文档介绍：摘要
摘要
船载航行数据记录仪(VDR) 是专门用于记录和保存船舶航行过程中重要信息参数
的智能化记录设备。VDR 以一种安全和可恢复的方式,保存有关船舶运行过程中一段
时间的船舶位置、动态、物理状况、命令和操纵信息等。海事管理机构和船东可获得
在 VDR 中的信息,该信息可作为船舶日常维护的参考技术参数,当船舶发生故障之后,
该信息用于事故原因的调查。因此,研制和生产 VDR 对海难事故的分析有着重要的意
义。基于此目的,本文主要对航行数据记录仪系统的 CAN 网络结构和音频压缩编码部
分进行了研究和设计。
本文首先介绍了课题研究的背景和意义,给出了 VDR 系统的组成结构。分析了现
场总线的基本原理,然后讨论了 VDR 中 CAN 网络通信系统的方案设计,选择采用 CAN
总线来传递数据信息,同时介绍了 Linux 嵌入式实时操作系统的特点和优势。
对于 CAN 总线设计,本文以 PC/104 作为硬件平台,简要介绍了 CAN 总线的工作原
理,介绍了基于 CAN 总线的数据通信系统的硬件架构和软件设计。研究了本系统基于
CAN 总线各个模块的功能,给出了其在 Linux 平台下的驱动以及通信方法的具体应用,
并用 VB 编写了 CAN 总线的上位机通讯软件。
最后本文对当前语音压缩编码技术和标准进行综述,并对 RPE-LTP 语音压缩编码
标准做了介绍。然后研究算法原理,对 RPE-LTP 算法的实现过程做了深入的分析,并
用 Matlab 仿真模型进行了编解码建模,对编码前和编码后的语音信号进行了分析。
目前,基于 CAN 总线的船载航行数据记录仪正在研发中,预计明年完成基本的研
发工作。
关键词:船舶航行数据记录仪(VDR),嵌入式 Linux,CAN 总线,长时预测规则脉冲激
励编码
I
大摘要
基于嵌入式 Linux 的 VDR 数据采集系统研究
大摘要
船载航行数据记录仪(VDR) 是专门用于记录和保存船舶航行过程中重要信息参数
的智能化记录设备。VDR 以一种安全和可恢复的方式,保存有关船舶运行过程中一段
时间的船舶位置、动态、物理状况、命令和操纵信息等。VDR 是一个完整的系统,包
括数据处理、编码、数据接口、记录介质、电源供应和专用备用电源(可充电式 VDR
辅助电池)和相关项目。应能连续记录在事故发生期间的有关活动,当船舶电源中断时
船舶的应急电源应能供电,当应急电源中断时专用备用电源应供电 2 小时。能记录日
期、时间、船位、速度、航向、驾驶室声音、通信声音、雷达数据和显示后的选择、
测探仪、主报警、操舵命令和响应、轮机命令和响应、船体破口状况、水密和防火门
状况、横摇和船体应力、风速和风向等等。要求在正常工作状态下应是完全自动的,
能在事故后保存记录数据并恢复和再现这些数据。与船舶任何设备的连接,都不应妨
碍该设备的正常工作,即使船用黑匣子系统出现故障。海事管理机构和船东可获得 VDR
中的信息,该信息可作为船舶日常维护的参考技术参数,当船舶发生故障之后,该信
息用于事故原因的调查。因此,研制和生产 VDR 对海难事故的分析,探索事故发生的规
律,提高舰船的出航安全和作战能力有着重要的意义。基于此目的,本文主要对航行
数据记录仪系统的 CAN 网络结构和音频压缩编码部分进行了研究和设计。
本文首先介绍了课题研究的背景和意义,给出了 VDR 系统的硬件和软件组成结构。
其次分析了现场总线的基本原理,讨论了 VDR 中 CAN 网络通信系统的方案设计,选择
采用 CAN 总线来传递数据信息。最后介绍了 Linux 嵌入式实时操作系统的特点和优势。
对于 CAN 总线设计,本文以 PC/104 总线架构的工控机作为硬件平台,详细介绍了
基于 CAN 总线的数据通信系统的硬件架构和软件设计,包括 CAN 总线的工作原理和其
在系统中的应用。研究了 CAN 总线各个模块的功能,给出了其在 Linux 平台下的驱动
以及通信方法的具体应用,并用 VB 编写了 CAN 总线的上位机通讯软件。
最后本文对当前语音压缩编码技术和标准进行综述。VDR 语音压缩模块是整个 VDR
系统设计的重点与难点部分,合适的压缩算法能够节省大量的存储空间和程序运行时
间,本文经过对多种语音压缩算法的比较之后选择了 RPE-LTP 算法作为本系统的压缩
算法,同时对 RPE-LTP 语音压缩编码标准做了介绍。然后研究算法原理,对 RPE-LTP
算法的实现过程做了深入的分析,并用 Matlab 仿真模型进行了编解码建模,对编码前
和编码后的语音信号进行了分析,验证了此算法