Многоканальная система сбора и обработки информации с использованием интерфейса USB
В статье рассмотрены принципы построения многофункциональной информационно – измерительной системы освещения подводной обстановки акваторий.
Gespeichert in:
| Datum: | 2009 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Науково-технічний центр панорамних акустичних систем НАН України
2009
|
| Schriftenreihe: | Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану) |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/19235 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Многоканальная система сбора и обработки информации с использованием интерфейса USB / В.В. Худоконь // Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану): Зб. наук. пр. — Запоріжжя: НТЦ ПАС НАН України, 2009. — № 6. — С. 106-112. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-19235 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-192352011-04-23T12:04:25Z Многоканальная система сбора и обработки информации с использованием интерфейса USB Худоконь, В.В. В статье рассмотрены принципы построения многофункциональной информационно – измерительной системы освещения подводной обстановки акваторий. У статті розглянуті принципи побудови багатофункціональної інформаційно–вимірювальної системи висвітлення підводної обстановки акваторій. In the paper the principles of construction of multifunctional information-measuring system of underwater area illumination are examined. 2009 Article Многоканальная система сбора и обработки информации с использованием интерфейса USB / В.В. Худоконь // Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану): Зб. наук. пр. — Запоріжжя: НТЦ ПАС НАН України, 2009. — № 6. — С. 106-112. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1815-8277 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/19235 681.883.6; 681.518.3; 681.524 ru Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану) Науково-технічний центр панорамних акустичних систем НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
В статье рассмотрены принципы построения многофункциональной информационно – измерительной системы освещения подводной обстановки акваторий. |
| format |
Article |
| author |
Худоконь, В.В. |
| spellingShingle |
Худоконь, В.В. Многоканальная система сбора и обработки информации с использованием интерфейса USB Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану) |
| author_facet |
Худоконь, В.В. |
| author_sort |
Худоконь, В.В. |
| title |
Многоканальная система сбора и обработки информации с использованием интерфейса USB |
| title_short |
Многоканальная система сбора и обработки информации с использованием интерфейса USB |
| title_full |
Многоканальная система сбора и обработки информации с использованием интерфейса USB |
| title_fullStr |
Многоканальная система сбора и обработки информации с использованием интерфейса USB |
| title_full_unstemmed |
Многоканальная система сбора и обработки информации с использованием интерфейса USB |
| title_sort |
многоканальная система сбора и обработки информации с использованием интерфейса usb |
| publisher |
Науково-технічний центр панорамних акустичних систем НАН України |
| publishDate |
2009 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/19235 |
| citation_txt |
Многоканальная система сбора и обработки информации с использованием интерфейса USB / В.В. Худоконь // Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану): Зб. наук. пр. — Запоріжжя: НТЦ ПАС НАН України, 2009. — № 6. — С. 106-112. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| series |
Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану) |
| work_keys_str_mv |
AT hudokonʹvv mnogokanalʹnaâsistemasboraiobrabotkiinformaciisispolʹzovanieminterfejsausb |
| first_indexed |
2025-07-02T20:07:22Z |
| last_indexed |
2025-07-02T20:07:22Z |
| _version_ |
1836567067407417344 |
| fulltext |
Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану), 2009 (№ 6)
106
УДК 681.883.6; 681.518.3; 681.524
МНОГОКАНАЛЬНАЯ СИСТЕМА
СБОРА И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНТЕРФЕЙСА USB
© В.В. Худоконь, 2009
Научно-технический центр панорамных акустических систем НАН Украины, г. Запорожье
У статті розглянуті принципи побудови багатофункціональної інформаційно–вимірювальної системи
висвітлення підводної обстановки акваторій.
В статье рассмотрены принципы построения многофункциональной информационно – измерительной
системы освещения подводной обстановки акваторий.
In the paper the principles of construction of multifunctional information-measuring system of underwater area
illumination are examined.
ИНТЕРФЕЙС, USB, ПОТОК ДАННЫХ, АЛГОРИТМ, ЭХОГРАММА
Разведка и добыча полезных ископаемых со дна морей и океанов, транспортировка
газа, нефти и продуктов ее переработки, других химически активных веществ морскими
судами и магистральными подводными трубопроводами создают предпосылки загрязнений
акваторий и выдвигают настоятельную необходимость оперативного и комплексного
мониторинга дна и водной среды акваторий.
В настоящее время существует разнообразное судовое оборудование для контроля
рельефа дна, донных отложений, поиска затонувших и лежащих на дне объектов, в том
числе представляющих угрозу экологической безопасности (затонувшие суда, свалки
взрывчатых веществ и т.п.), а также оборудование для получения гидрофизических и
гидрохимических параметров среды (гидрофизические и гидрохимические зонды, судовые
лаборатории и оборудование для проведения химического анализа проб) [1–3].
Но даже установленное на одном судне, оно дает информацию в разных форматах,
зачастую без автоматической привязки ко времени и месту получения информации
(координатам).
Переход к автоматизированным методам и средствам исследований акваторий
позволит не только принимать, обрабатывать и регистрировать огромные массивы
информации, но также повысить точность и достоверность результатов исследований,
существенно сократить цикл получения отчетных материалов, а, следовательно, и время до
момента использования результатов океанографических работ на практике.
При этом обеспечивается возможность:
1) выполнения комплексной автоматизированной съемки и создания замкнутого,
полностью автоматизированного цикла картосоставления, что способствует повышению
качества и информативности документов;
2) обработки информации в реальном масштабе времени,
3) существенного увеличения производительности выполняемых работ;
4) оптимального планирования и управления съемкой путем обоснованного выбора
подробности промера, оптимизации параметров и выработки управляющих сигналов для
удержания судна на заданной траектории;
Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану), 2009 (№ 6)
107
5) создания банка данных информационно – логической системы, выполняющей
функции накопления, хранения и выдачи по запросам потребителей полной информации на
интересующую акваторию.
Структура автоматизированного судового комплекса должна представлять собой
совокупность унифицированных, удобно сопрягаемых модулей. Это позволит в зависимости
от типов судов и задач рейсов создавать необходимые модификации, а также обеспечит
возможность перестройки комплекса и его расширения при последующих модернизациях.
Одним из важнейших требований, предъявляемых к структуре аппаратных и
программных средств судового комплекса, является требование надежности, т.к. потеря
информации по причине отказа аппаратуры приводит к большим материальным затратам,
связанным с эксплуатацией судна. Необходимость установки на судне средств измерения,
наиболее выгодных с точки зрения максимального обеспечения необходимых условий
съемки, предъявляет к структуре комплекса требование территориальной распределенности,
что в свою очередь приводит к требованию распределенной иерархической обработки
данных путем объединения измерительной, управляющей, обрабатывающей и
регистрирующей аппаратуры в единый комплекс на основе локальной сети.
Одним из принципиальных преимуществ локальной вычислительной сети является
обеспечение не только распределенной обработки данных, но также и распределенного
накопления измерительной информации. Это важно для обеспечения надежной работы
комплекса в наиболее ответственном режиме сбора данных, при котором возможна
организация обработки данных в псевдореальном режиме времени, когда обработка
результатов и подготовка отчетов ведется на дополнительной вычислительной машине по
мере приема и накапливания информации.
Важным является также обеспечение возможности эксплуатации комплекса
одновременно в двух режимах: реального времени и постобработки данных, для чего
необходимо применение однотипных компьютеров, тогда компьютер для псевдореальной
обработки можно рассматривать в качестве резерва для реального времени. Кроме того, ПК
псевдореальной обработки будет выполнять дублирующую запись данных. Таким образом,
обеспечивается надежность комплекса в наиболее ответственном режиме - сбора данных в
реальном масштабе времени.
Построение таких многоканальных комплексов может осуществляться объединением
различных каналов одним устройством сопряжения, при реализации их согласования
(установки режимов работы, совместной работы, комплексирования информации). При этом
общее устройство сопряжения реализует управление, сбор и передачу информации от всех
датчиков (измерительных систем) в один компьютер.
Передача данных с устройства сопряжения в компьютер может осуществляться через
интерфейс LPT, USB или Ethernet.
При реализации независимых законченных устройств с интерфейсом USB, Ethernet
исключается необходимость разработки и применения общего многоканального устройства
сопряжения. При этом вопросы синхронизации и комплексирования данных полностью
возлагаются на управляющий компьютер и его программное обеспечение. Информационные
системы – датчики, имеющие стандартные интерфейсы RS-232 или RS-485 могут
подключаться через соответствующие переходники USB (в ОС устанавливаются
виртуальные СОМ-порты.
Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану), 2009 (№ 6)
108
В таком варианте программное обеспечение выполняет синхронизацию работы
различных устройств, комплексирование данных, управление режимами работы, обработку и
представление данных. Возможные алгоритмы:
1) работа может быть реализована путем выделения отдельного программного
потока для каждого устройства при считывании и обработке данных;
2) использования отдельного программного потока для каналов однотипных
данных (эхолот, профилограф).
В первом варианте выполняется общая для всех каналов регистрация данных.
Приоритеты всех потоков одинаковы.
Второй вариант представляет собой алгоритм с асинхронно – циклическим
обслуживанием источников. В потоке с асинхронно – циклическим обслуживанием просмотр
всех источников осуществляется поочередно. На первом же источнике, в котором будет
обнаружено требование на передачу, поток считывает данные и направляет сообщение этого
источника в соответствующий канал, освободившийся от передачи предыдущего сообщения,
а затем продолжает просмотр остальных источников в той же последовательности. Если,
осмотрев все источники, поток не обнаруживает требований на передачу, имеет место
холостой ход, поток останавливается на некоторый период ожидания. Если же какой-либо
источник выставит новое требование на передачу, а предыдущее сообщение этого источника
еще не будет выведено (обработано), то происходит его потеря.
Каждое устройство USB передает информацию на этапе инициализации о режимах
своей работы и типе устройства.
При такой организации многоканального комплекса достигается максимальная
гибкость при его построении и возможность использования каждого устройства отдельно,
вне комплекса с минимальными затратами. Организацию совместной работы или одиночной
выполняет программное обеспечение (комплекса либо устройства).
Аналогичный алгоритм построения и организации работы комплекса возможен
полностью с использованием локальной сети или USB и локальной сети.
На рис. 1 представлена схема программного обеспечения гидроакустического модуля
информационно – измерительного комплекса.
Потоки данных комплекса:
Передача данных с устройства сопряжения в компьютер может осуществляться через
интерфейс LPT, USB или Ethernet.
Скорость передачи данных через интерфейс LPT порта составляет до 1,5 Мб/с в
режиме EPP.
Скорость передачи данных через шину USB 2.0 (максимальная) составляет 60 Мб/с,
на полной скорости 1,5 Мб/с.
Скорость передачи данных по локальной сети Ethernet 10/100/1000 Мбит/с (в
контроллерах реализована 30 Мбит/с).
При параметрах устройства сопряжения гидроакустического модуля:
- количество выборок на канал – 1024,
- количество каналов – 5 (эхолот, профилограф, 2 борта ГБО) + GPS,
- 8 бит в выборке,
- диапазон работы системы 100 м (133 мс),
- все каналы работают на одном диапазоне от общего запуска,
Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану), 2009 (№ 6)
109
количество передаваемых данных за один цикл излучения/приема – 4096 Б,
или 30797 Б/c.
Время передачи данных через интерфейс LPT порта – 2,6 мс.
Время передачи данных через интерфейс USB 2.0 (максимальная скорость) – 0,065 мс.
Время передачи данных по локальной сети Ethernet (100 Мбит/с) – 0,31 мс (3,1 при
10 Мбит/с).
Количество записываемых данных на жесткий диск управляющего компьютера
≈30797 байт/c или 110869200 байт/ч (105 Мб/ч), 2,46 Гб/сутки. При использовании RAID
массива (3 жестких диска объемом 250 Гб) объемом 596 Гб время заполнения диска составит
≈242 суток. Фирмы Reson, Klain, IXSEA используют в своих гидроакустических устройствах
(ГБО, профилографы) интерфейсы: RS 485, USB, Ethernet.
Параметры гидрологического и гидрохимического модулей МГИ [2] представлены в
таблицах 1,2 (при использовании 4 байта для каждого параметра):
Таблица 1. Потоки данных гидрологического модуля (МГИ)
Измеряемый параметр Постоянная
времени
Поток данных, Б/с
Температура, °С 50 мс 80
Удельная электрическая
проводимость, отн. ед.
10 мс 400
Гидростатическое давление, мПа 5 мс 800
1280
Таблица 2. Гидрохимического модуля (МГИ)
Измеряемый параметр Постоянная
времени, с
Поток данных, Б/с
Кислород, мл/л 5 0,8
Сульфиды, мл/л 10 0,4
Показатель активности водорода, pH 10 0,4
Редокс – потенциал 1 4
5,6
Общий поток данных гидрологического и гидрохимического модулей МГИ
≈4,414 Мб/ч, 105,9 Мб/сутки. Время заполнения жесткого диска объемом 250 Гб – 2416
суток.
Исходя из приведенных выше данных, остается запас времени для проведения
обработки данных в режиме реального времени. В ГБО необходима стационаризация
сигналов по дальности. Например, с помощью ВАРУ и метода Стюарта Ейнсти [4] можно
стационаризировать сигнал.
Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану), 2009 (№ 6)
110
Рис. 1 – Схема программного обеспечения гидроакустического
модуля информационно–измерительного комплекса
Библиотека функций
драйвера устройства
сопряжения USB
Режим пользователя
Режим ядра
Внешнее оборудование
Устройство сопряжения
ГБО-100 МП
(LPT интерфейс)
Устройство сопряжения
(USB интерфейс)
WDM драйвер режима
ядра устройства
сопряжения USB
Legacy драйвер режима
ядра устройства
сопряжения ГБО-100 МП
Библиотека функций
драйвера устройства
сопряжения ГБО-100 МП
База данных ГАС
Приемник GPS
Стандартный драйвер
COM - порта
Интерфейс ввода-вывода
Win32
DLL API WinSockets
Ws2_32.dll
Драйвер эмулятора
интерфейса WinSockets
Afd.sys
Стек сетевых драйверов
Windows
Слой абстрагирования от оборудования (HAL)
“ Родное” API для ОС Windows NT (ntdll.dll)
Менеджер видеопамяти
DirectDraw
Графический интерфейс
пользователя(GDI)
К видеокарте
Стек WDM драйверов
шины USB
Win32 приложение реального времени. Сервер данных
(Отображение на мониторе 1).
Win32 приложение реального времени. Клиент данных
(Отображение на мониторе 2)
К сетевой карте
Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану), 2009 (№ 6)
111
Среднее число сигналов вдоль трека будет:
∑
−
=
+=
1
0
)),(,(
1
)(
PN
nP
nbinS
N
ia min...0 Ni = , (1)
где PN – число импульсов вдоль трека;
S(n,i), i=0, 1…Ns-1 – временной ряд выборки Ns для реализации n;
i=b(n) – выборка, первый эхосигнал от дна для реализации n;
b(n) – диаграмма направленности;
Nmin – минимальное число «наземных» выборок на одну реализацию в течение
процесса усреднения:
)),(min(min nbnN S −= PNn ...1= . (2)
Необходимо дальнейшее усреднение:
∑
=+−
=
)(
)(
)(
1)()(
1
)(
iq
ipj
ja
ipiq
ia . (3)
Здесь
.50
);,1min()(
);,0max()(
min
min
Nl
liNiq
liip
=
+−=
−=
(4)
В конечном итоге, получаем оценку среднего уровня сигнала на данном участке.
∑
−
=
=
1
0min
min
).(
1 N
i
ia
N
A (5)
Коррекция задается формулой:
))(,1max()( iaAiС = . (6)
Коррекцию изображения ГБО можно проводить, используя формулу:
),())((),( inSnbiCinSC −= . (7)
Гідроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби досліджень Світового океану), 2009 (№ 6)
112
Применение локальной сети позволяет реализовать распределенные вычисления и
накопление информации, что повышает надежность сохранения информации, а также дает
возможность территориально распределить приборы комплекса в условиях реального судна.
Таким образом, предложены принципы построения многофункциональной
информационно-измерительной системы, которые могут быть применены как в
гидроакустических комплексах, так и в системе, объединяющие информацию различных
датчиков. Они позволяют унифицировать и сократить объем аппаратуры.
Литература
1. Гончар А.И. Проблема создания высокоэффективных многоцелевых гидролокаторов бокового
обзора. НАН Украины. Научно-технический центр панорамных акустических систем Института
проблем природопользования и экологии. Запорожье, 1998. – 142 с.
2. Иванов В.А., Дыкман О.И. и др. Современные методы и средства контроля морской среды.
Севастополь, 2006. – 112 с
3. Осипов Ю.В., Писанко И.Н., Шилов Р.Д. Интерфейсы обмена данными в современных
гидроакустических комплексах: поиск оптимальных решений. Проблемы, методы и средства
исследований мирового океана: сборник докладов 1-й международн. науч. конф. – НАН Украины.
Научно-технический центр панорамных акустических систем. Запорожье, 2003 – 237 с.
4. Stuart Anstee. Removal of Range-dependent Artifacts from Sidescan Sonar Imagery. – Australia: DSTO,
2001. – 18 c.
|