新型智能化航迹仪的设计与实现

航迹仪是舰船实时标绘海图、自动完成海图作业的导航设备。在研制航迹仪的过程中，由于各个传动零件的尺寸公差分配不合理，导致绘图精度低。为确保绘图精度，对航迹仪传动链进行了空程误差和传动误差的分析计算，合理分配各零件的尺寸公差，大大提高了航迹仪的精度，是一种由GPS接收机、监视器、电子海图控制系统组成的船用航迹仪。

GPS接收机通过导线连接到电子海图控制系统的输入端，电子海图控制系统的输出端连接监视器的输入端，其特征在于：监视器采用彩色监视器;电子海图控制系统是由中心处理器、显示控制器、地址开关电路、并串转换器、数据锁存器、随机存储器、地址锁存器及只读存储器组成，中心处理器的P0口的输出端分别连接只读存储器、数据锁存器、地址锁存器、随机存储器的信号输入端;只读存储器的信号输入端连接地址锁存器的信号输入端;数据锁存器的信号输出端连接随机存储器的输入端;地址开关电路的信号输入端分别连接地址锁存器的输出端和显示控制器的一个信号输出端，其信号输出端连接随机存储器的输入端;显示控制器同步信号输出端外接彩色监视器的同步信号输入端;并串转换器信号输入端连接随机存储器的信号输出端，其信号输出端外接彩色监视器。

1 航迹仪工作原理

航迹仪的工作过程是在计算机控制下进行的。首先，使键盘处于开放状态，通过移笔键和自检键简单检查绘图功能;然后，由综导显控台装海图并向航迹仪发出装海图命令，由此航迹仪自动进入跟踪状态。船舶航迹的实时标绘是通过实时接收由综导显控台发送的纬度、经度值及各种绘图命令，通过数学模型的解算及直线插补运算后，产生步进电机的控制脉冲序列，经功放电路驱动电动机执行。

传统的航迹仪系统有一定的局限性，存在有待改进之处：(1)传统的航迹仪系统的接口、控制、传动等部分采用分立式设计，占用了大量的空间，且价格较贵。(2)随着导航数据信息化程度的提高，设备间的通讯越发频繁，信息量亦随之增大，使用单一的串行口通讯已不能满足系统要求。(3)航迹仪与综导台使用同一操作界面，缺少独立的人机交互系统。(4)传统的航迹仪为开环系统，无检测反馈装置，影响了走笔的精度。(5)接口板的设计动态初始化要求严格，不能完全满足实时性要求。

2 航迹仪系统的硬件设计

2.1 硬件系统的总体构成

航迹仪微机控制系统是以ARM处理器S3C44B0X模块为中心的控制系统。ARM(Advanced RISC Machines)是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域，比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。ARM是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域，比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。系统的硬件结构如图1所示。

2.2 S3C44B0X主板

传统的航迹仪采用嵌入式PC/104模块为核心控制系统。系统的接口、控制、传动等部分采用分立式设计，占用的空间较大，且价格昂贵。因此在改进设计中使用基于Samsung公司生产的ARM处理器S3C44B0X芯片。由于使用基于芯片开发的主板提高设计开发的灵活性，为本系统所专用，因此所用接口、外设均为自主设计的电路，节省了不必要的开销。

S3C44B0X主板主要包括CPU模块及其辅助电路、存储器系统模块、通信模块、系统调试模块、人机接口模块及扩展总线部分。

主板外接CAN总线控制器及总线驱动器等设备，接收CAN总线上由综合导航显控台发送的实时位置、航向信息;通过人机接口接收到的触摸屏发送的控制信息，经处理后将控制命令(主要是控制脉冲频率、脉冲个数、开始停止等命令)通过扩展I/O口发送给接口板，CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称，是由研发和生产汽车电子产品着称的德国BOSCH公司开发了的，并最终成为国际标准(ISO118?8)。是国际上应用最广泛的现场总线之一。 在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。近年来，其所具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视，被广泛应用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。

2.3 XC2S50接口板

传统航迹仪使用接口板CDT800，其中包括 Am9513计数器与μPD71055I/O接口。CDT800为成品接口板，其计数器Am9513相关资料相对有限，