一种新型智能化航迹仪的设计与实现.docx

PAGE 1 PAGE 1 一种新型智能化航迹仪的设计与实现 航迹仪是舰船实时标绘海图、自动完成海图作业的导航设备。在研制航迹仪的过程中，由于各个传动零件的尺寸公差安排不合理，导致绘图精度低。为确保绘图精度，对航迹仪传动链进行了空程误差和传动误差的分析计算，合理安排各零件的尺寸公差，大大提高了航迹仪的精度，是一种由ＧＰＳ接收机、监视器、电子海图掌握系统组成的船用航迹仪，ＧＰＳ接收机通过导线连接到电子海图掌握系统的输入端，电子海图掌握系统的输出端连接监视器的输入端，其特征在于：监视器采纳彩色监视器；电子海图掌握系统是由中心处理器、显示掌握器、地址开关电路、并串转换器、数据锁存器、随机存储器、地址锁存器及只读存储器组成，中心处理器的Ｐ０口的输出端分别连接只读存储器、数据锁存器、地址锁存器、随机存储器的信号输入端；只读存储器的信号输入端连接地址锁存器的信号输入端；数据锁存器的信号输出端连接随机存储器的输入端；地址开关电路的信号输入端分别连接地址锁存器的输出端和显示掌握器的一个信号输出端，其信号输出端连接随机存储器的输入端；显示掌握器同步信号输出端外接彩色监视器的同步信号输入端；并串转换器信号输入端连接随机存储器的信号输出端，其信号输出端外接彩色监视器。 随着计算机技术的进展，智能化航迹仪的进展趋势是进一步拓宽功能、缩小体积、降低功耗、削减成本、提高牢靠性，而传统的航迹仪系统不完全具备上述功能。  1 航迹仪工作原理  航迹仪的工作过程是在计算机掌握下进行的。首先，使键盘处于开放状态，通过移笔键和自检键简洁检查绘图功能；然后，由综导显控台装海图并向航迹仪发出装海图命令，由此航迹仪自动进入跟踪状态。船舶航迹的实时标绘是通过实时接收由综导显控台发送的纬度、经度值及各种绘图命令，通过数学模型的解算及直线插补运算后，产生步进电机的掌握脉冲序列，经功放电路驱动电动机执行。  传统的航迹仪系统有肯定的局限性，存在有待改进之处：（1）传统的航迹仪系统的接口、掌握、传动等部分采纳分立式设计，占用了大量的空间，且价格较贵。（2）随着导航数据信息化程度的提高，设备间的通讯更加频繁，信息量亦随之增大，使用单一的串行口通讯已不能满意系统要求。（3）航迹仪与综导台使用同一操作界面，缺少独立的人机交互系统。（4）传统的航迹仪为开环系统，无检测反馈装置，影响了走笔的精度。（5）接口板的设计动态初始化要求严格，不能完全满意实时性要求。  2 航迹仪系统的硬件设计  2.1 硬件系统的总体构成  航迹仪微机掌握系统是以ARM处理器S3C44B0X模块为中心的掌握系统。ARM（Advanced RISC Machines）是微处理器行业的一家企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域，比如嵌入掌握、消费/训练类多媒体、DSP和移动式应用等。ARM是微处理器行业的一家企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域，比如嵌入掌握、消费/训练类多媒体、DSP和移动式应用等。系统的硬件结构如图1所示。   2.2 S3C44B0X主板  传统的航迹仪采纳嵌入式PC/104模块为掌握系统。系统的接口、掌握、传动等部分采纳分立式设计，占用的空间较大，且价格昂贵。因此在改进设计中使用基于Samsung公司生产的ARM处理器S3C44B0X芯片。由于使用基于芯片开发的主板提高设计开发的敏捷性，为本系统所专用，因此所用接口、外设均为自主设计的电路，节约了不必要的开销。  S3C44B0X主板主要包括CPU模块及其帮助电路、存储器系统模块、通信模块、系统调试模块、人机接口模块及扩展总线部分。  主板外接CAN总线掌握器及总线驱动器等设备，接收CAN总线上由综合导航显控台发送的实时位置、航向信息；通过人机接口接收到的触摸屏发送的掌握信息，经处理后将掌握命令（主要是掌握脉冲频率、脉冲个数、开头停止等命令）通过扩展I/O口发送给接口板，CAN是掌握器局域网络（Controller Area Network, CAN）的简称，是由研发和生产汽车电子产品着称的德国BOSCH公司开发了的，并终成为国际标准（ISO118?8）。是国际上应用广泛的现场总线之一。 在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机掌握系统和嵌入式工业掌握局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。近年来，其所具有的高牢靠性和良好的错误检测力量受到重视，被广泛应用于汽车计算机掌握系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业