舰船电子技术

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舰船电子技术范文第1篇

关键词：舰船自动化；技术需求；研发重点

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.10.207

1 了解舰船自动化技术

1.1 概述

舰船自动化技术早在20世纪70年代就已经开始萌芽了，又经过40多年的发展，舰船自动化技术逐步进入信息化、智能化的时代。起初，舰船自动化技术只是应用于机舱设备的自动化控制，后来逐渐发展成集航行自动化、装卸货物自动化与定位自动化一体的全船自动化系统。

1.2 国内外现状

先谈一下国外现状。起初，国外的舰船自动化设备由两类公司提供，一是自动化设备的制造商，二是舰船机电设备的制造商，比如法国的ALSTOM公司、芬兰的ABB公司。近些年来，一部分生产专业设备的公司一并收入了大集团，这就促使舰船自动化技术得到快速发展，并且舰船自动化设备的生产种类和数目都有增加。另外舰船的自动化设备更有特色，质量也有所提升。

再来了解一下国内现状。我国舰船自动化发展的转折点是改革开放，改革开放后，舰船自动化发展迅速，取得了很大的成就。在军事上，我国中大型军舰基本上装有自动化系统。然而，我国民船自动化却比较落后，在当时民船自动化设备的装船率接近零，这使得我国在舰船自动化方面与美国、日本等国家差距巨大。

2 舰船自动化的技术需求和研发资源

2.1 技术需求

（1）三大基础系统的技术需求。三大基础系统包括主机遥控系统、通用监控系统以及电站控制系统，这些技术不受船型限制，是实现自动化不可缺少的技术。这要是自动化系统设备的制造商，就会提供这三大基础系统，但是，我国制造商提供的产品性能和可靠性能都与国外的有较大差距。究其根本，是因为我国产品没有足够的“成熟度”，这就使得我们的产品在性能方面和可靠性方面都存在或多或少的问题。因此，生产能拥有三大基本系统的且“成熟度”好的品牌产品是我国制造商的当务之急。

（2）其他系统的技术要求。因海洋工程的发展，随之出现了多种功能的特种舰船，相应的就出现了多种多样的系统。比如出现了海洋考察船、半潜运输船、挖泥船、大型起重船和海洋钻井平台等等，相应的出现了动力定位系统、自动锚泊系统、自动航迹跟踪系统、电力推进系统等。这些系统在我国舰船自动化系统中不够成熟，我国需要再度研发。除此以外，我国相对成熟的系统也存在一些漏洞，需要及时的解决。

2.2 研发资源

我国现在的状况就是肃然设备的生产商不少，但是绝大部分都是小作坊不成气候，对于他们来说缺乏自主研发能力。而外企在我国又都是以生产组装为主，根本没有在我国设有研发机构。我国现有较强的研究所不是很多大多集中在上海，其中国企占主流，也有部分民企！但是国企的市级单位的工作重c服务于军方，对于民船的研制无论是资金投入还是技术支持都较少，虽然近年来我国已经做了调整但是效果甚微。民企无论是在研发能力还是资金支持都较薄弱。不过近年来，我国有部分高校虽然没有提供技术支持但是培养了较多的技术人才，这对解决问题起到了一定的作用！

3 研发重点以及目标

3.1 机舱自动化系统

因最初的舰船自动化系统只是应用于机舱的自动化控制，因此，我国在机舱自动化系统方面的技术已经非常成熟。十一・五期间，上海研究所致力于研发一种基于三大基础系统技术的机舱自动化产品，而其发展的方向就是将这些自主研发的有着国际先进水平的产品变得商品化和产业化。与此同时，研究所也在研发舰船信息管理系统，以达到全船信息化的高水平，进而推进集成舰船管理系统的发展。

3.2 国内没有的舰船自动化产品

有一些自动化设备是国内无法提供的，比如动力定位系统和集成驾驶系统，这就需要从国外引进。而我国生产部门要在此基础上进行吸收消化以及创新，对必要的技术进行研究，最终实现自主创新，减少国内与国外产品的差距。

3.3 其它

舰船自动化系统设备制造商要与航运部门行程商业合作，构建船岸信息网，使制造商更能快速高效的了解舰船发展方向，使航运部门可以快速处理船岸信息并更好的服务于航运事业，最终促进集成舰船管理系统的发展。

4 相关的建议

4.1 要想改变现状必须加大资金的投入

无论是国家还是个人都应加大投入 ，从而加快技术的自主创新，国家应从政策资金等各方面，大力的鼓励支持我国现有有能力有目标的舰船自动化配套落后的企业，推动我国企业的自我创新进程，同时深化体制改革以及国际合作。

4.2 团结就是力量，一定要将各个企业联合起来

想要从那个根本解决问题就必须将产，学，研联合起来。加快体制改革，完善体系。鼓励支持以骨干企业带头，组建联合企业。通过研究市场需要，以及技术的突破，创建拥有自主产权自动化技术！

4.3 国家的扶持政策

国家应该采取资金或是政策的支持尤其是那些推出自己品。

5 结语

近些年，我国舰船自动化技术不断发展，但其与发达国家的自动化水平还是有不小的差距。因此，本文主要探索了舰船自动化的技术需求以及研发的重点，指出了技术需求为三大基础系统，实现机舱自动化和生产自动化产品为舰船自动化发展的研发重点。自动化设备制造商要吸收借鉴国外的高技术，研发属于自己的特色舰船自动化设备，让我国舰船自动化技术领先于世界。

参考文献：

[1]侯馨光.绿色节能的舰船自动化技术[J].第十六届中国科协年会论文集，2016：1.

[2]叶家玮.船海工程自动化的前沿应用领域[J].中国造船行业协会舰船电气与通导学术报告集，2015：12.

[3]徐绍衡.九十年代舰船自动化技术的发展展望[J].第5届国际轮机学术会议论文集，上海：中国造船工程学会，2013：3.

舰船电子技术范文第2篇

数字电视技术与模拟电视技术相比，除了具有抗干扰能力强、误差小、压缩比高、传输信息量大、频率资源利用率高等优点外，最大的优点在于数字电视用户和有线电视台等内容提供商的互动性，可以为用户开展各种增值服务业务。本系统利用HFC网络，在基于数字机顶盒的电视系统上实现会议电视服务。经过八年的实践应用，该系统运行稳定可靠。供业界同仁参考、完善。

・摘 要・

现代通信正在向数字化、宽带化、智能化、综合化发展，数字技术的迅速发展已将CATV网、电话网及数据网紧密联系在一起，提供各种不同类型的信息服务，会议电视就是其中一种。本文主要介绍应用于会议电视系统中的数字机顶盒，及利用数字机顶盒传输会议电视的具体实现方法。

有线电视数字机顶盒的关键技术

数字机顶盒是实现有线电视数字化的标志之一，换言之，数字机顶盒是实现“有线电视向数字化整体平移”战略的跳板。对于有线电视网络运营服务商来说，也只能通过数字机顶盒的推广入户，才能打开数字电视的大门，使数字电视产业链的形成及有线电视由粗放型经营向集约化经营转变成为可能。

在有线电视系统中，使用数字机顶盒（STB）作为前端，连接HFC网络，用于处理来自电视、电话和数据三大网络的数据流。在下行信号中，对数据流的调制方式主要是64QAM 或256QAM，而在上行链路中通常采用对噪声抑制能力较强的QPSK调制方式。数据流经过处理后就可以送到电视机及各种外部标准接口，如并行接口、RS232、USB等。同时，使用一个条件接入模块（CA Unit ），用于数字机顶盒（STB）的安全系统中，只有那些通过授权的用户才能使用付费业务。

为了接收数字电视实现会议电视的功能，数字机顶盒内配置了专门的MPEG-2编、解码器，连接在扩展总线上，承担运算量很大的MPEG-2编、解码工作。若嵌入式处理器的运算速度再有1~2个数量级的提高，各种标准的视频压缩、解压处理都可以由软件完成，就不需要配置专门的视频编、解码器。

一个完整的数字机顶盒由硬件平台和软件系统组成，可以分为4层，从底层向上分别为：硬件、底层软件、中间件、应用软件。硬件提供机顶盒的硬件平台，实现音视频的解码；底层软件提供操作系统以及各种硬件驱动程序；应用软件包括本机存储的应用和可下载的应用；中间件将应用软件与依赖硬件的底层软件分隔开来，使应用不依赖于具体的硬件平台。

1、数字电视机顶盒硬件组成

有线电视数字机顶盒的基本功能是接收数字电视广播节目，如图1所示，调谐模块接收射频信号并下变频为中频信号，然后进行转换变为数字信号，再送入QAM解调模块进行解调，输出MPEG传输流串行或并行数据。解复用模块接收MPEG传输流，从中抽出一个节目的PES数据，包括视频PES和音频PES。视频PES送入视频解码模块，取出MPEG视频数据，并对MEPG视频数据进行解码，然后输出到PAL/NTSC编码器，编码成模拟电视信号，再经视频输出电路输出。音频PES送入音频解码模块，取出MPEG音频数据，并对MPEG音频数据进行解码，输出PCM音频数据到PCM解码器，PCM解码器输出立体声模拟音频信号，经音频输出电路输出。

(1)调制解调模块

数字机顶盒工作在有线电视网络状态下，有线电视网采用模拟传输，因此必须对数字信号进行调制和解调才能在模拟信道传输，调制解调器是系统关键的组成部分，在技术上类似现在的电话调制解调器的原理，但采用了更高的调制方法，下行多采用64QAM或256QAM，在DVB-C(Digital Video Broadcast by Cable)中采用64QAM做为标准调制方法，以MC92305QAM 解调芯片为例，在7M模拟带宽上采用64QAM调制的数字信号速率可达42Mbit/S，采用HFC网时采用QPSK做为调制方案。QAM或QPSK调制器将MPEG格式的数据流调制在一个标准的PAL信道内，与其它视频调制信号一起合路发送出去。

(2) 编解码模块

由于采用模拟通道，为保证数据传输的可靠性和低误码率，前向纠错编码是必不可少的，DVB 采用Reed Solomon编码，RS码是一类纠错能力很强的多进制BCH码。

(3)MPEG II的解码模块

数字机顶盒的核心是数字视频技术，MPEGII的解码模块可以称为CPU以外的核心模块，MPEG II数字传输中采用交织编码，首先需要对码流进行去交织，视频、音频和数据码流的分离工作，以及视频码的解码工作。经以上各步骤MPEGII码流成为视频(CCIR656 格式)和音频数字信号。MPEG多路复用器将各路节目流、数据流复合在一起，以188字节为一帧的MPEG2数据格式发送到射频调制器并提供电子节目单(EPG)。

(4)数字视频编码器和音频DAC

数字机顶盒的“外设”是电视机和音响系统，数字的音视频信号必须转换为模拟音视频信号，以 MC44724为例，MC44724可以将ITU601、656标准4:2:2 并行视频数据转换为PAL或NTSC格式的视频、S-Video、Y/Cb/Cr 或R/G/B，扩展的VBI(Vertical Blanking Interval)信息输入口用于显示图文信息。现代音响系统都支持DolbyProLogic和LucasfilmHomeTHX家庭影院系统，需在音频DAC之前用数字音频信号处理芯片对数字音频信号进行处理，目前有专用处理芯片和采用数字信号处理芯片DSP进行处理两种方式。

(5)加解扰模块和版权保护模块

在有线电视运营中，付费电视是一种主要的业务，要求数字机顶盒必须具备电视信号的加解扰功能，由于采用数字信号，加解扰比模拟信号加解扰容易和保密度高，另一方面，采用数字信号在版权保护上加大了难点，目前采用Macrovision generator 进行活动图像的保护。

在数字电视技术中，软件技术比硬件占有更为重要的位置，因为电视节目内容的重现、操作界面的实现、数据广播业务的实现，都需要软件来实现。

2、数字电视机顶盒软件系统

在机顶盒中，软件系统是一个重要的组成部分。主控制器的工作通过软件的执行来完成。

机顶盒的软件基本结构如图所示。操作系统一般采用实时操作系统。在这个操作系统中主要完成进程调度、中断管理、内存分配、进程间通信、异常处理、时钟提取等工作。硬件驱动部分提供硬件设备的驱动，包括I2C总线、异步串行通信口、并行通信口、非易失内存、键盘、遥控器、调谐器、信道解码模块等。图形接口主要用于完成图形显示功能，以便于为用户提供友好的图形用户界面。音频解码和视频解码驱动用于控制音频解码和视频解码硬件的工作。解复用和数据表提取模块主要是对码流解复用和数据表提取操作的控制。应用程序编程接口将所有与硬件相关的底层函数映射到一个统一的接口上，并且提供一些与硬件无关的公用处理函数，比如网络协议、图形格式分析、业务信息数据表分析等。条件接收驱动用于完成条件接收处理的工作和软件接口。应用程序编程接口为应用程序提供了一个公共的编程接口，把应用程序与硬件屏蔽开，使得应用程序与硬件无关。这样，就便于实现应用程序的可移植性。

数字机顶盒传输会议电视的实践应用

电视会议利用视频摄像和显示设备，经过信号压缩及编解码处理，通过通讯线路传输而在两地或多个地点之间实现交互式实时图像通讯。它利用摄像机和麦克风将一个地点的活动图像和声音实时地传至远端。可连接图文摄像机、投影机和录像机等各种视音频设备，能传送实物图像、图纸、文件和预先制作的视频资料。远端的声音、图像也同样实时传至本地。电视会议还提供专用数据通道，用于连接数据设备如计算机、电子白板等。由此系统在进行视音频交互通讯同时，能同时实现数据的异地实时共享。模拟图像经专用设备转换成数字信号，进行数据压缩，而后通过数字信道进行传输。其简要框图如下。

1、用户需求分析

（1）、会场分布：中心会场设在市内，19个分会场遍布各区局网络分公司。

（2）、功能要求：所有会场可同时开会，实现多点视频会议。也可将各会场分为不同小组分别开会。日常工作中，各会场可以方便地与任一其它会场连通。

（3）、网络要求：简单、方便、可靠。

（4）、数据功能：可进行数据传输、共享。

2、会议电视组网方案

（1）、以市内为中心组成的HFC星形网：主会场设在市内，配置1台机顶盒终端。各分会场各配置一台机顶盒终端。在市内设立网络控制中心， 网控中心负责全网多点会议的设置、召开、管理和会议控制。

网控中心配置终端网管，对全网所有会议电视终端的工作状态实时监控、管理。

市内为网管中心，实现集中管理。全网运行更安全、可靠。

（2）、终端设备

会议电视终端设备主要包括视频输入/输出设备、音频输入/输出设备、视频编解码器、音频编解码器、信息通信设备及多路复用/信号分线设备等。其基本功能是将本地摄像机拍摄的图像信号、麦克风拾取的声音信号进行压缩、编码，合成为64Kbps至1920Kbps的数字信号，经过传输网络，传至远方会场。同时，接收远方会场传来的数字信号，经解码后，还原成模拟的图像和声音信号。

①视频、音频的输入、输出

视、音频（A、V）的输入设备基本为摄像机和麦克风，摄像机为数字摄像机，系统视频输入口应不少于4个。根据会场的规模1台到3台，视频信号同麦克风的声音信号经视音频分配器和视音频切换器，接入到系统。

视、音频输出电路根据输出信号和会场的规模不同而不同。当只有一台显示器时，输出信号在接接到显示器上；当有几台显示器时，输出信号为A、 V时，用一台视音频分配器把一路 A、 V分成几路A、V供几台显示器或用调制器把A、V调制成射频信号（RF）用分配器分成几路供几台显示器；输出信号为RF时，直接用分配器把信号分成几路供几台显示器。最简单的系统只有下行信号而没有上行信号。

②视频解码器

其一方面对视频信号进行制式转换处理以适应不同制式系统直通；另一方面对视频信号进行数字压缩编码处理，以适应窄带数字信道的传送，还支持多点会议电视系统的多点控制单元多点切换控制。视频编解码器宜以全公共中间格式(CIF)或1/4公共中间格式(QCIF)的方式处理图像。在特定条件下，也可采用CTX或CTX PLUS等其他编解码方式，但必须与CIF，QCIF兼容，便于按用户的不同要求选用合适的编解码方式。

③音频编解码器

其主要对模拟音频信号进行数字化编码处理，已进行传送。音频编解码器应具备对音频信号进行PCM，ADPCM或LD－CELP编解码的能力。

④多路复用/信号分线设备：其将视频、音频、数据信号组合为传输速率为64-1920Kbps的数据码流，成为用户/网络接口兼容的信号格式。在广电网中，采用多信道视频／音频编码器1715VC和STM－16同步插分复用设备来传输，171 SVC就是采用混合差分脉码调制（HDPCM）技术，每个STM叫传送2路视频信号和4路音频信号。另外，MPEGII压缩技术（同上述帧间编码原理同）也是当前电视编码的标准，电视信号可压缩到1．5～15Mb／S，通常压缩到8Mb／S； STM－1可传输近20套MPEGII压缩的数字电视信号。

（3）、多点控制单元（MCU Multipoint Control Unit）

在广电网中，MCU主要是指视音频分配器和视音频切换器，对会场的视、音频进行直接切换、控制。

3、系统硬件总体构成

根据目前会议电视的实际情况，考虑现有设备状况，我们可以在各会议室里各配置一台机顶盒的会议终端产品，各分公司只要配备一台电视机就可以参加视频会议。同时，会议终端产品具备视频输出。具体实现办法如下图所示。

4、系统的软件实现

我们将会议电视进行加密。即将会议电视内容放入数字机顶盒中传给各分公司，只使指定的部分用户能够收看，达到加密的目的。即在数字前端将会议电视节目单设一项，名为“会议电视”，“会议电视”的观看权不授予普通用户，使普通用户无法观看会议电视节目，将“会议电视”只授予且仅授予上述各会议室，使其仅能收看会议电视节目。其截图如图5 图6所示。

结束语

通过上面的介绍，我们可以看出，该系统具有极大的优越性和灵活性。主要表现在：（1）设备利用率高，可以充分利用广电部门现有的设备；（2）电视会议召开地点灵活，而且易于扩大规模；（3）电视会议召开费用低；（4）保密性和安全性好。作为一项有着巨大市场空间的电视增值业务，大力发展和使用数字机顶盒来传输会议电视这一先进通信工具，为伊春广电网络带来不可估量的社会效益和经济效益。■

参考资料：

1 刘修文. 数字机顶盒技术讲座 第二讲 数字机顶盒的组成【J】. 中国有线电视, 2004-08

2 张卫锋. 基于DVB的数据广播和客户端数字机顶盒的开发【D】.浙江大学, 2002.

舰船电子技术范文第3篇

【关键词】 移动自组网 ARM DSP HPI

一、引言

移动自组网是由一组带有无线收发装置的节点组成的一个临时性多跳自治网络，网络中的每一个节点同时具有普通网络节点和路由器的双重功能。该网络无需任何基础设施，可随时随地快速灵活部署，且具有极强的抗毁特性，在军事作战和民用应急通信领域都具有广阔的应用前景，是目前网络构建方案研究中的热点问题。

移动自组网节点设备作为该网络构建的基础，其特殊的体系结构是自组网系统具有无中心、自组织、抗毁性强等特性的关键。目前自组网节点设备实现技术的研究中有两类主流实现方案：1）基于CSMA/CA的竞争方案，该方案多采用嵌入式处理器加802.11协议标准的制式芯片实现，其中ARM处理器实现自组网路由协议处理，制式芯片实现物理层及MAC层功能。该方案实现简单，但由采用基于竞争的MAC层协议，因此网络吞吐量无法得到保障。2）基于TDD的同步调度方案，该方案采用同步调度机制，大大减少碰撞发生，从而保障了网络的吞吐量。但该方案尚未有相关制式芯片可以使用，因此需要采用软件无线电方案自主研发。本文中移动自组网节点基于TDD同步调度方案实现，采用ARM+DSP+FPGA的多处理器协同结构，其中ARM实现节点业务接入与网络路由协议处理，DSP实现同步式MAC层协议处理，FPGA实现宽带无线收发基带处理。在上述多处理器协同方案设计中，处理器间数据交互方案是系统设计的关键问题之一。本文将重点介绍ARM与DSP间基于HPI接口的数据交互方案设计。

二、移动自组网节点整体结构

移动自组网节点硬件结构如图1所示。节点设备包括路由与调度单元以及无线收发单元两部分，其中路由与调度单元承载自组网节点的网络协议与同步MAC层处理算法，无线收发单元在MAC层协议调度下实现基于TDD的物理层无线收发处理。

在路由与调度单元硬件设计中，ARM处理器选用SAMSUNG公司的S3C6410。该芯片是一款低功耗、高性能的适用于移动便携设备的通用嵌入式处理器，基于64/32位的RISC（Reduced Instruction Set Computer）构架。它采用ARM1176JZF-S内核，最高工作频率可达667MHz，具有强大的外设管理功能，适合于自组网节点路由算法、业务接入处理以及人机交互操作管理。

DSP处理器选用TI公司的TMS320C6416。该处理器是TI公司C6000系列中的一款高性能定点DSP器件。在最高1GHz主时钟下，其处理能力达到8000 MIPS，其强大的处理能力可满足MAC层的分布式网同步算法以及实时资源调度的处理需要。同时它具有丰富的外部设备接口，可实现与不同外部处理器间的数据交互。

在路由与调度功能单元的双处理器设计结构中，ARM作为主处理器，需要实时与DSP进行上下行业务数据以及信令数据交互。本方案选择HPI作为处理器间通信接口。该接口硬件复杂度低，无需添加外置逻辑电路。且该接口基于DMA方式完成数据传输，占用DSP处理资源较少，不会影响DSP中其它高优先级的实时处理工作。

三、节点中HPI接口硬件设计

HPI（Host Port Interface）是TMS302C6416中的一个并行数据端口。ARM通过该端口可作为主处理器直接访问DSP内部的存储空间以及存储器映射的外设，并且可通过DMA/

表1 HPI接口引脚信号及其功能

信号名称 类型 信号数 主机连接 信号功能

HD[15：0] I/O 16 数据总线 数据输入输出

THCNTL[1-0] I 2 地址线 HPI寄存器访问控制

THHWIL I 1 地址线 半字识别输入

THR/W I 1 读/写选通 读写选择

THCS I 1 片选控制线 数据选通输入

THDS2 I 1 写选通 数据选通输入

THDS1 I 1 读选通 数据选通输入

THRDY O 1 异步准备信号 当前HPI访问的准备状态

THINT O 1 主机中断输入 向主机发出的中断信号

EDMA控制器来访问存储空间。在具体数据交互的操作中，ARM通过对HPIC（HPI控制寄存器）、HPIA（HPI地址寄存器）以及HPID（HPI数据寄存器）寄存器的读写操作来实现HPI数据接口通信。此外HPI数据总线宽度可通过外部配置引脚设置为HPI16（16bit总线）与HPI32（32bit总线）两种模式。

ARM（S3C6410）与DSP（TMS320C6416）硬件连接如图2所示。根据层间数据吞吐要求设置HPI总线为HPI16模式，并将HPI接口的HD[15：0]总线连接到ARM的数据总线。在层间数据交互操作中，ARM作为主机，DSP看作是ARM的一个外部设备。HPI接口信号的功能定义如表1所示。

ARM 通过ADDR2与ADDR1地址线控制THCNTL1/0信号，联合选择要访问的HPI寄存器。此外通过地址线ADDR3控制THHWIL信号，用于识别在HPI16模式下传输的是第一个半字还是第二个半字。

在TMS320C6416芯片内部，对于HPI读写数据总线选通处理，采用了特殊的设计结构。如图3所示，在DSP内部对HPI接口的THCS、THDS1、THDS2三个输入信号进行组合逻辑运算，生成数据闸门信号，控制读写数据总线选通。该设计增加了主机处理器与DSP间硬件连接的灵活性，从而使HPI接口可以很好的匹配不同处理器的数据接口。本设计根据S3C6410接口时序特性，采用CSn5、OEn、WEn分别与THCS、THDS1、THDS2连接。

四、节点中HPI接口软件设计

ARM主处理器基于嵌入式Linux操作系统，其在完成网络层路由算法处理的同时实现业务数据的吞吐与协议封装，而后再通过HPI接口将上下行业务数据以及系统信令数据与DSP进行交互。在HPI接口的数据交互处理中，ARM将该操作视为对一种外部设备的读写处理，软件设计分为驱动程序设计与应用程序设计两个层次实现。

4.1驱动程序设计

在HPI接口软件设计中，驱动程序是ARM与DSP通信实现的关键。ARM在嵌入式Linux下，通过对HPI设备驱动文件的打开、关闭、读、写等操作来完成对HPI的设备操作。与应用程序不同，驱动程序与硬件相关，且工作在内核空间，可对中断、存储空间等底层资源进行操作和调配，直接影响硬件效率和系统稳定性。此外，设计中HPI驱动程序不但要实现ARM与DSP的双向传输通道，而且要在保证稳定性和应用层效率的条件下，尽量提高传输速率。

驱动程序的总体结构如图4所示，可分为应用层接口、内核线程、数据结构、通信协议和硬件实体操作五部分。

4.1.1应用层接口

为保证应用程序的可移植性，驱动程序需采用标准化文件接口，包括open、close、write、read、以及ioctl。

open和close实现接口的打开和关闭以及资源的申请和释放，为了保证应用层的效率，write和read采用阻塞的读写方式，通过wait_queue机制，使应用程序在无法得到驱动资源的情况下进入休眠状态，提高系统整体运行效率。

4.1.2内核线程

为保证高数据率的总线传输，读与写的操作不能顺序化，必须采用应用层接口函数操作和底层硬件操作异步进行方式。通过write_thread和read_thread两个内核线程实现应用层操作的异步化。以写过程为例，应用程序调用write后，驱动程序并不直接进行硬件总线操作，而是迅速将数据写入驱动缓存，驱动程序在CPU空闲时从缓存内取出数据，进行总线读写，从而大大提高了传输效率。内核线程与应用层线程区别较大，不能完全依靠系统调度，根据操作流程需要，通过软件设计干预系统调度。

4.1.3数据结构

考虑到后级吞吐能力，驱动程序设计中还要考虑速率匹配问题。本设计中实现了深度可变的FIFO数据结构，方便对各种大小的数据单元进行缓存，根据系统需求进行数据速率匹配，从而保证不会使后级发生溢出，同时兼顾系统的低延时要求。

4.1.4通信协议

在通信协议设计方面，驱动程序通过设计可用标志、数据大小、数据存储区指针等内存关键字段，实现ARM与DSP间的总线上层通信协议。此外，通过标志位的互斥，保证了DSP内存临界区的数据安全。

4.1.5硬件操作实体

在硬件层面上，ARM主处理器与DSP间的数据交互是通过对控制寄存器HPIC、地址寄存器HPIA以及数据寄存器HPID的读写操作实现的。驱动程序实现的底层硬件通信就是对上述寄存器的操作。驱动设计中需要注意：ARM外部设备I/O 端口的物理地址只有被映射到内存地址空间才能被访问，即所谓内存映射。因此，需要将HPI接口的物理地址映射到内核空间，这样每个寄存器就具有了相应内存地址，通过对相应地址单元的读写即可完成对相应寄存器的操作。

4.2应用程序设计

应用程序工作流程如图5所示。在下行业务数据处理过程中，ARM由网口接收数据，进行协议封装后，调用HPI接口驱动程序发送给DSP。上行业务处理流程与上述过程相反不再赘述。应用程序由网口UDP接收、发送以及HPI接口接收、发送四个内核进程实现移动自组网上下行业务的传输。

五、结束语

本文在移动自组网节点实现技术研究的基础上，给出了适用于TDD同步调度机制自组网系统的多处理器节点设计架构，并重点介绍了节点设备中TMS320C6416 DSP和S3C6410 ARM处理器间，基于HPI接口的层间数据传输软硬件设计方案。经过实际测试表明，设计中HPI接口可以满足层间高速数据交互处理要求。本方案中HPI接口硬件设计简单灵活、性能稳定可靠，且具有通用性，可适用于其它实时高速数据传输应用。

参 考 文 献

[1]张程，移动自组网关键技术研究[D]，重庆大学，2010.

[2]徐伟 陆珉，探底雷达显控单元中的HPI应用技术研究[J]，现代电子技术，2013，3，5期：10-12.

[3]孙德玮. 基于HPI接口实现DSP和ARM间的通信[J]，微处理机. 2009，6，3期：61-63.

舰船电子技术范文第4篇

【摘 要】本文简介了我校物理教研组将航模、车模、船模、电模等科技模型运用在初中物理教学中的一些经验与不足，重点介绍了其中的具体做法和注意事项，以便于同行参考实施并提出宝贵意见。

关键词 科技模型初中物理教学；应用

科技模型的制作和使用在培养学生的技能、促进课堂学习、培养青少年的创造能力和创造精神方面都起着重要的作用。为了进一步扩大科技模型在物理教学中的作用，我们练塘中学物理教研组尝试将科技模型制作和使用从科技活动小组扩展到物理课堂教学和课外活动中去。取得了很好的效果，现将情况简介如下：

在第八章第四节《力的作用是相互的》教学中，我们制作了流星号木质弹射机，准备了2.4G电动遥控直升机，组装了紫金伞降模型火箭，带领学生在航模活动室让学生亲手操控并观察弹射机的弹射起飞和直升机的垂直起飞，然后到室外观察火箭的点火与升空。由于弹射起飞和火箭升空的速度很大，我们使用频闪摄像机拍摄后慢镜头播放，请学生思考弹射机、直升机和火箭的工作原理，由此让学生理解力的作用是相互的这一力学基本原理。

在第十章第一节《压强》的教学中，我们组装了一套玩具工程车，包括玩具吊车、铲土机、推土机、搅拌机和卡车等。我们让学生比较玩具工程车和四驱赛车上轮胎的数量和压地面积来认识压强，学生观察了实物投影仪上两种不同规格的轮胎后，很好地理解了通过增大受力面积来减少压强的重要方法。

在第三节《大气压强》中教学压强与流速的关系时，我们组装了两艘遥控模型舰船，带领学生在学校旁边的河里遥控两艘模型舰船并排高速行驶，让学生观察舰船并排行驶时的特点，体会随着流速的增大，液体压强减小的规律，然后我们将弹射机前翼，剖开放在实物投影仪上，让学生观察机翼的横切面形状，结合观察弹射机和橡筋动力飞机的起飞和爬升的慢镜头录像，领悟飞机的飞行原理。

在第五节《物体的浮与沉》教学中，我们准备了两个如图的深水槽，A水槽内注三分之二以上的清水，B水槽内配制高浓度盐水，在两个水槽间制作一个可容模型舰船通过的通道，在舰船上刻上多根吃水线。将舰船放入清水槽中，打开两侧水闸后让模型舰船从清水槽A驶向高浓度的盐水槽B，让学生观察模型舰船上吃水线的变化，从而理解物体的浮沉条件。

在第十一章《简单机械与功》的教学中，我们将各种报废的模型有序拆解后，放在实物投影仪上展示，让学生识别模型中的各种简单机械并说明工作原理。例如模型吊车上的滑轮组、模型卡车上的杠杆、直升机上的轮轴等。我们用模型吊车重复吊起不同质量钩码，用测力计代替吊绳来测出钩码的重力和对钩码的拉力，再用刻度尺测出拉绳移动的距离和钩码上升的高度，并用秒表测出所用的时间，让学生观察记录并计算机械做的功、功率和机械效率从而让学生深刻理解功、功率、机械效率等概念。

在第十二章《机械能和内能》的教学中，我们准备两架相同型号的遥控直升飞机，在起落架上小心放上相同质量的小砝码，在地上准备一个沙槽，请学生遥控直升飞机悬停在沙槽上方的不同高度，然后做轻微的前倾动作，使砝码自由落体，虽然这个活动比书上介绍的演示时间略耗时，但当学生近距离观察“实弹演习”时，对重力势能有了更深刻的理解，对物理也更感兴趣了。在遥控直升飞机作各种特技飞行的过程中，我们也请学生及时分析其中动能和重力势能的连续转化过程，并让学生分析电池提供的电能在这个过程中所起的作用。

在进入电磁学部分（13-16章）后，在电子器材店和淘宝上采购了各种型号的电阻、电灯、电铃、小电动机、电线、布线板、干电池和蓄电池等。并考虑将一间科技活动室改装为电子技术活动室，让学生先自由设计电路，然后在课余时间按照电路图安装电路，并相互交流。

在进入第15章《电功和电热》教学后，我们准备了红色、蓝色、黑色电线代表火线、零线和地线，准备电能表、闸刀开关和熔断器，准备了万能表、测电笔、绝缘胶布和电工剪刀、剥线钳等电工工具，正式请学生合作设计符合要求的电子技术活动室电路布置，并亲自在课余时间进行安装和调试，活动室设计和安装得很成功，有的同学还准备了校验灯以应付短路情况。整个教学活动富有实效。

我们教学改革的尝试还在进行中，问题还有很多，首先我们的学生自己有很多的模型制作和使用经验，家中也保存着大量我们没有的模型，如果能够发动他们主动参与我们的教学准备工作，教学改革尝试是否会更顺利、提出的方案是否会更成熟一些呢？其次，限于资金的不足和工作时间的限制，我们还局限于使用市面上能够采购到的比较便宜的模型，能否找到更廉价优质又有稳定渠道的供货单位和部门呢？能否用现用的材料多自制一些模型呢？我们还需要和其他学校交流这方面的经验，并查阅文献以学习更新颖前沿的科技模型运用方法。

参考文献

[1]刘炳昇等主编，《义务教育教科书·物理》8年级上下册、9年级上下册，江苏科学技术出版社，2013年10月第三版

舰船电子技术范文第5篇

【关键词】CAN 推进监控 系统

计算机技术的迅猛发展对船舶工业发展产生了极大的推动作用，尤其是网络技术和现场总线技术对船舶自动化带来了巨大的变革。现场总线监控系统将逐步取代传统的集散式、分布式控制的舰船自动化监控系统。本文研究了一种基于CAN总线的舰船推进监控系统，该系统是由工业以太网和CAN总线构成的网络控制系统，系统具有主推进系统控制、安全保护、监测信息显示及报警功能。

1 CAN 总线的特点

CAN现场总线只具有物理层、数据链路层和应用层等3层网络结构。它是一种多主总线，可挂接上百个节点，网络上任意节点可随时主动向其他节点发送信息；具有抗干扰能力强、速度快、容错性好、数据传输可靠性高等特点，因此在船舶监控系统中得到了广泛的应用。

2 系统构成

舰船推进监控系统主要由主推进控制分系统、安全保护分系统和监测报警分系统组成。

2.1 系统网络结构

舰船推进监控系统网络结构设计为两层双冗余网络结构。上层为数据信息传输网，采用高速工业以太网；下层为实时数据采集网和实时控制网，采用CAN现场总线。为提高系统网络通信的可靠性，上下两层均采用双冗余结构，可实现网络故障切换和热备份。在信号采集和控制方面， 基于CAN总线的主推进控制系统采用分布式布置， 达到信号就地采集， 就地控制的目的，提高了系统的可靠性。系统网络结构图如图1所示。

2.2 主推进控制分系统

主推进系统由2台主机、2台齿轮箱和2套可调螺距桨（ CCP）等组成， 为双机双桨推进系统。舰船左右两舷各设一套控制系统，分别控制两舷主推进系统，两控制分系统相对独立，功能相同。控制系统可以实现在驾驶室、机舱控制室和机旁控制站能对主推进系统行3级控制，其中机旁控制优先于机舱控制，机舱控制优于驾驶室控制，三个控制站之间相互联锁，任何时刻只能一个控制站可操纵。

控制分系统可按三种控制方式实现对主推进装置的控制：自动控制、半自动控制和手动控制。自动控制方式：控制分系统在不同的主推进系统运行模式下，按照预定的控制曲线自动控制主推进系统运行。半自动控制方式：控制分系统根据操作人员的指令自动控制主推进系统运行。手动控制方式：操作人员在机旁控制站可进行主机起停、调距桨螺距设定等操作。还可以通过软件程序对主推进系统进行控制。

2.3 安全保护分系统

舰船左右两舷各设一套安全保护分系统，分别保护两舷主推进系统，两安全保护分系统相对独立，功能相同。安全保护分系统具有故障降速、故障停车的保护功能，不受操控站和控制方式限制。当出现故障时，安保分系统发出故障降速或故障停车信号，并发出声光报警信号。

2.4 监测报警分系统

舰船机舱设置一套检测报警分系统，由数据采集单元分别采集左右两舷推进系统设备现场实时数据，通过下层CAN现场总线汇聚到显控模块，进行数据处理、监测报警、现场显示等，并通过上层以太网与主推进工作站或其他系统交互数据信息。

3 系统软件设计

系统软件主要包括控制分系统、安全保护分系统和监测报警分系统等三个分系统软件。

3.1 控制分系统软件设计

控制分系统软件主要包括遥控控制模块、主机调速模块、遥控操作显示模块等方面设计，对主推进系统进行主机的启动、停车、转速增减、离合器脱排等操作，通过输出油门对主机进行调速控制。

3.2 安全保护分系统软件设计

左右舷主推进装置各设一套安全保护分系统，由安保控制模块和安保频率输入模块组成。

3.3 监测报警分系统设计

监测报警分系统主要是通过分布在主推进系统上的各个传感器来实时监测系统的状态，并传回显控模块分析处理、显示。监测报警分系统软件显控模块人机界面主要实现数据处理和显示、参数设定和修改、监测越线报警、数据记录和打印等功能。

4 结束语

本文研究的基于CAN总线的舰船推进监控系统解决了传统的集散式、分布式系统的缺点，提高了系统的抗干扰能力和数据传输可靠性能力，该系统切实可行，已在工程船舶上取得了良好的实际应用效果。

参考文献

[1]张显库，任光，刘军，赵卫军.综合船舶监控系统设计[J].中国造船，2002，43（02）：71-80.

[2]张旭，李迪阳，孙建波等.船舶机舱监测报警系统[J].计算机工程与应用，2005（22）：229-232.

[3]邬宽明.CAN总线原理和应用系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，1986：20-39，59-68，78-105.

[4]满庆丰.CAN 总线的发展及应用[J].电子技术应用（刊），1994（12）：38-41.

作者简介

熊永坤（1984-），男，湖南省娄底市人。现为91404部队工程师，从事综合平台管理系统研究。