崔國(guó)友,韓小明
(1.上海航保修理廠,上海 200083;2.上海埃威航空電子有限公司,上海 200233)
現(xiàn)有的船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)、航行告警接收機(jī)[1]和氣象傳真接收機(jī)[2-3]大多是單一設(shè)備,體積大、功能單一,且不具備外部的數(shù)據(jù)通訊接口,彼此之間的信息不能互聯(lián)共享。隨著計(jì)算機(jī)信息和控制技術(shù)的快速發(fā)展,現(xiàn)代船舶信息自動(dòng)化和集成化程度的日益提高,針對(duì)目前的現(xiàn)狀,設(shè)計(jì)了基于嵌入式服務(wù)器的多模航行信息接收系統(tǒng),不但可以很好的替代上述的單一設(shè)備,而且還具有良好、便利的擴(kuò)展性能。操作和打印,另外1臺(tái)顯示器除不能進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置外,其他功能與主顯示器相同;顯示器與主機(jī)之前采用100 M以太網(wǎng)進(jìn)行通訊,另外預(yù)留有其它接口可以很方便地與船上的綜導(dǎo)臺(tái)、雷達(dá)等設(shè)備進(jìn)行通訊。
圖1 系統(tǒng)組成框圖
系統(tǒng)主要由主機(jī)單元和顯示器單元2部分組成,系統(tǒng)框圖如圖1所示,其中主機(jī)單元主要包括嵌入式服務(wù)器、射頻接收模塊和熱敏打印模塊,顯示器單元包括2個(gè)顯示器,可以根據(jù)操作需要放置在不同的地方,其中1臺(tái)顯示器可以設(shè)置為主顯示器,主顯示器可以進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、信息察看、
主機(jī)的射頻接收模塊含有3部分的接收電路,通過(guò)軟件無(wú)線電解碼技術(shù)可以工作在多種模式下,分別接收船舶識(shí)別 (AIS)、航行告警 (NAVTEX)和氣象傳真 (FAX)的射頻信號(hào),AIS工作在VHF頻段 (161.975 MHz、162.025 MHz),且有發(fā)射功能,使用1根甚高頻天線,NAVTEX(518 kHz、4 209.5 kHz)和FAX(110 kHz~27 MHz)使用1根中高頻天線。
主機(jī)嵌入式服務(wù)器模塊接收來(lái)自航行告警、船舶識(shí)別和氣象傳真的信息,實(shí)現(xiàn)協(xié)議解析、接口控制,以及與顯示器和熱敏打印機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互功能。顯示器可以根據(jù)需要顯示電子海圖導(dǎo)航、船舶信息、航行告警和氣象傳真圖像,也可進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)查看和打印等操作。
主機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊的性能對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行至關(guān)重要,不但要穩(wěn)定可靠,而且要能快速響應(yīng)客戶(hù)端的請(qǐng)求指令,為此設(shè)計(jì)了AIS數(shù)據(jù)、NAVTEX報(bào)文和FAX圖像的數(shù)據(jù)庫(kù),更重要的是內(nèi)建了嵌入式服務(wù)器[4],實(shí)現(xiàn)了圖文的多客戶(hù)端分發(fā),并實(shí)現(xiàn)了對(duì)多客戶(hù)端圖文調(diào)閱請(qǐng)求的快速響應(yīng)。
主機(jī)的嵌入式服務(wù)器的功能框圖如圖2所示。
圖2 嵌入式服務(wù)器的功能框圖
為了增強(qiáng)系統(tǒng)通訊的可靠性和快速響應(yīng)的能力,在協(xié)議設(shè)計(jì)時(shí)特別設(shè)計(jì)了下面的多種通訊協(xié)議方式。
UDP組播通訊主要用于推送各個(gè)服務(wù)的健康狀態(tài) (心跳包)、船舶識(shí)別報(bào)文、航行告警最新信息、氣象傳真最新傳真圖以及導(dǎo)航報(bào)文。
UDP單播通訊主要用于顯示端或系統(tǒng)控制服務(wù) (線程)可以與主機(jī)的船舶識(shí)別信息處理線程、航行告警信息處理線程、氣象傳真信息處理線程、打印服務(wù)以及監(jiān)控模塊進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊,發(fā)送必要的指令以獲得需要的信息。
UDP分塊傳輸可以傳輸比較大的數(shù)據(jù),傳輸?shù)膱?bào)文分為報(bào)文頭和報(bào)文凈載荷 (數(shù)據(jù)),接收端應(yīng)該根據(jù)收到的報(bào)文頭重新組裝,以得到原始的數(shù)據(jù)。在必要時(shí)可以發(fā)送重傳指令要求發(fā)送端重新發(fā)送某個(gè)數(shù)據(jù)包。
TCP通訊主要用于獲取主機(jī) (顯示端)的IP地址和通訊端口,此通訊方式下,需要對(duì)每一個(gè)命令做出回應(yīng),以得到一個(gè)明確的命令收妥確認(rèn)。
嵌入式服務(wù)器的程序中包括了自檢程序、看守程序、協(xié)議處理程序、監(jiān)視程序和各個(gè)功能的子程序。
編程語(yǔ)言為C語(yǔ)言,可以最大程度地發(fā)揮其作為系統(tǒng)編程語(yǔ)言的特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)是代碼易維護(hù),結(jié)構(gòu)性強(qiáng),程序執(zhí)行速度快,缺點(diǎn)是代碼的編寫(xiě)量稍顯過(guò)大,對(duì)編程人員的要求較高,但對(duì)本項(xiàng)目來(lái)講,瑕不掩瑜。
圖3為嵌入式服務(wù)器的流程示意圖。
圖3 嵌入式服務(wù)器流程示意圖
顯示器可以顯示S57格式的電子海圖,可以在海圖上實(shí)時(shí)顯示AIS船舶信息,可以顯示和打印航行告警信息、氣象傳真圖像,操作方式為觸摸屏方式,操作便捷、靈活。
電子海圖界面如圖4所示,可以直接察看AIS船舶信息。
圖4 電子海圖界面圖
圖5是航行告警信息,可以進(jìn)行信息查看和打印操作。
圖5 航行告警信息圖
圖6是接收到的氣象傳真圖,可以根據(jù)需要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、反色、放大、縮小和打印等操作。
圖6 氣象傳真圖像
通過(guò)采用嵌入式服務(wù)器技術(shù),在相應(yīng)的硬件平臺(tái)和軟件系統(tǒng)的支持下,使傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)榫邆淞艘訲CP/IP為底層通訊協(xié)議,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心的基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和管理系統(tǒng)。在此技術(shù)下,各個(gè)顯示器則成為了客戶(hù)端,服務(wù)器配置程序?yàn)榭蛻?hù)端提供了一個(gè)基于C/S模式的通訊接口,可接收客戶(hù)端請(qǐng)求、解析客戶(hù)端請(qǐng)求、向客戶(hù)端發(fā)送響應(yīng)信息。嵌入式服務(wù)器采用動(dòng)態(tài)管理技術(shù),可靈活地實(shí)現(xiàn)與多個(gè)客戶(hù)端進(jìn)行交互,例如數(shù)據(jù)查詢(xún)、實(shí)時(shí)狀態(tài)查詢(xún)等。本系統(tǒng)解決了目前船載信息設(shè)備功能單一的問(wèn)題,具有較大的經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)推廣價(jià)值。
[1]GB/T 18766-2009,奈伏泰斯系統(tǒng)技術(shù)要求 [S].
[2]GB/T 18913-2002,船舶與海上技術(shù)船用氣象圖傳真接收機(jī) [S].
[3]胡廣書(shū).數(shù)字信號(hào)處理一理論、算法與實(shí)現(xiàn)[M].北京:清華大學(xué)出版杜,2003.
[4]高云鵬.嵌入式Web服務(wù)器的研究與實(shí)現(xiàn) [D].北京:北京郵電大學(xué),2004.