海洋維權執法浮標信息采集系統的CAN總線(xiàn)設計

摘要：我國的海上疆土非常的遼闊，海洋開(kāi)發(fā)和海洋探測對于我國經(jīng)濟的發(fā)展具有深遠的意義。海洋資料浮標是海洋環(huán)境監測與海洋災害預報的主要手段之一，具有全天候、長(cháng)期連續、定點(diǎn)監測的特點(diǎn)。根據海洋維權執法浮標的特點(diǎn)，運用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，設計了基于CAN總線(xiàn)的浮標數據采集系統。實(shí)驗表明，CAN總線(xiàn)的應用為海洋維權執法浮標采集系統提供了一種新的采集方式，組成了一套總線(xiàn)化、模塊化、高可維護性的系統。
關(guān)鍵詞：通信；CAN總線(xiàn)；海洋浮標；數據采集

海洋維權執法浮標基于目前的大型海洋資料型浮標安裝高清晰度圖像采集系統和聲學(xué)傳感器陣列，定點(diǎn)獲取關(guān)鍵海域的艦船信息，獲取海洋侵權目標、提升全天候探測能力；分別研制基于浮標衛星和飛機衛星的高速數據實(shí)時(shí)傳輸系統，結合目標特征數據庫，實(shí)現對侵權目標的特征識別和研判；綜合集成上述傳輸技術(shù)、探測技術(shù)和分析研判技術(shù)等，在東海特定敏感區域開(kāi)展維權執法目標探測識別與信息傳輸技術(shù)集成三位一體的信息綜合監視示范應用。
但是，我國目前的海洋資料浮標信息采集系統仍存有許多不足之處：浮標信息采集系統實(shí)現對浮標內信息的集成，完成浮標上圖像信息、水聲信息、水文環(huán)境參數信息、浮標體安全參數信息的采集、存儲和傳輸。數據采集處理系統種類(lèi)多，給使用和維護帶來(lái)了極大的不便。因此為克服傳統浮標采集系統的不足，本文將CAN總線(xiàn)應于海洋維權浮標采集系統，主機和通訊機通過(guò)CAN總線(xiàn)相連，CAN總線(xiàn)數據通信具有可靠性、實(shí)性及靈活性的特點(diǎn)，因此解決了大型海洋浮標數據采集系統的擴展性差的缺點(diǎn)。浮標系統電氣部分分為：電源系統、浮標信息采集系統、水下聲陣列信息采集與識別系統、高清圖像采集與識別系統、高速衛星通信系統、水文氣象傳感器和浮標體安全監控傳感器。

1 CAN總線(xiàn)原理
CAN(Controller Area Network)是一種用于實(shí)時(shí)應用的串行通信協(xié)議總線(xiàn)，是應用最廣泛的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。CAN協(xié)議是在1986年由德國B(niǎo)O SCH公司開(kāi)發(fā)的，由于其實(shí)時(shí)性、高性能、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，隨后也廣泛應用于其他領(lǐng)域，如多種控制設備、交通工具、工業(yè)自動(dòng)化、醫療儀器以及建筑、環(huán)境控制等。CAN總線(xiàn)的通信介質(zhì)可以是雙絞線(xiàn)，光導纖維或者同軸電纜，傳輸速率可達1 Mb／s，傳輸距離可達10 km。其特點(diǎn)概括如下：
(1)多主控制。在總線(xiàn)空閑時(shí)，所有與總線(xiàn)相連的單元都可以向其他節點(diǎn)發(fā)送信息。
(2)自動(dòng)關(guān)閉。CAN總線(xiàn)可以判斷出總線(xiàn)上錯誤的類(lèi)型是暫時(shí)的數據錯誤(如外部噪聲等)還是持續的數據錯誤(如驅動(dòng)器故障、單元內部故障、斷線(xiàn)等)。
(3)遠程數據請求。CAN總線(xiàn)可以通過(guò)發(fā)送“遠程幀”，請求其他節點(diǎn)的數據。高效的短幀結構。每個(gè)數據幀數據域最長(cháng)為8 B，傳送短報文時(shí)效率高，高可靠性。
(4)非破壞性總線(xiàn)仲裁技術(shù)。具有點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播等多種傳輸方式。當有多個(gè)節點(diǎn)一起向總線(xiàn)發(fā)送信息時(shí)，最高優(yōu)先級的節點(diǎn)可以繼續傳輸數據而不受影響，優(yōu)先級低的節點(diǎn)會(huì )主動(dòng)的退出發(fā)送。
(5)總線(xiàn)配置靈活。

2 CAN總線(xiàn)的設計
(1)硬件的設計?；贑AN總線(xiàn)設計的硬件從結構上分為主機模塊和通信機模塊，模塊之間通過(guò)CAN總線(xiàn)進(jìn)行數據的通信。主機將采集的水文氣象數據和浮標體安全監控數據通過(guò)CAN總線(xiàn)周期性的上傳，通訊板將來(lái)自岸站的配置和控制命令也是通過(guò)CAN總線(xiàn)下發(fā)。具體的系統結構圖如圖1所示。

通訊板用于處理圖像信息、水聲信息和高速衛星通信的信息。浮標通訊板是整個(gè)系統的控制樞紐，從通訊板的結構上可以可看出其功能。通訊機來(lái)控制底板上主機電源的通斷是通過(guò)電源控制接口實(shí)現的。為了實(shí)現系統的即插即用提供軟件支持因而選用即插即用接口。通過(guò)海事衛星的網(wǎng)絡(luò )接口，采集的圖像和水聲信息通過(guò)通訊機發(fā)送到岸站。通訊板是數據通信最前端的部分，是浮標信息采集系統中非常重要的。
主機通過(guò)各種傳感器將在一個(gè)周期內(通常是半個(gè)小時(shí))采集各種數據，然后按照一定的格式存儲到SD卡中。通訊機通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送數據收集命令，主機在規定的時(shí)刻接收命名，將采集并經(jīng)過(guò)統計的數據通過(guò)CAN總線(xiàn)上傳到通訊板。主機上裝有各種艙體狀態(tài)檢測傳感器如艙溫傳感器、水警傳感器、門(mén)警傳感器，采集的水文氣象數據會(huì )和艙溫異常、艙門(mén)被非法打開(kāi)等艙體異常信息一起通過(guò)CAN總線(xiàn)上傳給通訊板，再通過(guò)衛星發(fā)送給岸站，實(shí)現浮標采集數據的實(shí)時(shí)顯示、存儲和轉發(fā)功能。