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面向OBS导航定位的实时通信模块设计与实现
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2020-10-17
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为实现OBS导航定位系统可靠的数据传输,其通信模块设计以串口和TCP/IP网络两种通信方式实现多源数据的实时采集,并将多种设备集成到同一平台,实现对多路、异构导航定位数据的一体化组织和管理,为导航定位系统的其他业务流提供了可靠的数据服务。
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面向面向OBS导航定位的实时通信模块设计与实现导航定位的实时通信模块设计与实现
为实现OBS导航定位系统可靠的数据传输,其通信模块设计以串口和TCP/IP网络两种通信方式实现多源数据的
实时采集,并将多种设备集成到同一平台,实现对多路、异构导航定位数据的一体化组织和管理,为导航定位
系统的其他业务流提供了可靠的数据服务。
伴随着海洋开发过程中人们对海量信息需求的日益多样化,传统海洋测绘体系已转变为数字化测绘技术体系,海洋综合
OBS布设导航定位系统(OBSNavGIS)是集数据实时采集、通信、解析、电子海图显示等功能为一体的海洋导航定位系统,
通信模块是整个系统的重要组成部分,其实时性、准确性和稳定性直接影响导航定位系统的性能。目前国内外大多数水下测量
导航软件都支持通过RS232串口或并口连接多种传感器,如GPS接收机、回声测深仪、剖面仪、涌浪仪以及USBL[3],其中最
常用的通信方式是串行通信。但是采用串行通信方式也存在一些问题,即当终端连接多个传感器设备时,繁琐的串口参数配置
和杂乱的线路布设极大地影响了作业效率和作业环境。随着Internet技术的迅猛发展,网络通信技术应用于工业的可行性大大
加强,在导航领域,网络通信技术能够有效地弥补传统串行通信技术的不足,实现数据的远程传输,发展前景广阔。
本文设计并实现了支持TCP网络通信,同时兼容传统
1 OBS布设导航定位系统布设导航定位系统
OBSNavGIS是集数据实时采集、通信、解析及电子海图显示功能为一体的海洋导航定位系统,该系统旨在落实天然气水和
物资源勘查技术的研究,主要包括对OBS高精度投放与定位技术,以及海底OBS实时可视化投放技术的研究与实现。系统采用
层次化的体系架构,主要分为表现层、业务层、数据层。表现层主要负责电子海图的显示和OBS投放观测;业务层涵盖了对设
备的管理和OBS投放控制;数据层主要负责底层数据访问和硬件交互。软件架构如图1所示。
2 多路设备实时通信模块的设计多路设备实时通信模块的设计
2.1 功能设计功能设计
多路设备实时通信模块是一个通用接口模块,也是整个系统中最基础、最核心的单元。主要由数据层的通信构件和业务层
的设备管理模块构成。其中通信构件主要负责与底层硬件交互,对不同的通信机制进行封装,采集解析多路设备数据,为上层
的设备管理提供基本的数据访问支持。主要包括以下功能:
(1)连接RS232标准的串口设备,能实时获取多个串行数据,提供有效的同步机制,协调多线程的并行;
(2)建立基于TCP/IP通信协议的客户端与服务器端的网络连接,控制客户端的数据访问;
(3)解析多路设备的数据。提供不同设备的解析驱动,对不同设备数据进行语法和语义的分析。
设备管理模块主要负责通信方式的集成和设备的统一管理。主要包括以下功能:
(1)构建抽象的设备对象,提供统一的设备访问控制接口,集成串口和TCP/IP两种不同的通信方式连接设备;
(2)管理抽象的设备对象,处理用户的设备操作请求,完成属性设置、添加/删除、启动/停止、状态查询等操作。
2.2 模块设计模块设计
2.2.1 串口通信硬件连接设计串口通信硬件连接设计
OBSNavGIS系统中串口通信是指用户通过计算机串口实现计算机应用程序(OBSNavGIS)与多路设备之间的通信。串口均是
按位进行数据发送和接收[5]。OBSNavGIS的外设通过RS232串口与主机相连,外设有:GPS(含DGPS)、罗经、OBS以及水深
仪。
2.2.2 网络通信硬件连接设计网络通信硬件连接设计
OBSNavGIS系统中TCP网络通信主要负责接收遵循TCP/IP通信协议的网络数据,需要借助多串口转网关[6]将串口设备通过
标准TCP/IP协议接入Internet。多串口转网关的主要作用是把串口数据流转换成以太网数据流。
本系统中,采用RS232通信接口将DGPS(船位)、水下OBS(水下定位)等NMEA-0183[7]格式数据,船艏向、水深等定位
数据接入导航接口单元,并将数据通过网线发送给系统。
3 多路设备实时通信模块的实现多路设备实时通信模块的实现
3.1 关键技术关键技术
3.1.1 串口与串口与TCP通信技术的集成通信技术的集成
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