端与微处理中具备CAN通讯功能的管脚相接通，高速CAN收发芯片的两个输出端与CAN接口相联通，从而与船舶柴油机的ECU系统进行高速的CAN通讯；WIFI模块的输入端与微处理器中具备USART串口通信的管脚相连接，WIFI模块其板载天线通过无线短波与路由器进行连接从而向云服务器传输数据，数据传输方式按照MQTT协议执行。
2.根据权利要求1所述的一种用于船舶柴油机数字孪生系统的信息传输系统，其特征是：所述微处理器包括中央处理器、存储器、定时器、输入输出端口、中断系统、同步串口收发器以及CAN协议控制器。
3.根据权利要求1所述的一种用于船舶柴油机数字孪生系统的信息传输系统，其特征是：所述高速CAN收发芯片为控制器区域网络协议控制器和物理总线之间的接口，为CAN总线提供差动发送性能。
4.根据权利要求1所述的一种用于船舶柴油机数字孪生系统的信息传输系统，其特征是：所述WIFI功能模块为种内置WiFi协议栈的微处理器，其具备高速的CPU时钟速度以及板载天线，支持同步串口收发功能。
5.根据权利要求1所述的一种用于船舶柴油机数字孪生系统的信息传输系统，其特征是：所述CAN接口符合串行通信接口标准，支持CAN通讯协议，可实现各总线节点间自由通信，可完成对通讯数据的成帧处理。
6.根据权利要求1所述的一种用于船舶柴油机数字孪生系统的信息传输系统，其特征是：所述路由器是连接两个或两个以上的网络的硬件设备，在网络间起网关的作用，是读取每一个数据包中的地址然后决定如何传送的专用智能性的网络设备。
7.根据权利要求1所述的一种用于船舶柴油机数字孪生系统的信息传输系统，其特征是：所述云端服务器具备互联网中固定IP地址，为船舶柴油机与数字孪生模型间的信息中转媒介。
8.一种用于船舶柴油机数字孪生系统的信息传输策略，其特征是：CAN接口与船舶柴油机的ECU系统的CAN接口相联通，ECU系统采用一致的外部接口，微处理器获得与ECU进行通信的渠道，通过密钥获得ECU系统的认证，然后与ECU系统进行数据交互，交互的数据流通过微处理器传输到WIFI模块，WIFI模块通过编程设定船舶柴油机数字孪生系统的传输路线，即按照MQTT协议所规定的ip地址与主题设定，从而实现将数据流传输到云端服务器。
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