基于CAN总线的船舶通信系统的设计

摘要

综合船桥系统(IBS)采用系统设计的方法，将船上各种导航、操作控制和雷达避碰等设备有机地组合，利用计算机、现代控制、信息处理等技术实现船舶航行的自动化，代表了船舶装备现代化发展的趋势和方向。现有船舶电子设备都是以串行接口按照NEMA0183协议进行信息交换，存在传输速率低、线路复杂、节点多、可靠性差的缺点。而现场总线技术(CAN)以其较高的抗干扰能力和较高通信速率弥补了这些不足，已广泛应用到了汽车电子设备，但在船舶数据通信尚未得到很好的应用。本文着重分析和解决这些通信系统中存在的问题和弊端，拟采用现场总线(CAN)进行全新的船舶通信系统设计，并在所参与研发的小型船桥系统上进行试验，所设计的CAN结构的系统具有方便，实用，经济，抗干扰能力强的特点。
　　 论文详细的深入的分析与讨论了CAN总线的技术原理和技术规范，提出与实现了基于CAN总线的船舶数据自动化控制系统的设计。文中分析了船舶数据通信自动化系统的设计需求，着重针对核心控制器从硬件设计和软件设计两方面进行了介绍。在此基础上，采用了dsPIC30F数字信号控制器(DSC)作为控制芯片，设计了核心控制器软硬件。该控制器通过CAN现场总线跟数字磁罗经、数字方位仪、GPS等导航设备进行数据通信，可通过按键来切换液晶菜单实现船舶的综合航向信息的显示。
　　 同时，针对NEMA0183接口实现节点收发协议的转换。这些节点转发器通过CAN控制模块把这数据送上CAN总线，与中央控制模块进行通信，用户可以通过人机界面处理接收到的数据，再通过CAN总线发回给各个控制数据采集控制节点，文中给出了相关的硬件框图和程序流程图。
　　 此后，采用CAN技术对前期设计的小型船桥系统通信子系统进行了系统转换，实现了全新的CAN结构船桥系统。该系统以主控器与PC控制器为核心，通过集成系统自行开发的数字磁罗经、数字方位仪、GPS、太阳方位仪和摇杆控制台等数字化设备，能准确测量船舶的航向、舷角、横滚角、俯仰角以及目标真方位等信息，具有自动校准、自动测算剩余自差和计算、修正磁差的功能；能够直接以舵轮形式动态显示相位数据，同时可向雷达、自动舵等设备输送数字航向。
　　 实验证明，CAN总线技术具有突出的可靠性、实时性和灵活性，同样适用于船舶数据通信系统的构建，这为现代船舶通信系统的发展提供了一种新思路。