一种用于舰船空气流场测量的多协议适配数据采集设备制造技术

一种用于舰船空气流场测量的多协议适配数据采集设备，数据处理模块、数据采集传输模块，数据处理模块包括记录生成单元、记录写入单元、配置管理单元、图形化显示单元、设备状态监视单元、COM422处理单元、第一以太网处理单元、第二以太网处理单元、共享存储单元；数据采集传输模块包括供电单元、网络交换设备、协议适配器组，其中协议适配器组包括COM422协议、以太网协议。本发明专利技术通过数据处理模块及数据采集传输模块的协同工作，解决了多种类型的多个传感器同时进行数据采集的协议适配、时间同步、高频数据存储及图形化显示等问题，简化了舰船艉部流场测量的测量流程，具有专业性强、采集结果精确、测试试验高效等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数据采集
，特别是一种用于舰船空气流场测量的多协议适配数据采集设备。
技术介绍
目前在定量测量舰艇艉部空气流场领域，西方国家主要采取单传感器测量，传感器直接与上位机连接，上位机接收传感器数据进行采集的同时，通过多个上位机进行其他同步需要测量的数据的采集，测量后进行数据的融合和分析，如图1所示为单传感器测量技术实现结构，如图2所示为单传感器测量技术实现方法，包括：(1)通过布置N个风速传感器、姿态传感器、运动传感器等，并采用多台上位机同步进行数据采集；(2)融合步骤(1)中所有上位机采集到的实时数据；(3)重复上述步骤，直到所有位置采集完成；(4)融合所有采集到的结果数据。从上述国外舰艇艉部空气流场的测量采集结构和方法可以得到其存在以下缺陷：(1)采集的数据分布在多台上位机上，需要采集后进行数据的整理融合；(2)在采集结果时间精度要求较高的场景下，多台上位机需要进行精确时间同步；(3)针对不同的采集传感器，上位机数据采集软件需要进行定制开发，以满足不同传感器与上位机之间的不同通信方式和通信协议。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于舰船空气流场测量的多协议适配数据采集设备，解决了现有的数据采集技术采集时间精度不高、采集效率低、花费高的问题。本专利技术的技术解决方案是：一种用于舰船空气流场测量的多协议适配数据采集设备，包括数据处理模块、数据采集传输模块，其中数据处理模块包括记录生成单元、记录写入单元、配置管理单元、图形化显示单元、设备状态监视单元、COM422处理单元、第一以太网处理单元、第二以太网处理单元、共享存储单元；数据采集传输模块包括供电单元、网络交换设备、协议适配器组，其中协议适配器组包括COM422协议、以太网协议；供电单元，对网络交换设备、协议适配器组进行供电；网络交换设备，分别连接风速传感器、运动传感器、姿态传感器；接收风速传感器发送的潜艇测量位置处的三维风速度信息后送至协议适配器组；接收姿态传感器发送的舰艇测量位置处的三轴加速度、角速度，舰艇运动姿态，接收运动传感器发送的潜艇测量位置处的航速、航向，风速、风向；所述的三维风速度信息包括数据U、数据V、数据W，数据U为舰艏艉方向风速，数据V为舰左右舷方向风速，数据W为垂直于甲板平面方向风速；所述的三轴加速度的坐标系为以姿态传感器安装位置为原点，舰艏艉方向为X轴，舰左右舷方向为Y轴，垂直于甲板平面方向为Z轴建立的坐标系；其中，舰艇起降甲板上设有四个测量截面，每个测量截面设置5个测量点，每个测量点在起降甲板平面上方3米、5米、7米处分别设有下、中、上三个舰艇测量位置，测量截面在舰艇起降甲板上均匀分布且互相平行；所述的舰艇测量位置均放置风速传感器、运动传感器、姿态传感器，每个风速传感器、运动传感器、姿态传感器的编号均不相同；协议适配器组，接收三维风速度信息后调用以太网协议送至第一以太网处理单元；接收潜艇测量位置处的航速、航向，风速、风向后调用以太网协议送至第二以太网处理单元；接收三轴加速度、角速度，舰艇运动姿态后调用COM422协议送至COM422处理单元；第一以太网处理单元，接收三维风速度信息后进行解析得到三维风速度信息并送至共享存储单元；第二以太网处理单元，接收潜艇测量位置处的航速、航向，风速、风向后进行解析得到潜艇测量位置处的航速、航向，风速、风向，将潜艇测量位置处的航速、航向，风速、风向送至共享存储单元；COM422处理单元，接收舰艇测量位置处的三轴加速度、角速度、舰艇运动姿态后进行解析得到舰艇测量位置处的三轴加速度、角速度、舰艇运动姿态，将舰艇测量位置处的三轴加速度、角速度、舰艇运动姿态送至共享存储单元共享存储单元，包括第一共享存储子单元、第二共享存储子单元；第一共享存储子单元接收舰艇测量位置处的三轴加速度、角速度、舰艇运动姿态，潜艇测量位置处的航速、航向，风速、风向，三维风速度信息后分别添加时间戳并存储；第二共享存储子单元，以不低于风速传感器、姿态传感器、运动传感器采集频率的速率读取第一共享存储子单元中存储的舰艇测量位置处的三轴加速度、角速度、舰艇运动姿态，潜艇测量位置处的航速、航向，风速、风向，三维风速度信息，并送至记录生成单元；记录生成单元，将时间戳相同的舰艇测量位置处的三轴加速度、角速度、舰艇运动姿态装订成帧进行记录存储并送至记录写入单元；将时间戳相同的潜艇测量位置处的航速、航向，风速、风向装订成帧进行记录存储并送至记录写入单元；将时间戳相同的三维风速度信息装订成帧进行记录存储并送至记录写入单元；记录统计时间戳相同的数据并将统计结果送至图形化显示单元；记录写入单元，当接收到外部发送的数据帧写入指令时，根据数据帧写入指令中的时间选择当前时间戳的舰艇测量位置处的三轴加速度、角速度、舰艇运动姿态数据帧、潜艇测量位置处的航速、航向，风速、风向数据帧或者三维风速度信息数据帧，并送至外部；配置管理单元，预设有协议适配器组使用的加密算法、以太网协议、COM422协议、数据采集速率；将加密算法、COM422协议协议、姿态传感器数据采集速率送至COM422处理单元；将加密算法、以太网协议协议、风速传感器数据采集速率送至第一以太网处理单元；将加密算法、以太网协议协议、运动传感器数据采集速率送至第二以太网处理单元；图形化显示单元，监测读取共享存储单元添加时间戳后的舰艇测量位置处的三轴加速度、角速度、舰艇运动姿态，潜艇测量位置处的航速、航向，风速、风向，三维风速度信息并使用表格显示每个风速传感器、姿态传感器、运动传感器发送的数据，同时接收显示时间戳相同的数据，并进行动态的数据量图形化统计；监测读取记录写入单元发送至外部的数据帧，并进行动态的数据帧量图形化统计；动态显示当前正常发送数据的风速传感器、姿态传感器、运动传感器编号，未正常发送数据的风速传感器、姿态传感器、运动传感器编号；设备状态监视单元，动态监测读取共享存储单元接收的舰艇测量位置处的三轴加速度、角速度、舰艇运动姿态，潜艇测量位置处的航速、航向，风速、风向，三维风速度信息，得到当前正常发送数据的风速传感器、姿态传感器、运动传感器编号，未正常发送数据的风速传感器、姿态传感器、运动传感器编号，并送至图形化显示单元进行显示；将未正常发送数据的风速传感器、姿态传感器、运动传感器编号送至外部。所述的数据采集传输模块基于windows平台，采用Boost、Qt开发框架实现。所述的第二共享存储子单元采用基于MFC的MMTimmer实现了以不低于风速传感器、姿态传感器、运动传感器采集频率的速率读取数据。本专利技术与现有技术相比的优点在于：本专利技术数据采集设备通过数据处理模块及数据采集传输模块的协同工作，解决了多种类型的多个传感器同时进行数据采集的协议适配、时间同步、高频数据存储及图形化显示等问题，简化了舰船艉部流场测量的技术负责度和测量流程，具有专业性强、采集结果精确、测试试验高效等优点。附图说明图1为本专利技术方法中单传感器测量技术实现结构；图2为本专利技术方法中单传感器测量技术实现流程；图3为本专利技术数据采集设备中硬件结构图；图4为本专利技术数据采集设备中软件结构图；图5为本专利技术数据采集设备中软件工作流程图；图6为本专利技术数据采集设备中共享存储区实现原理图；图7为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于舰船空气流场测量的多协议适配数据采集设备，其特征在于包括数据处理模块、数据采集传输模块，其中数据处理模块包括记录生成单元、记录写入单元、配置管理单元、图形化显示单元、设备状态监视单元、COM422处理单元、第一以太网处理单元、第二以太网处理单元、共享存储单元；数据采集传输模块包括供电单元、网络交换设备、协议适配器组，其中协议适配器组包括COM422协议、以太网协议；供电单元，对网络交换设备、协议适配器组进行供电；网络交换设备，分别连接风速传感器、运动传感器、姿态传感器；接收风速传感器发送的潜艇测量位置处的三维风速度信息后送至协议适配器组；接收姿态传感器发送的舰艇测量位置处的三轴加速度、角速度，舰艇运动姿态，接收运动传感器发送的潜艇测量位置处的航速、航向，风速、风向；所述的三维风速度信息包括数据U、数据V、数据W，数据U为舰艏艉方向风速，数据V为舰左右舷方向风速，数据W为垂直于甲板平面方向风速；所述的三轴加速度的坐标系为以姿态传感器安装位置为原点，舰艏艉方向为X轴，舰左右舷方向为Y轴，垂直于甲板平面方向为Z轴建立的坐标系；其中，舰艇起降甲板上设有四个测量截面，每个测量截面设置5个测量点，每个测量点在起降甲板平面上方3米、5米、7米处分别设有下、中、上三个舰艇测量位置，测量截面在舰艇起降甲板上均匀分布且互相平行；所述的舰艇测量位置均放置风速传感器、运动传感器、姿态传感器，每个风速传感器、运动传感器、姿态传感器的编号均不相同；协议适配器组，接收三维风速度信息后调用以太网协议送至第一以太网处理单元；接收潜艇测量位置处的航速、航向，风速、风向后调用以太网协议送至第二以太网处理单元；接收三轴加速度、角速度，舰艇运动姿态后调用COM422协议送至COM422处理单元；第一以太网处理单元，接收三维风速度信息后进行解析得到三维风速度信息并送至共享存储单元；第二以太网处理单元，接收潜艇测量位置处的航速、航向，风速、风向后进行解析得到潜艇测量位置处的航速、航向，风速、风向，将潜艇测量位置处的航速、航向，风速、风向送至共享存储单元；COM422处理单元，接收舰艇测量位置处的三轴加速度、角速度、舰艇运动姿态后进行解析得到舰艇测量位置处的三轴加速度、角速度、舰艇运动姿态，将舰艇测量位置处的三轴加速度、角速度、舰艇运动姿态送至共享存储单元共享存储单元，包括第一共享存储子单元、第二共享存储子单元；第一共享存储子单元接收舰艇测量位置处的三轴加速度、角速度、舰艇运动姿态，潜艇测量位置处的航速、航向，风速、风向，三维风速度信息后分别添加时间戳并存储；第二共享存储子单元，以不低于风速传感器、姿态传感器、运动传感器采集频率的速率读取第一共享存储子单元中存储的舰艇测量位置处的三轴加速度、角速度、舰艇运动姿态，潜艇测量位置处的航速、航向，风速、风向，三维风速度信息，并送至记录生成单元；记录生成单元，将时间戳相同的舰艇测量位置处的三轴加速度、角速度、舰艇运动姿态装订成帧进行记录存储并送至记录写入单元；将时间戳相同的潜艇测量位置处的航速、航向，风速、风向装订成帧进行记录存储并送至记录写入单元；将时间戳相同的三维风速度信息装订成帧进行记录存储并送至记录写入单元；记录统计时间戳相同的数据并将统计结果送至图形化显示单元；记录写入单元，当接收到外部发送的数据帧写入指令时，根据数据帧写入指令中的时间选择当前时间戳的舰艇测量位置处的三轴加速度、角速度、舰艇运动姿态数据帧、潜艇测量位置处的航速、航向，风速、风向数据帧或者三维风速度信息数据帧，并送至外部；配置管理单元，预设有协议适配器组使用的加密算法、以太网协议、COM422协议、数据采集速率；将加密算法、COM422协议协议、姿态传感器数据采集速率送至COM422处理单元；将加密算法、以太网协议协议、风速传感器数据采集速率送至第一以太网处理单元；将加密算法、以太网协议协议、运动传感器数据采集速率送至第二以太网处理单元；图形化显示单元，监测读取共享存储单元添加时间戳后的舰艇测量位置处的三轴加速度、角速度、舰艇运动姿态，潜艇测量位置处的航速、航向，风速、风向，三维风速度信息并使用表格显示每个风速传感器、姿态传感器、运动传感器发送的数据，同时接收显示时间戳相同的数据，并进行动态的数据量图形化统计；监测读取记录写入单元发送至外部的数据帧，并进行动态的数据帧量图形化统计；动态显示当前正常发送数据的风速传感器、姿态传感器、运动传感器编号，未正常发送数据的风速传感器、姿态传感器、运动传感器编号；设备状态监视单元，动态监测读取共享存储单元接收的舰艇测量位置处的三轴加速度、角速度、舰艇运动姿态，潜艇测量位置处的航速、航向，风速、风向，三维风速度信息，得到当前正常发送数据的风速传感器、姿态传感器、运动传感器编号，未正常发送数据的风速传感器、姿态传感器...

【技术特征摘要】
1.一种用于舰船空气流场测量的多协议适配数据采集设备，其特征在于包括数据处理模块、数据采集传输模块，其中数据处理模块包括记录生成单元、记录写入单元、配置管理单元、图形化显示单元、设备状态监视单元、COM422处理单元、第一以太网处理单元、第二以太网处理单元、共享存储单元；数据采集传输模块包括供电单元、网络交换设备、协议适配器组，其中协议适配器组包括COM422协议、以太网协议；供电单元，对网络交换设备、协议适配器组进行供电；网络交换设备，分别连接风速传感器、运动传感器、姿态传感器；接收风速传感器发送的潜艇测量位置处的三维风速度信息后送至协议适配器组；接收姿态传感器发送的舰艇测量位置处的三轴加速度、角速度，舰艇运动姿态，接收运动传感器发送的潜艇测量位置处的航速、航向，风速、风向；所述的三维风速度信息包括数据U、数据V、数据W，数据U为舰艏艉方向风速，数据V为舰左右舷方向风速，数据W为垂直于甲板平面方向风速；所述的三轴加速度的坐标系为以姿态传感器安装位置为原点，舰艏艉方向为X轴，舰左右舷方向为Y轴，垂直于甲板平面方向为Z轴建立的坐标系；其中，舰艇起降甲板上设有四个测量截面，每个测量截面设置5个测量点，每个测量点在起降甲板平面上方3米、5米、7米处分别设有下、中、上三个舰艇测量位置，测量截面在舰艇起降甲板上均匀分布且互相平行；所述的舰艇测量位置均放置风速传感器、运动传感器、姿态传感器，每个风速传感器、运动传感器、姿态传感器的编号均不相同；协议适配器组，接收三维风速度信息后调用以太网协议送至第一以太网处理单元；接收潜艇测量位置处的航速、航向，风速、风向后调用以太网协议送至第二以太网处理单元；接收三轴加速度、角速度，舰艇运动姿态后调用COM422协议送至COM422处理单元；第一以太网处理单元，接收三维风速度信息后进行解析得到三维风速度信息并送至共享存储单元；第二以太网处理单元，接收潜艇测量位置处的航速、航向，风速、风向后进行解析得到潜艇测量位置处的航速、航向，风速、风向，将潜艇测量位置处的航速、航向，风速、风向送至共享存储单元；COM422处理单元，接收舰艇测量位置处的三轴加速度、角速度、舰艇运动姿态后进行解析得到舰艇测量位置处的三轴加速度、角速度、舰艇运动姿态，将舰艇测量位置处的三轴加速度、角速度、舰艇运动姿态送至共享存储单元共享存储单元，包括第一共享存储子单元、第二共享存储子单元；第一共享存储子单元接收舰艇测量位置处的三轴加速度、角速度、舰艇运动姿态，潜艇测量位置处的航速、航向，风速、风向，三维风速度信息后分别添加时间戳并存储；第二共享存储子单元，以不低于风速传感器、姿态传感器、运动传感器采集频率的速率读取第一共享...

【专利技术属性】
技术研发人员：周海光，姜广文，李海旭，康利波，张勇，宗昆，
申请(专利权)人：中国船舶工业系统工程研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11