基于GPRS網絡的船舶數據傳輸裝置設計探討

馬仁政

摘 要：本文給出了基于GPRS網絡的船舶數據傳輸裝置整體設計方案，從硬件設計與數據傳輸設計兩個角度，對具體設計方法進行了研究與概括，并強調了設計過程中的注意事項，僅供參考。

關鍵詞：GPRS網絡；船舶數據傳輸裝置；設計

船舶需長期出海，相對與陸上區域而言，數據傳輸便利性不足，解決數據傳輸問題，一直是有關領域關注的重點。將無線GPRS網絡應用到船舶數據傳輸問題的解決過程中，建立數據傳輸裝置，可有效降低船舶數據傳輸的成本，提高數據傳輸的穩定性水平，具有較高的應用價值。

1 基于GPRS網絡的船舶數據傳輸裝置設計方案

在GPRS網絡的支持下，可采用STM32作為主要控制器，同時對數據收發模塊進行設計，使各部分功能能夠統一發揮，以保證船舶數據傳輸可正常實現[1]。GPRS網絡在船舶數據傳輸中的應用，要求以TCP/IP協議為基礎來實現，需將多種類型的數據信息，全部存儲于TCP/IP中，提高數據與信息存儲的可靠性。在利用GPRS網絡的基礎上，將數據與陸基服務器之間建立聯系，使其可通過Internet實現對數據的傳輸，能夠有效解決當前船舶數據傳輸過程中穩定性差的問題[2]。

2 基于GPRS網絡的船舶數據傳輸裝置設計

從硬件的設計與數據傳輸的設計方向入手，全面闡述了基于GPRS網絡的船舶數據傳輸裝置的設計過程。

2.1 硬件設計

2.1.1 硬件的結構設計

基于GPRS網絡的船舶數據傳輸裝置的硬件，主要由三大部分所構成，即電源模塊、通信模塊、微處理器。在通信模塊與微處理器之間，由RS232模塊連接。微處理器模塊下，包括數據采集單元、數據存儲單元、JIAG調試接口3個部分。在上述部分中，通信模塊以SIM900A為主，微處理器以STM32F107VC為主。

2.1.2 微處理器的設計

微處理器可實現數據的采集以及存儲等功能，是數據傳輸裝置中的主要數據處理單元。在設計過程中，需選擇在運行速度以及功耗方面均具有優勢的硬件來使用，需保證運行速度較高，同時與其他硬件相比，在相同運行速度下，功耗更低。為進一步提高微處理器的數據處理效果，采用硬件除法等方法，對其進行了優化設計，使得其數據處理功能得到了提升。

在微處理器設計過程中，對電路的設計屬于重點問題：（1）串口電路的設計：在船舶數據傳輸裝置中，串口電路的功能主要在于為數據的傳輸提供便利條件，為確保數據收發快速、準確且穩定，可將隔離性收發器應用到串口電路的設計過程中，進一步提高船舶的通信效率，改善其通信效果。（2）加速度計電路：船舶出海時所面臨的復雜環境，是導致數據傳輸穩定性差的主要原因。加速度計電路的設計目的，正在于解決上述問題?？刹捎肁DXL 345芯片，用于具體設計過程中，使數據的傳輸以及通信過程的實現。該種設計方法能夠適應更大的船舶加速度范圍，可有效提高船舶通信的穩定性水平。（3）存儲電路的設計：船舶出海后，距離海岸越遠，通信效果便越差，一旦超出了一定的范圍，網絡連接便很難實現，數據很容易丟失。存儲電路的功能，便在于實現對數據的存儲，以避免受船舶網絡通信效果差的影響，而導致數據丟失問題發生。

2.1.3 通信模塊設計

可采用CPRS作為主要傳輸網絡，保證船舶通信可有效實現。本文以SIM900作為主要通信模塊，對船舶數據傳輸裝置的硬件系統進行了設計，相對于其他模塊而言，SIM900在無線傳輸速率方面具有較高的優勢，可為軟件設計奠定基礎，降低軟件設計難度。

2.1.4 電路設計

將主控芯片的電壓設置為3.3V，將通信芯片的電壓設置為4V，降低了硬件工作所需要的電壓水平，可確保船舶通信能夠在低電壓的情況下更好的實現。

2.2 數據傳輸設計

為使船舶數據傳輸能夠更好的實現，建立數據傳輸通道十分必要。

2.2.1 建立連接

可通過發送AT指令的方法，保證船舶的網絡連接可有效建立。通常情況下，AT指令一般由AT+命令字符所構成，在船舶數據傳輸過程中，指令的構成情況主要包括以下幾種：（1）AT+CPIN？。該指令的功能在于實現對PIN碼的查詢，與SIM卡的通信狀態有關。可通過對指令的返回情況，判斷SIM卡是否能夠正常使用。如返回，則代表可正常使用，如未返回則否。（2）AT+CIPMUX=0。該指令同樣屬于AT常見指令的一種，功能在于實現對鏈接模式的設置，對于船舶通信而言，單鏈接模式最為適宜，因此可通過該指令，將鏈接模式設置為單鏈接。

在應用AT指令的前提下，船舶便能夠實現與網絡的連接，進而使數據傳輸成為可能。

2.2.2 斷開重新連接

受船舶航行條件的影響，數據連接很容易斷開，此時，在網絡恢復的情況下，自動重新連接數據尤為重要。在AT指令中，存在AT+CIPSTART的形式，該形式的功能便在于實現數據的重新連接，該指令發出后，根據是否可重新連接，可返回兩種指令，可將返回的指令，寫入到串口之中，并讀取返回值，進而判斷是否能夠重新連接數據。

3 注意事項

船舶長期在海上航行，通信環境不確定，如通信無法順利實現，數據無法有效傳輸，很容易影響船舶以及人員的安全，因此，必須在固定時間對相關硬件加以維護，保證其功能可正常實現，以提高船舶通信質量，確保船舶安全。

4 結論

綜上所述，應在借助GPRS網絡的基礎上，對船舶數據傳輸的硬件進行設計，同時保證網絡的連接可正常實現，以提高船舶數據傳輸速度，提高其通信質量，保證船舶通信能夠達到更加穩定的水平。

參考文獻

[1]楊志豪，陳鳳英，陶則旭，等.基于GPRS網絡數據流量控制的四軸無人機的操作系統[J].電子世界，2016，（10）：188，190.

[2]吳杰，陳永冰，鐘斌，等.基于GPRS網絡的船舶數據傳輸裝置設計[J].船電技術，2015，（11）：55-59.

（作者單位：四川省成都理工大學）