Beidou İletişim Terminal Yazılımının Tasarımı ve Uygulanması
Ke Qiuli, Su Kaixiong
(Fizik ve Bilgi Mühendisliği Okulu, Fuzhou Üniversitesi, Fuzhou, Fujian 350002)
: Beidou uydu radyo belirleme servisi (Radyo Tespit Uydu Servisi, RDSS) mesajları ve radyo navigasyon uydu servisi (Radyo Navigasyon Uydu Servisi, RNSS) mesajlarının kontrolünün fonksiyonel entegrasyonunu gerçekleştirmek için Beidou kullanıcı terminal modülleri için bir yazılım sistemi tasarlanmıştır. . Yazılım, ön ve arka uçlar arasındaki ayırma tasarım fikrine dayalı olarak oluşturulmuştur, yani arka plan iş parçacığı, RDSS / RNSS verilerinin alınması ve analiz edilmesi ve RDSS verilerinin kapsüllenmesi ve gönderilmesi dahil olmak üzere kullanıcı terminal modülü ile iletişim için seri bağlantı noktasının kullanılmasından sorumludur; ön kullanıcı arayüzü verilerin görselleştirilmesini tamamlar ve Esnek insan-bilgisayar etkileşimini gerçekleştirin. Eşzamanlı teknoloji, iletişim verilerinin hızlı işlenmesini gerçekleştirmek için ön ve arka iş parçacıkları arasında kullanılır.
: RDSS; RNSS; entegrasyon; kontrol
: TN927 + .2 Belge tanımlama kodu: ADoi: 10.19358 / j.issn.1674-7720.2017.10.005
Alıntı biçimi : Ke Qiuli, Su Kaixiong.Beidou iletişim terminal yazılımının tasarımı ve uygulaması J. Mikrobilgisayar ve Uygulama, 2017,36 (10): 15-17,22.
0 Önsöz
Beidou uydu navigasyon sistemi yükselen bir yıldızdır ve ilgili uygulamalar dinlenmeyi beklemektedir ve büyük bir pazar potansiyeline sahiptir. GPS'in uygulama deneyimi göz önüne alındığında, Beidou sistem navigasyon terminalinin pazarlanma sürecinde, Beidou sistemi RDSS işi ile GPS RNSS işini birleştiren navigasyon terminali vakaları vardır ve Beidou ikinci nesil sistemi de GPS'e benzer RNSS işini gerçekleştirmektedir [1 ] Bu nedenle, RDSS ve RNSS hizmetlerini birleştiren terminal yazılımı, Beidou navigasyon sisteminin uygulanmasında büyük bir rol oynayacaktır.
Bu gerekliliğe yanıt olarak, bu makale veri iletişimi, zamanlama, terminal mobil veri toplama ve diğer işlevler dahil olmak üzere Beidou RDSS ve RNSS entegre hizmetlerini kontrol etmek için bir kontrol yazılım sistemi tasarlar ve iyi bir insan-bilgisayar etkileşimi etkisine sahiptir.
1 Beidou uydu navigasyon terminal sistemine genel bakış
Şekil 1'de gösterildiği gibi, eksiksiz bir Beidou uydu navigasyon terminal sistemi temel olarak Beidou kullanıcı terminal modülünden oluşur (bu modül hem Beidou birinci nesil RDSS hizmet işlevine ve GPS, Beidou ikinci nesil RNSS hizmet işlevine sahiptir), Windows platformu, arka plan veri işleme Dört bölümden oluşur: iplik ve insan-makine arayüzü. Tüm Beidou navigasyon terminal sisteminin işlevi, esas olarak RDSS / RNSS veri çerçevelerini almak, analiz etmek, kapsüllemek ve göndermektir. Veri çerçevesi alım süreci: Beidou kullanıcı terminali ilk önce anten tarafından alınan Beidou sinyalini seri port verilerine işler ve bunu PC'ye çıkarır. Seri bağlantı noktası verileri PC'ye girdikten sonra, arka plan iş parçacığı, kullanıcı uygulama verilerini elde etmek için çerçeve protokolüne göre ayrıştırır. Uygulama verileri insan-makine arayüzü ile görselleştirilecektir. Veri çerçevesi gönderme süreci: Kullanıcı insan-makine arayüzünde bir komut gönderdiğinde, komuta karşılık gelen uygulama verileri arka plan iş parçacığı tarafından bir protokol çerçevesine kapsüllenir ve seri porta çıkar. Beidou kullanıcı terminali, elde edilen seri verileri dahili sinyal işlemeden sonra anten aracılığıyla gönderir.
2 Yazılım sistemi uygulaması
Yazılım sisteminin tasarımı temel olarak iki bölümden oluşur: arka plan iş parçacığı tasarımı ve kullanıcı arayüzü tasarımı. Bu iki bölümün özel uygulaması aşağıda ayrıntılı olarak açıklanacaktır.
2.1 Arka plan iş parçacığı uygulaması
Arka plan iş parçacığının tasarımı temel olarak RDSS / RNSS protokol çerçevesini almayı, algoritmaları çözümlemeyi, hızlı yanıt algoritmalarını ayrıştırmayı ve görüntülemeyi içerir. Algoritma, biri Beidou Kullanıcı Arayüzü Protokolü (4.0) ve diğeri NMEA0183 protokolü olmak üzere iki farklı protokol spesifikasyonuna dayanan iki tür mesaj içerir: RDSS / RNSS.
2.1.1 Kullanıcı arayüzü protokolü
Kullanıcı arayüzü protokolü, iletişim uygulaması veri çerçevesinin formatını düzenler. Beidou Üretme Arayüzü Veri İletim Protokolü (4.0), esas olarak kontrol yazılımındaki Beidou iletişim verilerini ve konumlandırma verilerini standartlaştırmak için kullanılır ve NMEA0183 protokolü, esas olarak uyduların konum verilerini ve terminal ekipmanının mobil verilerini standartlaştırmak için kullanılır.
Beidou kullanıcı arayüzü protokolü (4.0) Şekil 2'de gösterilmektedir. "Kullanıcı adresi" gönderen olarak Beidou kart numarasına atıfta bulunur ve alıcının Beidou kart numarası "bilgi içeriği" alanına dahil edilir.
Beidou kullanıcı arayüzü protokolüne (4.0) göre, protokol veri çerçevesi bayt cinsinden bilgiyi temsil eder, bu nedenle veri çerçevesinin orijinal bayt tipi, bilgisayar işlemesi için uygun olan temel bir veri tipine dönüştürülmelidir [2].
Beidou kullanıcı arayüzü protokolünde (4.0), Beidou terminal cihazları arasında iki veri iletişimi yolu vardır: "kod" ve "Çince karakterler". Beidou terminal ekipmanının fiili iletişim sürecinde, iletişim verileri Çince ve İngilizce sayılarla karıştırıldığında, göndermek için "kod" yöntemi seçilmelidir; numara yalnızca gönderilirse, sınırlı bant genişliğini daha etkin kullanmak için sayı aralığı 0-9'dur. , Bir sayıyı temsil etmek için orijinal ASCII standardı 1 B yerine bir sayıyı temsil etmek için 4 bit kullanılarak "kod" iletişim modunda genişletilebilir.
NMEA0183 protokolü (Ulusal Deniz Elektroniği Birliği), alıcı çıktı bilgileri için standardı tanımlayan deniz elektronik ekipmanı için standart bir formattır. Protokol, veri akışını ayırmak için virgül kullanır Veri akışının uzunluğu 30 ila 100 karakter arasında değişir ve çıktı genellikle saniyede bir aralıkla seçilir [3]. Yaygın olarak kullanılan NMEA0183 protokol cümle fonksiyonları Tablo 1'de gösterilmektedir.
2.1.2 Veri alma algoritması
Veri çerçevesi alma modülünün girişi, bir bayt veri akışıdır Modül, seri port tamponunu sürekli olarak okur ve tam bir protokol çerçeve ifadesini çıkarmak için dahili olarak işlem yapar. Veri alma modülünün dahili akış şeması Şekil 3'te gösterilmektedir.
RNSS (Beidou İkinci Nesil, GPS) veri çerçevesi NMEA0183 protokol spesifikasyonunu benimsediğinden ve RDSS (Beidou Birinci Nesil) veri çerçevesi Beidou Kullanıcı Arayüzü Protokolü (4.0) spesifikasyonunu benimsediğinden, veri çerçevelerinin alımının iki protokol spesifikasyonuna uyarlanması gerekir.
Şekil 2'deki Beidou Kullanıcı Arayüzü Protokolü (4.0) spesifikasyonuna göre, bu tür bir veri çerçevesi için tam alım stratejisi şudur: alıcı, çerçevenin boyutu için standart olarak çerçevenin uzunluğunu alır; daha sonra çerçeve gövdesini alır ve sayar, Sayım değeri uzunluk verisine eşit olduğunda çerçevenin tamamen alındığı anlamına gelir.
NMEA0183 protokol spesifikasyonuna göre, bu tür veri çerçevesinin tam alma stratejisi şudur: çerçeve başlığı "$ " alındığında, bu geçerli verilerin başladığı ve çerçevenin sonu "\ r \ n" olana kadar alındığı anlamına gelir. Çerçevenin sonu.
2.1.3 Veri analizi algoritması
Veri analizi, Beidou Kullanıcı Arayüzü Protokolü (4.0) ve NMEA0183 protokolünü içerir ve iki tür veri akışı aynı seri port üzerinden iletildiği için, algoritmanın veri analizi sırasında iki protokole uyum sağlaması gerekir.
Kısmi veri analizinin algoritma akış şeması Şekil 4'te gösterilmektedir.
Ayrıştırma, veri çerçevesindeki ilgili alanın bilgilerini çıkarmak ve görüntülemek içindir. İlk olarak, veri çerçevesinin, programlama işlemi [4] için ASCII spesifikasyonu aracılığıyla bayt akış formundan dizi formuna dönüştürülmesi gerekir. Veri çerçevesi bir dizi formuna dönüştürüldükten sonra, her alanın uygulama veri bilgileri, programlama dilinin dizi bölümleme yöntemi kullanılarak kolayca elde edilebilir.
İletişim bilgileri için "$ TXXX", zaman bilgisi "$ SJXX", konumlandırma bilgisi "$ DWXX" ve mobil veri "$ RMC", uygulama verilerini doğrudan kullanıcı arayüzüne iletir; ilgili görünür uydu numaraları, uydu yükseklik açıları, sinyal taşıyıcı-gürültü oranı için "$ GSV" nin "$ GSV" cümlesi, bir anahtar-değer çifti oluşturmak için uydu numarası ve eğim açısı veya taşıyıcı-gürültü oranı verilerinin kombinasyonunu gerektirir ve ardından, verilerin histogram ve takımyıldız diyagramında görüntülenebilmesi için bunu kullanıcı arayüzüne iletir.
2.1.4 Hızlı yanıt yöntemi
Veri alımı ve veri analizi, bu iki işlem arasındaki senkronizasyon formu doğrudan yazılım yanıtının hızını belirler. Yazılım, bu iki işlemi iki bağımsız iş parçacığı halinde tasarlar ve yanıt hızını büyük ölçüde iyileştirmek için arabellekleme teknolojisini kullanır.
İlk olarak, bellek alanında n tane tampon alanı açın.
Bundan sonra, veri alan iş parçacığı, tampon 1'i tüm veri çerçevesi ile doldurur. Ara bellek alanı 1 doldurulduktan sonra, veri alan iş parçacığı ara bellek alanını 2 yeni bir tam veri çerçevesi ile doldurur. Son tampon alanı n dolana kadar bu işlemi tekrarlayın ve ardından tampon alanı 1'i yeniden doldurmaya başlayın. Veri alan iş parçacığı her zaman bu işlemden geçecektir.
Aynı zamanda, veri ayrıştırma iş parçacığı ilk önce ara bellek alanının dolu olup olmadığını belirler ve eğer doldurulmuşsa, veri çerçevesini analiz eder; tamamlanmadıysa bekleyin. 1 nolu ara bellek alanındaki veri çerçevesinin analizi tamamlandıktan sonra, 2 nolu ara bellek alanındaki veri çerçevesi tekrar analiz edilmektedir. Son ara bellek alanı n'nin veri çerçevesi ayrıştırılana kadar, veri çerçevesi yeniden ara bellek alanı 1'den ayrıştırılır. Veri analizi dizisi her zaman bu işlemi tekrarlayacaktır.
2.2 Ön uç arayüz tasarımı
Kullanıcı arayüzünün girişi esas olarak "konumlandırma uygulaması" ve "iletişim uygulaması" komutlarını içerir ve alınan bilgiler temel olarak kullanıcı iletişim bilgilerini, kullanıcı hareket verilerini (hız, enlem ve boylam, vb.) Ve uydu verilerini (uydu numarası, uydu eğim açısı, vb.) İçerir. Kullanıcı arabirimi tasarımı, geliştirme aracı olarak Visual Studio 2010'u kullanır. Uydu sinyali taşıyıcı-gürültü oranı verileri ve uydu yükseklik açısı verileri gibi analitik uygulama verilerini histogram ve takımyıldız diyagramında görüntülemek için Windows Form çerçevesini [5] kullanın, diğer basit uygulama verileri için ise metin ekranı kullanılır. Şekil 5'te gösterilen arayüz nihayet elde edilir.
3 Yazılım sistemi testi
Bu yazılım tasarımının test platformu PC Windows işletim sistemi ortamıdır ve Beidou terminal kullanıcı makinesi FB3511 kullanır. Yazılım, kullanıcı makinesinin mesajlarını kontrol edecek ve işleyecektir. Yazılımı çalıştırın ve Beidou uydu sinyali kilitlendikten sonra testi başlatın.
(1) Konumlandırma fonksiyonu fonksiyonu testi
"Tek Konumlandırma" düğmesine basın, "Beidou Mesaj Ekranı" kutusu, Şekil 6'da gösterildiği gibi enlem ve boylam bilgilerini verir. Çıktı enlem ve boylam bilgisi, test sahasının boylam ve enlemi ile tutarlıdır ve RDSS konumlandırma mesajı kontrol fonksiyonunun doğru şekilde uygulandığını gösterir. Şekilde, "tek konumlandırma" komutu zamanında yanıt vermedi.Bunun nedeni, Beidou kartının mesaj gönderme sıklığını 60 saniyeyle sınırlandırmasıdır.
(2) İletişim fonksiyonu testi
"Alıcı Adresi" alanına makinenin 307577 numaralı kartını doldurun ve bu cihaza gönderilsin. Mesaj gönderme kutusuna "Merhaba, Beidou merhaba BD" yazın ve Şekil 7'de gösterildiği gibi "Beidou mesaj ekranı" kutusunda bilgileri alacaksınız. Aynı bilgiler gönderilir ve alınır, bu da mesaj gönderme ve alma RDSS işlevinin doğru şekilde uygulandığını gösterir.
(3) Cihaz mobil bilgi işlevi testi
Ekipmanın mobil verileri, Şekil 8'de gösterildiği gibi, Beidou uydusu tarafından kullanıcı terminal ekipmanına sürekli olarak gönderilir. Zamanlama, Pekin saatine, konumlandırma uydularının sayısına, görüntülenen uyduların sayısına, vb. Göredir ve alınan mesaj verileriyle tutarlıdır ve yer hızı ve yön dahil olmak üzere cihaz hareket bilgileri, RNSS mesaj analizi işlevinin doğru şekilde uygulandığını gösteren cihazın gerçek durumu ile tutarlıdır.
4. Sonuç
Yazılım sistemi, yazılım tasarımı için Windows Form çerçevesini ve çok parçacıklı eşzamanlılık teknolojisini benimser, her veri işleme akışının iş bölümünün makul şekilde planlanması ve veri işleme yükünün her bir parçaya makul bir şekilde dağıtılması. Gerçek test, yazılımın RDSS / RNSS'nin iki protokol mesajını güvenilir ve doğru bir şekilde kontrol edebildiğini, hızlı yanıt alabildiğini ve sonraki yazılım uygulama araştırmaları için temel oluşturabildiğini göstermektedir.
Referanslar
1 Huang Jianhua. Beidou RDSS mekanizması altında navigasyon haritası güncellemesinin varsayımı ve uygulaması J. Etüt ve Haritalama Bülteni, 2012 (5): 44-46,49.
[2] Wen Bin, Ning Zhiqiang, Chen Aiping ZigBee kablosuz ağ geçidinin tasarımı "Beidou Generation" J Telecommunications Technology, 2011, 51 (9): 92-95.
[3] Zhu Bingyu, Xiao Chunxian, Chen Yonghu ve diğerleri, Design of Intelligent Vehicle System J. Journal of Nankai University (Natural Science Edition), 2011, 44 (6): 14-17.
[4] Xue Yajuan, Chen Weifeng, Guo Yong, ve diğerleri C # .NET ortamında GPS OEM kart alıcısı veri çıkarma J Chengdu Bilgi Teknolojisi Üniversitesi Dergisi, 2006, 21 (5): 645648.
5 Lin Shuzhen, Yang Xiuzhi, Su Kaixiong, vb. Web J tabanlı lityum pil paketi yönetim sistemi Mikrobilgisayar ve Uygulama, 2015,34 (21): 21-23,33.
