艦船電子技術

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艦船電子技術范文第1篇

關鍵詞：艦船自動化；技術需求；研發重點

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.10.207

1 了解艦船自動化技術

1.1 概述

艦船自動化技術早在20世紀70年代就已經開始萌芽了，又經過40多年的發展，艦船自動化技術逐步進入信息化、智能化的時代。起初，艦船自動化技術只是應用于機艙設備的自動化控制，后來逐漸發展成集航行自動化、裝卸貨物自動化與定位自動化一體的全船自動化系統。

1.2 國內外現狀

先談一下國外現狀。起初，國外的艦船自動化設備由兩類公司提供，一是自動化設備的制造商，二是艦船機電設備的制造商，比如法國的ALSTOM公司、芬蘭的ABB公司。近些年來，一部分生產專業設備的公司一并收入了大集團，這就促使艦船自動化技術得到快速發展，并且艦船自動化設備的生產種類和數目都有增加。另外艦船的自動化設備更有特色，質量也有所提升。

再來了解一下國內現狀。我國艦船自動化發展的轉折點是改革開放，改革開放后，艦船自動化發展迅速，取得了很大的成就。在軍事上，我國中大型軍艦基本上裝有自動化系統。然而，我國民船自動化卻比較落后，在當時民船自動化設備的裝船率接近零，這使得我國在艦船自動化方面與美國、日本等國家差距巨大。

2 艦船自動化的技術需求和研發資源

2.1 技術需求

（1）三大基礎系統的技術需求。三大基礎系統包括主機遙控系統、通用監控系統以及電站控制系統，這些技術不受船型限制，是實現自動化不可缺少的技術。這要是自動化系統設備的制造商，就會提供這三大基礎系統，但是，我國制造商提供的產品性能和可靠性能都與國外的有較大差距。究其根本，是因為我國產品沒有足夠的“成熟度”，這就使得我們的產品在性能方面和可靠性方面都存在或多或少的問題。因此，生產能擁有三大基本系統的且“成熟度”好的品牌產品是我國制造商的當務之急。

（2）其他系統的技術要求。因海洋工程的發展，隨之出現了多種功能的特種艦船，相應的就出現了多種多樣的系統。比如出現了海洋考察船、半潛運輸船、挖泥船、大型起重船和海洋鉆井平臺等等，相應的出現了動力定位系統、自動錨泊系統、自動航跡跟蹤系統、電力推進系統等。這些系統在我國艦船自動化系統中不夠成熟，我國需要再度研發。除此以外，我國相對成熟的系統也存在一些漏洞，需要及時的解決。

2.2 研發資源

我國現在的狀況就是肅然設備的生產商不少，但是絕大部分都是小作坊不成氣候，對于他們來說缺乏自主研發能力。而外企在我國又都是以生產組裝為主，根本沒有在我國設有研發機構。我國現有較強的研究所不是很多大多集中在上海，其中國企占主流，也有部分民企！但是國企的市級單位的工作重c服務于軍方，對于民船的研制無論是資金投入還是技術支持都較少，雖然近年來我國已經做了調整但是效果甚微。民企無論是在研發能力還是資金支持都較薄弱。不過近年來，我國有部分高校雖然沒有提供技術支持但是培養了較多的技術人才，這對解決問題起到了一定的作用！

3 研發重點以及目標

3.1 機艙自動化系統

因最初的艦船自動化系統只是應用于機艙的自動化控制，因此，我國在機艙自動化系統方面的技術已經非常成熟。十一?五期間，上海研究所致力于研發一種基于三大基礎系統技術的機艙自動化產品，而其發展的方向就是將這些自主研發的有著國際先進水平的產品變得商品化和產業化。與此同時，研究所也在研發艦船信息管理系統，以達到全船信息化的高水平，進而推進集成艦船管理系統的發展。

3.2 國內沒有的艦船自動化產品

有一些自動化設備是國內無法提供的，比如動力定位系統和集成駕駛系統，這就需要從國外引進。而我國生產部門要在此基礎上進行吸收消化以及創新，對必要的技術進行研究，最終實現自主創新，減少國內與國外產品的差距。

3.3 其它

艦船自動化系統設備制造商要與航運部門行程商業合作，構建船岸信息網，使制造商更能快速高效的了解艦船發展方向，使航運部門可以快速處理船岸信息并更好的服務于航運事業，最終促進集成艦船管理系統的發展。

4 相關的建議

4.1 要想改變現狀必須加大資金的投入

無論是國家還是個人都應加大投入 ，從而加快技術的自主創新，國家應從政策資金等各方面，大力的鼓勵支持我國現有有能力有目標的艦船自動化配套落后的企業，推動我國企業的自我創新進程，同時深化體制改革以及國際合作。

4.2 團結就是力量，一定要將各個企業聯合起來

想要從那個根本解決問題就必須將產，學，研聯合起來。加快體制改革，完善體系。鼓勵支持以骨干企業帶頭，組建聯合企業。通過研究市場需要，以及技術的突破，創建擁有自主產權自動化技術！

4.3 國家的扶持政策

國家應該采取資金或是政策的支持尤其是那些推出自己品。

5 結語

近些年，我國艦船自動化技術不斷發展，但其與發達國家的自動化水平還是有不小的差距。因此，本文主要探索了艦船自動化的技術需求以及研發的重點，指出了技術需求為三大基礎系統，實現機艙自動化和生產自動化產品為艦船自動化發展的研發重點。自動化設備制造商要吸收借鑒國外的高技術，研發屬于自己的特色艦船自動化設備，讓我國艦船自動化技術領先于世界。

參考文獻：

[1]侯馨光.綠色節能的艦船自動化技術[J].第十六屆中國科協年會論文集，2016：1.

[2]葉家瑋.船海工程自動化的前沿應用領域[J].中國造船行業協會艦船電氣與通導學術報告集，2015：12.

[3]徐紹衡.九十年代艦船自動化技術的發展展望[J].第5屆國際輪機學術會議論文集，上海：中國造船工程學會，2013：3.

艦船電子技術范文第2篇

數字電視技術與模擬電視技術相比，除了具有抗干擾能力強、誤差小、壓縮比高、傳輸信息量大、頻率資源利用率高等優點外，最大的優點在于數字電視用戶和有線電視臺等內容提供商的互動性，可以為用戶開展各種增值服務業務。本系統利用HFC網絡，在基于數字機頂盒的電視系統上實現會議電視服務。經過八年的實踐應用，該系統運行穩定可靠。供業界同仁參考、完善。

?摘 要?

現代通信正在向數字化、寬帶化、智能化、綜合化發展，數字技術的迅速發展已將CATV網、電話網及數據網緊密聯系在一起，提供各種不同類型的信息服務，會議電視就是其中一種。本文主要介紹應用于會議電視系統中的數字機頂盒，及利用數字機頂盒傳輸會議電視的具體實現方法。

有線電視數字機頂盒的關鍵技術

數字機頂盒是實現有線電視數字化的標志之一，換言之，數字機頂盒是實現“有線電視向數字化整體平移”戰略的跳板。對于有線電視網絡運營服務商來說，也只能通過數字機頂盒的推廣入戶，才能打開數字電視的大門，使數字電視產業鏈的形成及有線電視由粗放型經營向集約化經營轉變成為可能。

在有線電視系統中，使用數字機頂盒（STB）作為前端，連接HFC網絡，用于處理來自電視、電話和數據三大網絡的數據流。在下行信號中，對數據流的調制方式主要是64QAM 或256QAM，而在上行鏈路中通常采用對噪聲抑制能力較強的QPSK調制方式。數據流經過處理后就可以送到電視機及各種外部標準接口，如并行接口、RS232、USB等。同時，使用一個條件接入模塊（CA Unit ），用于數字機頂盒（STB）的安全系統中，只有那些通過授權的用戶才能使用付費業務。

為了接收數字電視實現會議電視的功能，數字機頂盒內配置了專門的MPEG-2編、解碼器，連接在擴展總線上，承擔運算量很大的MPEG-2編、解碼工作。若嵌入式處理器的運算速度再有1~2個數量級的提高，各種標準的視頻壓縮、解壓處理都可以由軟件完成，就不需要配置專門的視頻編、解碼器。

一個完整的數字機頂盒由硬件平臺和軟件系統組成，可以分為4層，從底層向上分別為：硬件、底層軟件、中間件、應用軟件。硬件提供機頂盒的硬件平臺，實現音視頻的解碼；底層軟件提供操作系統以及各種硬件驅動程序；應用軟件包括本機存儲的應用和可下載的應用；中間件將應用軟件與依賴硬件的底層軟件分隔開來，使應用不依賴于具體的硬件平臺。

1、數字電視機頂盒硬件組成

有線電視數字機頂盒的基本功能是接收數字電視廣播節目，如圖1所示，調諧模塊接收射頻信號并下變頻為中頻信號，然后進行轉換變為數字信號，再送入QAM解調模塊進行解調，輸出MPEG傳輸流串行或并行數據。解復用模塊接收MPEG傳輸流，從中抽出一個節目的PES數據，包括視頻PES和音頻PES。視頻PES送入視頻解碼模塊，取出MPEG視頻數據，并對MEPG視頻數據進行解碼，然后輸出到PAL/NTSC編碼器，編碼成模擬電視信號，再經視頻輸出電路輸出。音頻PES送入音頻解碼模塊，取出MPEG音頻數據，并對MPEG音頻數據進行解碼，輸出PCM音頻數據到PCM解碼器，PCM解碼器輸出立體聲模擬音頻信號，經音頻輸出電路輸出。

(1)調制解調模塊

數字機頂盒工作在有線電視網絡狀態下，有線電視網采用模擬傳輸，因此必須對數字信號進行調制和解調才能在模擬信道傳輸，調制解調器是系統關鍵的組成部分，在技術上類似現在的電話調制解調器的原理，但采用了更高的調制方法，下行多采用64QAM或256QAM，在DVB-C(Digital Video Broadcast by Cable)中采用64QAM做為標準調制方法，以MC92305QAM 解調芯片為例，在7M模擬帶寬上采用64QAM調制的數字信號速率可達42Mbit/S，采用HFC網時采用QPSK做為調制方案。QAM或QPSK調制器將MPEG格式的數據流調制在一個標準的PAL信道內，與其它視頻調制信號一起合路發送出去。

(2) 編解碼模塊

由于采用模擬通道，為保證數據傳輸的可靠性和低誤碼率，前向糾錯編碼是必不可少的，DVB 采用Reed Solomon編碼，RS碼是一類糾錯能力很強的多進制BCH碼。

(3)MPEG II的解碼模塊

數字機頂盒的核心是數字視頻技術，MPEGII的解碼模塊可以稱為CPU以外的核心模塊，MPEG II數字傳輸中采用交織編碼，首先需要對碼流進行去交織，視頻、音頻和數據碼流的分離工作，以及視頻碼的解碼工作。經以上各步驟MPEGII碼流成為視頻(CCIR656 格式)和音頻數字信號。MPEG多路復用器將各路節目流、數據流復合在一起，以188字節為一幀的MPEG2數據格式發送到射頻調制器并提供電子節目單(EPG)。

(4)數字視頻編碼器和音頻DAC

數字機頂盒的“外設”是電視機和音響系統，數字的音視頻信號必須轉換為模擬音視頻信號，以 MC44724為例，MC44724可以將ITU601、656標準4:2:2 并行視頻數據轉換為PAL或NTSC格式的視頻、S-Video、Y/Cb/Cr 或R/G/B，擴展的VBI(Vertical Blanking Interval)信息輸入口用于顯示圖文信息。現代音響系統都支持DolbyProLogic和LucasfilmHomeTHX家庭影院系統，需在音頻DAC之前用數字音頻信號處理芯片對數字音頻信號進行處理，目前有專用處理芯片和采用數字信號處理芯片DSP進行處理兩種方式。

(5)加解擾模塊和版權保護模塊

在有線電視運營中，付費電視是一種主要的業務，要求數字機頂盒必須具備電視信號的加解擾功能，由于采用數字信號，加解擾比模擬信號加解擾容易和保密度高，另一方面，采用數字信號在版權保護上加大了難點，目前采用Macrovision generator 進行活動圖像的保護。

在數字電視技術中，軟件技術比硬件占有更為重要的位置，因為電視節目內容的重現、操作界面的實現、數據廣播業務的實現，都需要軟件來實現。

2、數字電視機頂盒軟件系統

在機頂盒中，軟件系統是一個重要的組成部分。主控制器的工作通過軟件的執行來完成。

機頂盒的軟件基本結構如圖所示。操作系統一般采用實時操作系統。在這個操作系統中主要完成進程調度、中斷管理、內存分配、進程間通信、異常處理、時鐘提取等工作。硬件驅動部分提供硬件設備的驅動，包括I2C總線、異步串行通信口、并行通信口、非易失內存、鍵盤、遙控器、調諧器、信道解碼模塊等。圖形接口主要用于完成圖形顯示功能，以便于為用戶提供友好的圖形用戶界面。音頻解碼和視頻解碼驅動用于控制音頻解碼和視頻解碼硬件的工作。解復用和數據表提取模塊主要是對碼流解復用和數據表提取操作的控制。應用程序編程接口將所有與硬件相關的底層函數映射到一個統一的接口上，并且提供一些與硬件無關的公用處理函數，比如網絡協議、圖形格式分析、業務信息數據表分析等。條件接收驅動用于完成條件接收處理的工作和軟件接口。應用程序編程接口為應用程序提供了一個公共的編程接口，把應用程序與硬件屏蔽開，使得應用程序與硬件無關。這樣，就便于實現應用程序的可移植性。

數字機頂盒傳輸會議電視的實踐應用

電視會議利用視頻攝像和顯示設備，經過信號壓縮及編解碼處理，通過通訊線路傳輸而在兩地或多個地點之間實現交互式實時圖像通訊。它利用攝像機和麥克風將一個地點的活動圖像和聲音實時地傳至遠端。可連接圖文攝像機、投影機和錄像機等各種視音頻設備，能傳送實物圖像、圖紙、文件和預先制作的視頻資料。遠端的聲音、圖像也同樣實時傳至本地。電視會議還提供專用數據通道，用于連接數據設備如計算機、電子白板等。由此系統在進行視音頻交互通訊同時，能同時實現數據的異地實時共享。模擬圖像經專用設備轉換成數字信號，進行數據壓縮，而后通過數字信道進行傳輸。其簡要框圖如下。

1、用戶需求分析

（1）、會場分布：中心會場設在市內，19個分會場遍布各區局網絡分公司。

（2）、功能要求：所有會場可同時開會，實現多點視頻會議。也可將各會場分為不同小組分別開會。日常工作中，各會場可以方便地與任一其它會場連通。

（3）、網絡要求：簡單、方便、可靠。

（4）、數據功能：可進行數據傳輸、共享。

2、會議電視組網方案

（1）、以市內為中心組成的HFC星形網：主會場設在市內，配置1臺機頂盒終端。各分會場各配置一臺機頂盒終端。在市內設立網絡控制中心， 網控中心負責全網多點會議的設置、召開、管理和會議控制。

網控中心配置終端網管，對全網所有會議電視終端的工作狀態實時監控、管理。

市內為網管中心，實現集中管理。全網運行更安全、可靠。

（2）、終端設備

會議電視終端設備主要包括視頻輸入/輸出設備、音頻輸入/輸出設備、視頻編解碼器、音頻編解碼器、信息通信設備及多路復用/信號分線設備等。其基本功能是將本地攝像機拍攝的圖像信號、麥克風拾取的聲音信號進行壓縮、編碼，合成為64Kbps至1920Kbps的數字信號，經過傳輸網絡，傳至遠方會場。同時，接收遠方會場傳來的數字信號，經解碼后，還原成模擬的圖像和聲音信號。

①視頻、音頻的輸入、輸出

視、音頻（A、V）的輸入設備基本為攝像機和麥克風，攝像機為數字攝像機，系統視頻輸入口應不少于4個。根據會場的規模1臺到3臺，視頻信號同麥克風的聲音信號經視音頻分配器和視音頻切換器，接入到系統。

視、音頻輸出電路根據輸出信號和會場的規模不同而不同。當只有一臺顯示器時，輸出信號在接接到顯示器上；當有幾臺顯示器時，輸出信號為A、 V時，用一臺視音頻分配器把一路 A、 V分成幾路A、V供幾臺顯示器或用調制器把A、V調制成射頻信號（RF）用分配器分成幾路供幾臺顯示器；輸出信號為RF時，直接用分配器把信號分成幾路供幾臺顯示器。最簡單的系統只有下行信號而沒有上行信號。

②視頻解碼器

其一方面對視頻信號進行制式轉換處理以適應不同制式系統直通；另一方面對視頻信號進行數字壓縮編碼處理，以適應窄帶數字信道的傳送，還支持多點會議電視系統的多點控制單元多點切換控制。視頻編解碼器宜以全公共中間格式(CIF)或1/4公共中間格式(QCIF)的方式處理圖像。在特定條件下，也可采用CTX或CTX PLUS等其他編解碼方式，但必須與CIF，QCIF兼容，便于按用戶的不同要求選用合適的編解碼方式。

③音頻編解碼器

其主要對模擬音頻信號進行數字化編碼處理，已進行傳送。音頻編解碼器應具備對音頻信號進行PCM，ADPCM或LD－CELP編解碼的能力。

④多路復用/信號分線設備：其將視頻、音頻、數據信號組合為傳輸速率為64-1920Kbps的數據碼流，成為用戶/網絡接口兼容的信號格式。在廣電網中，采用多信道視頻／音頻編碼器1715VC和STM－16同步插分復用設備來傳輸，171 SVC就是采用混合差分脈碼調制（HDPCM）技術，每個STM叫傳送2路視頻信號和4路音頻信號。另外，MPEGII壓縮技術（同上述幀間編碼原理同）也是當前電視編碼的標準，電視信號可壓縮到1．5～15Mb／S，通常壓縮到8Mb／S； STM－1可傳輸近20套MPEGII壓縮的數字電視信號。

（3）、多點控制單元（MCU Multipoint Control Unit）

在廣電網中，MCU主要是指視音頻分配器和視音頻切換器，對會場的視、音頻進行直接切換、控制。

3、系統硬件總體構成

根據目前會議電視的實際情況，考慮現有設備狀況，我們可以在各會議室里各配置一臺機頂盒的會議終端產品，各分公司只要配備一臺電視機就可以參加視頻會議。同時，會議終端產品具備視頻輸出。具體實現辦法如下圖所示。

4、系統的軟件實現

我們將會議電視進行加密。即將會議電視內容放入數字機頂盒中傳給各分公司，只使指定的部分用戶能夠收看，達到加密的目的。即在數字前端將會議電視節目單設一項，名為“會議電視”，“會議電視”的觀看權不授予普通用戶，使普通用戶無法觀看會議電視節目，將“會議電視”只授予且僅授予上述各會議室，使其僅能收看會議電視節目。其截圖如圖5 圖6所示。

結束語

通過上面的介紹，我們可以看出，該系統具有極大的優越性和靈活性。主要表現在：（1）設備利用率高，可以充分利用廣電部門現有的設備；（2）電視會議召開地點靈活，而且易于擴大規模；（3）電視會議召開費用低；（4）保密性和安全性好。作為一項有著巨大市場空間的電視增值業務，大力發展和使用數字機頂盒來傳輸會議電視這一先進通信工具，為伊春廣電網絡帶來不可估量的社會效益和經濟效益。■

參考資料：

1 劉修文. 數字機頂盒技術講座 第二講 數字機頂盒的組成【J】. 中國有線電視, 2004-08

2 張衛鋒. 基于DVB的數據廣播和客戶端數字機頂盒的開發【D】.浙江大學, 2002.

艦船電子技術范文第3篇

【關鍵詞】 移動自組網 ARM DSP HPI

一、引言

移動自組網是由一組帶有無線收發裝置的節點組成的一個臨時性多跳自治網絡，網絡中的每一個節點同時具有普通網絡節點和路由器的雙重功能。該網絡無需任何基礎設施，可隨時隨地快速靈活部署，且具有極強的抗毀特性，在軍事作戰和民用應急通信領域都具有廣闊的應用前景，是目前網絡構建方案研究中的熱點問題。

移動自組網節點設備作為該網絡構建的基礎，其特殊的體系結構是自組網系統具有無中心、自組織、抗毀性強等特性的關鍵。目前自組網節點設備實現技術的研究中有兩類主流實現方案：1）基于CSMA/CA的競爭方案，該方案多采用嵌入式處理器加802.11協議標準的制式芯片實現，其中ARM處理器實現自組網路由協議處理，制式芯片實現物理層及MAC層功能。該方案實現簡單，但由采用基于競爭的MAC層協議，因此網絡吞吐量無法得到保障。2）基于TDD的同步調度方案，該方案采用同步調度機制，大大減少碰撞發生，從而保障了網絡的吞吐量。但該方案尚未有相關制式芯片可以使用，因此需要采用軟件無線電方案自主研發。本文中移動自組網節點基于TDD同步調度方案實現，采用ARM+DSP+FPGA的多處理器協同結構，其中ARM實現節點業務接入與網絡路由協議處理，DSP實現同步式MAC層協議處理，FPGA實現寬帶無線收發基帶處理。在上述多處理器協同方案設計中，處理器間數據交互方案是系統設計的關鍵問題之一。本文將重點介紹ARM與DSP間基于HPI接口的數據交互方案設計。

二、移動自組網節點整體結構

移動自組網節點硬件結構如圖1所示。節點設備包括路由與調度單元以及無線收發單元兩部分，其中路由與調度單元承載自組網節點的網絡協議與同步MAC層處理算法，無線收發單元在MAC層協議調度下實現基于TDD的物理層無線收發處理。

在路由與調度單元硬件設計中，ARM處理器選用SAMSUNG公司的S3C6410。該芯片是一款低功耗、高性能的適用于移動便攜設備的通用嵌入式處理器，基于64/32位的RISC（Reduced Instruction Set Computer）構架。它采用ARM1176JZF-S內核，最高工作頻率可達667MHz，具有強大的外設管理功能，適合于自組網節點路由算法、業務接入處理以及人機交互操作管理。

DSP處理器選用TI公司的TMS320C6416。該處理器是TI公司C6000系列中的一款高性能定點DSP器件。在最高1GHz主時鐘下，其處理能力達到8000 MIPS，其強大的處理能力可滿足MAC層的分布式網同步算法以及實時資源調度的處理需要。同時它具有豐富的外部設備接口，可實現與不同外部處理器間的數據交互。

在路由與調度功能單元的雙處理器設計結構中，ARM作為主處理器，需要實時與DSP進行上下行業務數據以及信令數據交互。本方案選擇HPI作為處理器間通信接口。該接口硬件復雜度低，無需添加外置邏輯電路。且該接口基于DMA方式完成數據傳輸，占用DSP處理資源較少，不會影響DSP中其它高優先級的實時處理工作。

三、節點中HPI接口硬件設計

HPI（Host Port Interface）是TMS302C6416中的一個并行數據端口。ARM通過該端口可作為主處理器直接訪問DSP內部的存儲空間以及存儲器映射的外設，并且可通過DMA/

表1 HPI接口引腳信號及其功能

信號名稱 類型 信號數 主機連接 信號功能

HD[15：0] I/O 16 數據總線 數據輸入輸出

THCNTL[1-0] I 2 地址線 HPI寄存器訪問控制

THHWIL I 1 地址線 半字識別輸入

THR/W I 1 讀/寫選通 讀寫選擇

THCS I 1 片選控制線 數據選通輸入

THDS2 I 1 寫選通 數據選通輸入

THDS1 I 1 讀選通 數據選通輸入

THRDY O 1 異步準備信號 當前HPI訪問的準備狀態

THINT O 1 主機中斷輸入 向主機發出的中斷信號

EDMA控制器來訪問存儲空間。在具體數據交互的操作中，ARM通過對HPIC（HPI控制寄存器）、HPIA（HPI地址寄存器）以及HPID（HPI數據寄存器）寄存器的讀寫操作來實現HPI數據接口通信。此外HPI數據總線寬度可通過外部配置引腳設置為HPI16（16bit總線）與HPI32（32bit總線）兩種模式。

ARM（S3C6410）與DSP（TMS320C6416）硬件連接如圖2所示。根據層間數據吞吐要求設置HPI總線為HPI16模式，并將HPI接口的HD[15：0]總線連接到ARM的數據總線。在層間數據交互操作中，ARM作為主機，DSP看作是ARM的一個外部設備。HPI接口信號的功能定義如表1所示。

ARM 通過ADDR2與ADDR1地址線控制THCNTL1/0信號，聯合選擇要訪問的HPI寄存器。此外通過地址線ADDR3控制THHWIL信號，用于識別在HPI16模式下傳輸的是第一個半字還是第二個半字。

在TMS320C6416芯片內部，對于HPI讀寫數據總線選通處理，采用了特殊的設計結構。如圖3所示，在DSP內部對HPI接口的THCS、THDS1、THDS2三個輸入信號進行組合邏輯運算，生成數據閘門信號，控制讀寫數據總線選通。該設計增加了主機處理器與DSP間硬件連接的靈活性，從而使HPI接口可以很好的匹配不同處理器的數據接口。本設計根據S3C6410接口時序特性，采用CSn5、OEn、WEn分別與THCS、THDS1、THDS2連接。

四、節點中HPI接口軟件設計

ARM主處理器基于嵌入式Linux操作系統，其在完成網絡層路由算法處理的同時實現業務數據的吞吐與協議封裝，而后再通過HPI接口將上下行業務數據以及系統信令數據與DSP進行交互。在HPI接口的數據交互處理中，ARM將該操作視為對一種外部設備的讀寫處理，軟件設計分為驅動程序設計與應用程序設計兩個層次實現。

4.1驅動程序設計

在HPI接口軟件設計中，驅動程序是ARM與DSP通信實現的關鍵。ARM在嵌入式Linux下，通過對HPI設備驅動文件的打開、關閉、讀、寫等操作來完成對HPI的設備操作。與應用程序不同，驅動程序與硬件相關，且工作在內核空間，可對中斷、存儲空間等底層資源進行操作和調配，直接影響硬件效率和系統穩定性。此外，設計中HPI驅動程序不但要實現ARM與DSP的雙向傳輸通道，而且要在保證穩定性和應用層效率的條件下，盡量提高傳輸速率。

驅動程序的總體結構如圖4所示，可分為應用層接口、內核線程、數據結構、通信協議和硬件實體操作五部分。

4.1.1應用層接口

為保證應用程序的可移植性，驅動程序需采用標準化文件接口，包括open、close、write、read、以及ioctl。

open和close實現接口的打開和關閉以及資源的申請和釋放，為了保證應用層的效率，write和read采用阻塞的讀寫方式，通過wait_queue機制，使應用程序在無法得到驅動資源的情況下進入休眠狀態，提高系統整體運行效率。

4.1.2內核線程

為保證高數據率的總線傳輸，讀與寫的操作不能順序化，必須采用應用層接口函數操作和底層硬件操作異步進行方式。通過write_thread和read_thread兩個內核線程實現應用層操作的異步化。以寫過程為例，應用程序調用write后，驅動程序并不直接進行硬件總線操作，而是迅速將數據寫入驅動緩存，驅動程序在CPU空閑時從緩存內取出數據，進行總線讀寫，從而大大提高了傳輸效率。內核線程與應用層線程區別較大，不能完全依靠系統調度，根據操作流程需要，通過軟件設計干預系統調度。

4.1.3數據結構

考慮到后級吞吐能力，驅動程序設計中還要考慮速率匹配問題。本設計中實現了深度可變的FIFO數據結構，方便對各種大小的數據單元進行緩存，根據系統需求進行數據速率匹配，從而保證不會使后級發生溢出，同時兼顧系統的低延時要求。

4.1.4通信協議

在通信協議設計方面，驅動程序通過設計可用標志、數據大小、數據存儲區指針等內存關鍵字段，實現ARM與DSP間的總線上層通信協議。此外，通過標志位的互斥，保證了DSP內存臨界區的數據安全。

4.1.5硬件操作實體

在硬件層面上，ARM主處理器與DSP間的數據交互是通過對控制寄存器HPIC、地址寄存器HPIA以及數據寄存器HPID的讀寫操作實現的。驅動程序實現的底層硬件通信就是對上述寄存器的操作。驅動設計中需要注意：ARM外部設備I/O 端口的物理地址只有被映射到內存地址空間才能被訪問，即所謂內存映射。因此，需要將HPI接口的物理地址映射到內核空間，這樣每個寄存器就具有了相應內存地址，通過對相應地址單元的讀寫即可完成對相應寄存器的操作。

4.2應用程序設計

應用程序工作流程如圖5所示。在下行業務數據處理過程中，ARM由網口接收數據，進行協議封裝后，調用HPI接口驅動程序發送給DSP。上行業務處理流程與上述過程相反不再贅述。應用程序由網口UDP接收、發送以及HPI接口接收、發送四個內核進程實現移動自組網上下行業務的傳輸。

五、結束語

本文在移動自組網節點實現技術研究的基礎上，給出了適用于TDD同步調度機制自組網系統的多處理器節點設計架構，并重點介紹了節點設備中TMS320C6416 DSP和S3C6410 ARM處理器間，基于HPI接口的層間數據傳輸軟硬件設計方案。經過實際測試表明，設計中HPI接口可以滿足層間高速數據交互處理要求。本方案中HPI接口硬件設計簡單靈活、性能穩定可靠，且具有通用性，可適用于其它實時高速數據傳輸應用。

參 考 文 獻

[1]張程，移動自組網關鍵技術研究[D]，重慶大學，2010.

[2]徐偉 陸珉，探底雷達顯控單元中的HPI應用技術研究[J]，現代電子技術，2013，3，5期：10-12.

[3]孫德瑋. 基于HPI接口實現DSP和ARM間的通信[J]，微處理機. 2009，6，3期：61-63.

艦船電子技術范文第4篇

【摘 要】本文簡介了我校物理教研組將航模、車模、船模、電模等科技模型運用在初中物理教學中的一些經驗與不足，重點介紹了其中的具體做法和注意事項，以便于同行參考實施并提出寶貴意見。

關鍵詞 科技模型初中物理教學；應用

科技模型的制作和使用在培養學生的技能、促進課堂學習、培養青少年的創造能力和創造精神方面都起著重要的作用。為了進一步擴大科技模型在物理教學中的作用，我們練塘中學物理教研組嘗試將科技模型制作和使用從科技活動小組擴展到物理課堂教學和課外活動中去。取得了很好的效果，現將情況簡介如下：

在第八章第四節《力的作用是相互的》教學中，我們制作了流星號木質彈射機，準備了2.4G電動遙控直升機，組裝了紫金傘降模型火箭，帶領學生在航模活動室讓學生親手操控并觀察彈射機的彈射起飛和直升機的垂直起飛，然后到室外觀察火箭的點火與升空。由于彈射起飛和火箭升空的速度很大，我們使用頻閃攝像機拍攝后慢鏡頭播放，請學生思考彈射機、直升機和火箭的工作原理，由此讓學生理解力的作用是相互的這一力學基本原理。

在第十章第一節《壓強》的教學中，我們組裝了一套玩具工程車，包括玩具吊車、鏟土機、推土機、攪拌機和卡車等。我們讓學生比較玩具工程車和四驅賽車上輪胎的數量和壓地面積來認識壓強，學生觀察了實物投影儀上兩種不同規格的輪胎后，很好地理解了通過增大受力面積來減少壓強的重要方法。

在第三節《大氣壓強》中教學壓強與流速的關系時，我們組裝了兩艘遙控模型艦船，帶領學生在學校旁邊的河里遙控兩艘模型艦船并排高速行駛，讓學生觀察艦船并排行駛時的特點，體會隨著流速的增大，液體壓強減小的規律，然后我們將彈射機前翼，剖開放在實物投影儀上，讓學生觀察機翼的橫切面形狀，結合觀察彈射機和橡筋動力飛機的起飛和爬升的慢鏡頭錄像，領悟飛機的飛行原理。

在第五節《物體的浮與沉》教學中，我們準備了兩個如圖的深水槽，A水槽內注三分之二以上的清水，B水槽內配制高濃度鹽水，在兩個水槽間制作一個可容模型艦船通過的通道，在艦船上刻上多根吃水線。將艦船放入清水槽中，打開兩側水閘后讓模型艦船從清水槽A駛向高濃度的鹽水槽B，讓學生觀察模型艦船上吃水線的變化，從而理解物體的浮沉條件。

在第十一章《簡單機械與功》的教學中，我們將各種報廢的模型有序拆解后，放在實物投影儀上展示，讓學生識別模型中的各種簡單機械并說明工作原理。例如模型吊車上的滑輪組、模型卡車上的杠桿、直升機上的輪軸等。我們用模型吊車重復吊起不同質量鉤碼，用測力計代替吊繩來測出鉤碼的重力和對鉤碼的拉力，再用刻度尺測出拉繩移動的距離和鉤碼上升的高度，并用秒表測出所用的時間，讓學生觀察記錄并計算機械做的功、功率和機械效率從而讓學生深刻理解功、功率、機械效率等概念。

在第十二章《機械能和內能》的教學中，我們準備兩架相同型號的遙控直升飛機，在起落架上小心放上相同質量的小砝碼，在地上準備一個沙槽，請學生遙控直升飛機懸停在沙槽上方的不同高度，然后做輕微的前傾動作，使砝碼自由落體，雖然這個活動比書上介紹的演示時間略耗時，但當學生近距離觀察“實彈演習”時，對重力勢能有了更深刻的理解，對物理也更感興趣了。在遙控直升飛機作各種特技飛行的過程中，我們也請學生及時分析其中動能和重力勢能的連續轉化過程，并讓學生分析電池提供的電能在這個過程中所起的作用。

在進入電磁學部分（13-16章）后，在電子器材店和淘寶上采購了各種型號的電阻、電燈、電鈴、小電動機、電線、布線板、干電池和蓄電池等。并考慮將一間科技活動室改裝為電子技術活動室，讓學生先自由設計電路，然后在課余時間按照電路圖安裝電路，并相互交流。

在進入第15章《電功和電熱》教學后，我們準備了紅色、藍色、黑色電線代表火線、零線和地線，準備電能表、閘刀開關和熔斷器，準備了萬能表、測電筆、絕緣膠布和電工剪刀、剝線鉗等電工工具，正式請學生合作設計符合要求的電子技術活動室電路布置，并親自在課余時間進行安裝和調試，活動室設計和安裝得很成功，有的同學還準備了校驗燈以應付短路情況。整個教學活動富有實效。

我們教學改革的嘗試還在進行中，問題還有很多，首先我們的學生自己有很多的模型制作和使用經驗，家中也保存著大量我們沒有的模型，如果能夠發動他們主動參與我們的教學準備工作，教學改革嘗試是否會更順利、提出的方案是否會更成熟一些呢？其次，限于資金的不足和工作時間的限制，我們還局限于使用市面上能夠采購到的比較便宜的模型，能否找到更廉價優質又有穩定渠道的供貨單位和部門呢？能否用現用的材料多自制一些模型呢？我們還需要和其他學校交流這方面的經驗，并查閱文獻以學習更新穎前沿的科技模型運用方法。

參考文獻

[1]劉炳昇等主編，《義務教育教科書·物理》8年級上下冊、9年級上下冊，江蘇科學技術出版社，2013年10月第三版

艦船電子技術范文第5篇

【關鍵詞】CAN 推進監控 系統

計算機技術的迅猛發展對船舶工業發展產生了極大的推動作用，尤其是網絡技術和現場總線技術對船舶自動化帶來了巨大的變革。現場總線監控系統將逐步取代傳統的集散式、分布式控制的艦船自動化監控系統。本文研究了一種基于CAN總線的艦船推進監控系統，該系統是由工業以太網和CAN總線構成的網絡控制系統，系統具有主推進系統控制、安全保護、監測信息顯示及報警功能。

1 CAN 總線的特點

CAN現場總線只具有物理層、數據鏈路層和應用層等3層網絡結構。它是一種多主總線，可掛接上百個節點，網絡上任意節點可隨時主動向其他節點發送信息；具有抗干擾能力強、速度快、容錯性好、數據傳輸可靠性高等特點，因此在船舶監控系統中得到了廣泛的應用。

2 系統構成

艦船推進監控系統主要由主推進控制分系統、安全保護分系統和監測報警分系統組成。

2.1 系統網絡結構

艦船推進監控系統網絡結構設計為兩層雙冗余網絡結構。上層為數據信息傳輸網，采用高速工業以太網；下層為實時數據采集網和實時控制網，采用CAN現場總線。為提高系統網絡通信的可靠性，上下兩層均采用雙冗余結構，可實現網絡故障切換和熱備份。在信號采集和控制方面， 基于CAN總線的主推進控制系統采用分布式布置， 達到信號就地采集， 就地控制的目的，提高了系統的可靠性。系統網絡結構圖如圖1所示。

2.2 主推進控制分系統

主推進系統由2臺主機、2臺齒輪箱和2套可調螺距槳（ CCP）等組成， 為雙機雙槳推進系統。艦船左右兩舷各設一套控制系統，分別控制兩舷主推進系統，兩控制分系統相對獨立，功能相同。控制系統可以實現在駕駛室、機艙控制室和機旁控制站能對主推進系統行3級控制，其中機旁控制優先于機艙控制，機艙控制優于駕駛室控制，三個控制站之間相互聯鎖，任何時刻只能一個控制站可操縱。

控制分系統可按三種控制方式實現對主推進裝置的控制：自動控制、半自動控制和手動控制。自動控制方式：控制分系統在不同的主推進系統運行模式下，按照預定的控制曲線自動控制主推進系統運行。半自動控制方式：控制分系統根據操作人員的指令自動控制主推進系統運行。手動控制方式：操作人員在機旁控制站可進行主機起停、調距槳螺距設定等操作。還可以通過軟件程序對主推進系統進行控制。

2.3 安全保護分系統

艦船左右兩舷各設一套安全保護分系統，分別保護兩舷主推進系統，兩安全保護分系統相對獨立，功能相同。安全保護分系統具有故障降速、故障停車的保護功能，不受操控站和控制方式限制。當出現故障時，安保分系統發出故障降速或故障停車信號，并發出聲光報警信號。

2.4 監測報警分系統

艦船機艙設置一套檢測報警分系統，由數據采集單元分別采集左右兩舷推進系統設備現場實時數據，通過下層CAN現場總線匯聚到顯控模塊，進行數據處理、監測報警、現場顯示等，并通過上層以太網與主推進工作站或其他系統交互數據信息。

3 系統軟件設計

系統軟件主要包括控制分系統、安全保護分系統和監測報警分系統等三個分系統軟件。

3.1 控制分系統軟件設計

控制分系統軟件主要包括遙控控制模塊、主機調速模塊、遙控操作顯示模塊等方面設計，對主推進系統進行主機的啟動、停車、轉速增減、離合器脫排等操作，通過輸出油門對主機進行調速控制。

3.2 安全保護分系統軟件設計

左右舷主推進裝置各設一套安全保護分系統，由安保控制模塊和安保頻率輸入模塊組成。

3.3 監測報警分系統設計

監測報警分系統主要是通過分布在主推進系統上的各個傳感器來實時監測系統的狀態，并傳回顯控模塊分析處理、顯示。監測報警分系統軟件顯控模塊人機界面主要實現數據處理和顯示、參數設定和修改、監測越線報警、數據記錄和打印等功能。

4 結束語

本文研究的基于CAN總線的艦船推進監控系統解決了傳統的集散式、分布式系統的缺點，提高了系統的抗干擾能力和數據傳輸可靠性能力，該系統切實可行，已在工程船舶上取得了良好的實際應用效果。

參考文獻

[1]張顯庫，任光，劉軍，趙衛軍.綜合船舶監控系統設計[J].中國造船，2002，43（02）：71-80.

[2]張旭，李迪陽，孫建波等.船舶機艙監測報警系統[J].計算機工程與應用，2005（22）：229-232.

[3]鄔寬明.CAN總線原理和應用系統設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，1986：20-39，59-68，78-105.

[4]滿慶豐.CAN 總線的發展及應用[J].電子技術應用（刊），1994（12）：38-41.

作者簡介

熊永坤（1984-），男，湖南省婁底市人。現為91404部隊工程師，從事綜合平臺管理系統研究。