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基于无线通信和双模定位的小型渔场监控报警系统研究

发布时间:2019-01-06 09:05:04 文章来源:未来智讯    

叶行远

摘 要:监控报警系统主要用于对工作范围内各种设备的状态实时监控和必要警报,保证系统安全运行,因此研究监控报警系统具有重要的意义。本文以休闲渔场内的船队监管问题为例,提出了一种面向小型渔场,采用无线通信和双模定位的船队监控报警系统。通过设计和构建该系统的组成,给出其工作原理,实现了小型渔场内所有作业船只的有效监控,以及告警和辅助救援功能,对提高船只安全性、促进休闲渔业的发展具有重要作用。

关键词:监控报警系统;小型渔场;无线通信;双模定位

中图分类号:TN949.28 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2018)01-0019-02

1 概述

随着科学的发展和信息技术的进步,监控报警系统一直不断朝向智能化、模块化、信息化升级。越来越多的领域迫切需要引入监控报警系统,如船舶机舱等系统的监控[1,2]。近年来,大量的休闲渔场快速兴起。这类渔场一般近岸,面积不大,缺少有效的监控手段,安全隐患巨大。传统的网位仪只能与特定的船舶自动识别系统(AIS)显示设备互联,不能针对渔场作业特点进行有针对性的监控;而船用卫星应急无线电示位标只能在紧急情况下起作用,不能进行常规位置监测。

基于此,本文设计了一种基于无线通信和双模定位的小型渔场监控报警系统,全文主要结构如下:首先,基于多点监控的特点,我们建立了含一监控设备、多定位报警仪的主要系统,并对系统中的每一个单元的功能设计和组装进行了详细的介绍。同时,我们分别对各个单元内部的软件工作流进行了自动化分析。最后,结合所设计的监控报警系统,我们给出了整体的评价,分析了该系统的优点和其局限性。

2 監控警报系统的组成

整个监控报警系统由若干定位报警仪和一个监控设备组成,如图1所示。我们将分别介绍定位报警仪和监控设备的功能及设计。

其中,定位报警仪安装在作业船只上,通过特高频(UHF)无线信道将定位和航行信息定时上报监测中心,如遇紧急情况可自动或手动报警。它的组成如图1中放大图所示。其中,控制单元采用低功耗单片机,通过串口与无线收发模块、定位模块和显示单元连接,实时采集定位数据和设备状态信息,按设定的时间间隔将数据传送给监控设备;落水检测单元可快速检测出设备落水情况,并通知控制单元发出报警信息;供电单元使用大容量锂电池,确保24小时不间断供电;浮体设计为不倒翁型,确保设备落水后天线部分出水;壳体设计为非金属全密闭防水型[3,4];无线收发模块可采用EBYTE的E32-TTL-100型传输模块,载波频率433MHz,该频段具有较好的绕射和抗衰减特性,较适合海面附近使用,频点可调,发射功率1W,采用先进的LoRa扩频技术,传输距离和穿透能力更强,可达约8公里;定位模块采用北天的BN-280双模定位模块(GPS/北斗双模定位),1Hz输出,水平定位精度2米(CEP 2D RMS),可满足海上作业定位精度要求[5]。

监控设备是连接有无线收发模块的工业一体机,安装在渔场内的监管船上,与作业船只间保持在通信可达的范围内。它负责收集数据并图形化显示,当发现船舶越界或进入危险区域时发出告警信息。

3 监控警报系统的工作原理

定位报警仪中的软件工作流如图2所示,无线收发控制模块负责对无线模块的控制和数据收发,数据经过传输协议控制模块进行打包或解析;定位数据接收模块负责通过串口接收定位模块的数据,通过报文解析模块提取出所需要的位置信息、航行信息和时间信息;流程控制模块负责整个软件工作流控制,以中断方式处理落水检测和手动报警输入,及时发送告警信息;状态显示模块将设备状态通过LED指示灯显示,包括通信、定位、电量等状态信息[3,4]。

定位报警仪中的处理流程如图3所示,设备开机后进行初始化,并将无线模块设置为默认信道,该信道用于对设备进行初始配置,配置信息包括信道号、地址、设备ID等,监控设备应在5秒内进行配置应答,继而进行设备的初始配置,如果无应答,设备将使用已有的配置信息,并将无线模块设置为指定的信道,向监控设备上报设备接入信息后进入主处理流程。主处理流程主要包括设备状态处理、位置数据处理和监控设备数据处理三个流程,采用分时并行模式,并实时上报数据和更新本地显示;系统中还包含两个任务中断,落水检测和手动报警。

监控设备的软件工作流如图4所示,无线收发控制模块和协议解析模块负责处理无线通信数据;船只分布图显示用来展示渔场内各船只的位置和航速航向,并可通过点选进一步查看船只信息;设备配置模块用来远程查看和设置设备的配置信息;监控报警模块实时监测船只航行状态,对可能出现的危险情况给予声光报警提示;数据记录模块负责长时间记录所有船只的航行数据,可通过数据回放模块还原过去的场景,可用于进行事故调查取证。

4 结语

综上所述,本文提出的监控报警系统可有效解决小型休闲渔场内船队的监控管理难题,通过采用特高频(UHF)无线通信,GPS/北斗双模定位,并设立监控设备掌控全局状态,实现了直径约8公里范围的渔场内作业船只的有效监控。在该系统的设计方案中,硬件采用了模块化、低成本、低功耗设计,适合在小型船只中大量使用。因此,该系统具有安装方便,成本低廉,系统容量大等优点,可满足小型渔场内的船队监管问题,提高了船只作业的安全性,对于促进休闲渔业的发展具有重要作用。值的一提的是,由于该系统设计的工作范围有限,且除定位信息外其他信息的监控不够充分,故此系统不适用于大型渔场或远程航行的船只。

参考文献

[1]刘传峰.船舶机舱监控报警系统软件设计与实现[D].武汉理工大学,2014.

[2]李为.船舶机舱监控报警系统设计与实现[D].南京:南京理工大学,2010.

[3]郑颖.常用移动定位技术的研究和应用[J].通信技术,2001(8):79-81.

[4]孙巍,王行刚.移动定位技术综述[J].电子技术应用,2003,29(6):6-9.

[5]李快快,张东.一种433MHz无线传感器网络的设计与应用[J].信息技术,2014,38(1): 131-134.endprint

中国科技纵横 2018年1期

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