水面无人艇是一种利用远程监控系统对船舶设备运行状况进行监视与管理的无人驾驶船舶,需要长时间在无人值守的环境下完成各种工作。为适应工作要求,无人艇需要搭载更多的传感器及设备以获取各类数据来支持水面上的自主航行和作业,因此所需要接入的传感器的数量及数据接口类型也越来越多。然而现有的船舶通信系统只提供船舶制造领域的一些标准设备接口,不能实现非标准设备数据的获取和应用。本文来源于水质监测无人艇的研发,针对上述问题,设计并实现了一个水面无人艇通信系统,该系统能获取多个不同类型接口的传感器数据,并在CAN总线上以NMEA2000报文的形式进行传输,然后借助无线通信手段与地面站建立通信连接,将数据上传至地面站同时接收地面站指令,实现地面站与无人艇的数据交互。本文所开展工作如下:一、查阅现有的无人艇及其数据通信的相关资料,在此基础上完成该水质参数监测无人艇通信系统的体系搭建,将系统分为用于底层设备间通信的设备通信网络和用于人为监控的船舶管理网络,并设计数据通道联系两个网络。二、设计本系统所使用的通信协议。设备通信网络以CAN协议为基础,并借鉴其高层协议NMEA2000的报文格式和动态地址分配,根据无人艇的数据需求设计水质参数等多种设备数据报文协议,解决了应用中获取多类型数据的要求;船舶管理网络建立起了船岸两端的无线连接,以TCP/IP模型为参考,在应用层设计用户数据协议,用于解决实际应用中用户的数据需求。三、基于协议的解读和设计,在设备通信网络中设计支持多类型接口数据接收、解析和封装的通用软硬件,使不同接口类型的设备及传感器能够在总线上互相收发数据。在船舶管理网络中建立基于Linux系统和UDP协议的船载服务器作为两个网络之间的数据通道,接收船舶的实时状态数据并上传至地面站,同时校验并转发地面站的指令到设备通信网络。四、根据系统的设计目标和实际的应用场景要求,对各部分功能进行测试,从测试结果中分析系统对数据的获取、处理和应用能力,最后将系统搭载在水质参数监测无人艇上进行实地测试,将地面站收到的参数数据与标定值进行比较,以此分析系统整体性能。