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海洋維權執法浮標信息采集系統的CAN總線設計 摘要：我國的海上疆土非常的遼闊，海洋開發和海洋探測對于我國經濟的發展具有深遠的意義。海洋資料浮標是海洋環境監測與海洋災害預報的主要手段之一，具有全天候、長期連續、定點監測的特點。根據海洋維權執法浮標的特點，運用現場總線技術，設計了基于CAN總線的浮標數據采集系統。實驗表明，CAN總線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，組成了一套總線化、模塊化、高可維護性的系統。
關鍵詞：通信；CAN總線；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傳感器陣列，定點獲取關鍵海域的艦船信息，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時傳輸系統，結合目標特征數據庫，實現對侵權目標的特征識別和研判；綜合集成上述傳輸技術、探測技術和分析研判技術等，在東海特定敏感區域開展維權執法目標探測識別與信息傳輸技術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多，給使用和維護帶來了極大的不便。因此為克服傳統浮標采集系統的不足，本文將CAN總線應于海洋維權浮標采集系統，主機和通訊機通過CAN總線相連，CAN總線數據通信具有可靠性、實性及靈活性的特點，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。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總線原理
CAN(Controller Area Network)是一種用于實時應用的串行通信協議總線，是應用最廣泛的現場總線之一。CAN協議是在1986年由德國BO SCH公司開發的，由于其實時性、高性能、高可靠性等優點，隨后也廣泛應用于其他領域，如多種控制設備、交通工具、工業自動化、醫療儀器以及建筑、環境控制等。CAN總線的通信介質可以是雙絞線，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。其特點概括如下：
(1)多主控制。在總線空閑時，所有與總線相連的單元都可以向其他節點發送信息。
(2)自動關閉。CAN總線可以判斷出總線上錯誤的類型是暫時的數據錯誤(如外部噪聲等)還是持續的數據錯誤(如驅動器故障、單元內部故障、斷線等)。
(3)遠程數據請求。CAN總線可以通過發送“遠程幀”，請求其他節點的數據。高效的短幀結構。每個數據幀數據域最長為8 B，傳送短報文時效率高，高可靠性。
(4)非破壞性總線仲裁技術。具有點對點、一點對多點及全局廣播等多種傳輸方式。當有多個節點一起向總線發送信息時，最高優先級的節點可以繼續傳輸數據而不受影響，優先級低的節點會主動的退出發送。
(5)總線配置靈活。

2 CAN總線的設計
(1)硬件的設計。基于CAN總線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CAN總線進行數據的通信。主機將采集的水文氣象數據和浮標體安全監控數據通過CAN總線周期性的上傳，通訊板將來自岸站的配置和控制命令也是通過CAN總線下發。

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。通訊機來控制底板上主機電源的通斷是通過電源控制接口實現的。為了實現系統的即插即用提供軟件支持因而選用即插即用接口。通過海事衛星的網絡接口，采集的圖像和水聲信息通過通訊機發送到岸站。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。
主機通過各種傳感器將在一個周期內(通常是半個小時)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CAN總線發送數據收集命令，主機在規定的時刻接收命名，將采集并經過統計的數據通過CAN總線上傳到通訊板。主機上裝有各種艙體狀態檢測傳感器如艙溫傳感器、水警傳感器、門警傳感器，采集的水文氣象數據會和艙溫異常、艙門被非法打開等艙體異常信息一起通過CAN總線上傳給通訊板，再通過衛星發送給岸站，實現浮標采集數據的實時顯示、存儲和轉發功能。
(2)軟件的設計。主機和通訊機通過CAN總線相連，作為整個浮標信息采集系統通信的通道。STM32F207內置CAN 2．0接口，支持CAN 2．0B協議，該協議符合國際標準。浮標系統的CAN通信幀采用的是擴展幀格式。考慮系統的通信過程都是突發式的，除了通道標定。不論主機還是通訊機，在將通道標定作為一個獨立的模式后，CAN相關功能都設計做服務性的獨立進程，CAN通信的服務請求都匯聚到一個消息隊列中，都是以消息的形式，最后通過一個統一的進程接收處理。在這種工作機制下，一般情況下，通訊機通過CAN總線發送給主機的第一幀數據，不能被主機可靠地接收。因此，每次通信開始先要建立可靠的通信鏈路使主機做好準備。建立連接后，通訊機就可以發送命令，要求主機上傳數據。通訊機發送完命令后，再發送刪除連接幀，這樣就完成了一次完整的通信。3 結論
在此完成了CAN功能進程的設計與實現。系統安裝了水文氣象傳感器及浮標體安全監控傳感器等。基于海洋浮標低功耗及安全性的要求，系統由值守節點負責控制啟動。

4 結語
本文創新地將CAN總線技術應用于海洋維權執法浮標信息采集系統中。通過CAN總線將主板和通訊板相連，并對軟件和硬件進行了設計及測試。實驗證明這種對數據的實時采集與傳送系統，提高了系統的可靠性，也具有實時性強、糾錯能力強等特點，該系統的研制成功具有較高的實際應用意義

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