吴小华 刘波 任思敏 聂程程
武汉海博瑞科技有限公司 湖北武汉 430064
摘要:本论文设计了基于单刀双控开关的航行数据显控仪，涉及信号采集监测、传输、解码、显示、控制等过程领域，属于工业控制及通讯领域。
关键词:航行数据记录仪；信号采集；监控装置
随着海上交通事业的不断发展，海上交通事故也随之增多，而对交通事故的调查再也不能满足于人工记录的海上日志，它的不完整性和不准确性给事故的调查带来极大的不便。所以，就急需一种能够完整记录船舶航行时各种数据信息的装置，以便在事故发生后根据记录的数据进行调查研究，这样就导致了船舶航行数据记录仪（船载黑匣子）的面世。
船舶航行数据记录仪(VDR，Voyage Data Recorder)是一种以可靠的可恢复形式、保存大量有关事故前后船舶位置、运动、物理状态、命令和控制信息的设备。记录仪所保存的船舶航行过程中的重要数据，有助于获得可靠、正确的有关事故原因和细节方面的信息，有助于重建事故原因链，通过确定事故的真实原因来避免同类事故的再次发生，提高航海交通的安全性。
与之伴生的产品即为本文档所述的数据显控仪，VDR固定安装于船艇，其日常显示控制端位于船艇指挥室，对于其他舱室需要日常实时显示数据和对于岸基所需数据采集分析则必须通过移动式数据显控仪来实现。
1总体设计
一种基于单刀双控开关的航行数据显控仪，其目的是实现为配套船艇航行数据记录仪（VDR）使用，供各专业人员从VDR读取、下载航行数据，并集成显示控制软件进行数据实时分类分析监控，更可下载到岸基系统供有关指挥官、专家深入研究分析。其工作原理图如下所示：
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基于单刀双控开关的航行数据显控仪工作原理示意图
为此，本系统由信号转换模块、信号传输模块、信息解码模块、信息集成显示模块组成。数据显控仪包含显示屏、主机板卡、CANUSB转换卡、存储器、连接器、一体式机壳等、可脱离其他计算设备，独立进行采集数据和转发工作。为与船艇VDR进行信息传输，数据显控仪配备的转换卡CAN口引出数据线（一头九芯标准can口接头一头悬空），连接跨舱室延长线（两端均悬空，六类屏蔽双绞线或同轴电缆），再与VDR引出线（一端特型航插一端悬空）对接。为与船艇VDR进行数据转换，USB转CAN转换卡（适配器）采用专用的工业级高速32位CPU，CAN协议完全符合CAN 2.0B规范，兼容CAN 2.0A，符合ISO 11898-1/2/3。为读取、存储、显示、控制船艇VDR内的数据，数据显控仪基于周立功USBCANⅡ接口卡VCI开发PC端应用程序，在LabView中通过CLF调用dll，或使用ActiveX控件使用VCI中的方法和属性。实现对USB-CAN卡和CAN总线的初始化等控制、数据发送接收，为用户提供帧信息、帧ID、帧数据显示存储等功能。为岸基指挥室提供采集、转换得到的数据，基于统一的上位机二次开发函数库，为用户提供针对不同设备类型的无缝切换式接口实现。选用主流应用层协议，提供CAN 节点初始化、报文发送和报文接收等基本功能。并可提供CAN总线错误处理、总线脱离处理、接收滤波处理、波特率参数设置和自动检测以及CAN总线通信距离和节点数的计算等分析研究。
2具体实施方式
下面将结合附图详细描述本科研基于单刀双控开关的航行数据显控仪：
本设备从一个基于计算机的数据采集系统得到合理的结果，依赖于系统的每一个组成部分，即计算机、传感器、信号调理、数据采集硬件和软件。同时数据显控仪的程序设计依靠驱动软件进行了简化，因而用户能够调用传统的语言和应用软件包来设计高级程序。其数据采集系统流程图如下所示：
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图2 数据采集系统流程图
2.1机箱上设计单刀双控开关，供外部计算设备访问本仪表
为响应客户在数据显控仪和岸基服务器之间同步数据不使用移动存储介质的要求，必须将数据显控仪做到一机两用，即正常工况和存储器工况。
硬盘采用一分二的IDE数据线，从硬盘引出一端连接主板IED插槽，一端连接易驱IDE转USB的转换卡，再将USB接口设计于箱体。
数据显控仪上设计电源拨片开关，此单刀双控开关分别操控电源给主板供电和给易驱转换卡供电，则可以实现正常工况和存储器工况的自由切换。
2.2设计专用数据线对接VDR的数据输出口
定制数据线，将其一端用特定航插连接各舱指挥室上方的VDR信号接线箱里的空余口（9号口），一端用串口接USBCAN板卡固化在显控仪箱体内的串口。然后用配套的专用数据线一端接板卡分装盒上的的usb方形口，一端接主机usb通道，工作时转换卡的电源灯会点亮绿色。
2.3设计内置信号转换模块供软件触发调用
开机，将会自动运行程序；本设计采用软件触发方式，在软件触发方式下，触发源是由软件控制的。当数值写入软件触发的寄存器时，A/D转换器开始工作。数据卡的状态灯由黄变绿；
2.4设计数据采集转换存储软件
提供手动选择串口通道的窗体，并在显控仪软件系统中引入了ActiveX控件，实现了模拟量的三维数字表头显示及报警功能。通过DLL或是OCX我们所写的控制程序代码就经过层层的转译，一直到DAS卡上的缓存器；而检测程序代码则通过相反的管道将状态返回到我们所写的程序里。在程序中，额外的DLL必须事先告诉其编译器，以便建立和DLL的连接管道。
在程序中点击开始采集，数据将实时显示并保存；若要导出excel，选择保存路径，点击停止采集时，数据将保存到excel中。
3结论
本论文从分析数据显控仪软、硬件的结合和具体实施入手，描述了如何设计数据显控仪的数据通信系统的总体结构，论证了数据处理部分硬件设计的实现性，经过接口测试、数据采集、存储和查询管理，验证出数据显控仪工作稳定，性能良好，系统结构清晰，控制方便，功能较为完善，做出了新的尝试。
参考文献
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