超大型多功能吊装装备的嵌入式智能前端硬件设计(4)
第一章：主要介绍本文的研究背景与意义，对涉及到的关键技术进行国内外研究概况分析，最后简单的介绍本文将要做的工作内容。
第二章：根据目前企业对吊装装备的控制要求和技术参数，提出系统设计需求，然后根据系统需求和功能目标进行系统方案的总体设计。
第三章：在总体设计方案基础上进行硬件的详细设计，包括主控芯片的选型、存储模块、电源模块、通讯接口模块设计以及各芯片外围电路的设计。
第四章：根据所设计好的硬件系统对各元件进行封装，并设计PCB电路板，包括板型和尺寸以及元器件的布局、走线。
第五章：对硬件系统进行调试。主要是在开发板上针对串口通讯进行调试。
第吹冰章：对本文进行总结，指出本文取得的成果与不足，并对今后深入的研究作出展望。
2. 系统总体设计
2.1 概述
在开始设计工作之前，需要对系统功能需求做好充分的分析和方案的整体规划。智能前端用于海上风机吊装装备的智能控制、远程监控及状态监测，为海上吊装平台提供控制策略、智能诊断及远程知识服务策略等服务，可提高海上风电吊装装备运行的安全性，降低设备的诊断与文护成本。要将智能控制及智能诊断等技术应用于实际装备中的嵌入式智能平台仍需要大量的理论和研究工作。根据前期的准备和对相关文献的调研将“远程监控和远程知识服务”作为海上风电吊装装备的基本功能，并依据基本功能设计系统原型，研究实现智能化、网络化的方法，并参照功能设计出相应的硬件模块。
2.2 系统设计需求分析
系统需求分析是整个系统设计的基础，需要对问题进行识别，之后对其综合分析并制定需求说明，找出各个子系统的联系和接口需求，给出系统的逻辑模型。
图2.1所示为海上风电作业用超大型多功能吊装装备，由桅杆、回转平台、吊臂以及液压、电气、控制、起升、变幅和回转等部件组成，具有海洋管桩基础施工、风电设备吊装等多种功能，是我国海上风电作业急需的核心装备。该装备吊臂全长118m，工作半径22.5—73.5m，起吊能力80-800吨，综合技术水平处于国内领先，满足了海上风电设备安装的大起重量、大起升高度、大工作跨距、大回转角度要求。
图2.1 海上风电作业用超大型多功能吊装装备
接下来分析海上风电吊装船的主要技术参数（表2.1），可得知需要监控的对象有主钩工作负载、主钩起升速度、主钩起升高度、副钩工作负载、副钩起升速度、副钩起升高度、小钩工作负载、小钩起升速度、小钩起升高度、环境温度、工作倾角、甲板负载（倾覆力矩、扭矩、径向力、垂直力）等。智能前端需要时刻监视这些物理量，并能及时对现场的各种状况进行预处理。
智能前端的作用主要分为用户现场服务端和远程服务端。在用户现场需要实现的功能包括：
（1） 和现场的PLC通信，获得吊装船的运行状态参数；
（2） 可扩展传感器接口，用于采集现场设备的传感其信息；
（3） 及时显示现场监视信息；
（4） 能及时对现场数据预处理，包括文护和诊断。
远程服务端包括远程监控与知识服务，具体功能包括：
（1） 接受智能前端从现场发送的信息和命令；
（2）具备可视化系统运行界面，用于装备的远程监视；
（3）具备数据库，可对现场数据分析处理，并为用户提供文护诊断方面的知识服务。
确定了智能前端的具体功能之后，接下来需要确定装备现场的总线种类。目前工业现场总线种类繁多，有485总线、CAN总线、PROFIBUS总线、FF总线等。本文选用最常用且最经典的485总线和CAN总线。