基于無線通信和雙模定位的小型漁場監(jiān)控報警系統(tǒng)研究

葉行遠

摘 要：監(jiān)控報警系統(tǒng)主要用于對工作范圍內各種設備的狀態(tài)實時監(jiān)控和必要警報，保證系統(tǒng)安全運行，因此研究監(jiān)控報警系統(tǒng)具有重要的意義。本文以休閑漁場內的船隊監(jiān)管問題為例，提出了一種面向小型漁場，采用無線通信和雙模定位的船隊監(jiān)控報警系統(tǒng)。通過設計和構建該系統(tǒng)的組成，給出其工作原理，實現(xiàn)了小型漁場內所有作業(yè)船只的有效監(jiān)控，以及告警和輔助救援功能，對提高船只安全性、促進休閑漁業(yè)的發(fā)展具有重要作用。

關鍵詞：監(jiān)控報警系統(tǒng)；小型漁場；無線通信；雙模定位

中圖分類號：TN949.28 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）01-0019-02

1 概述

隨著科學的發(fā)展和信息技術的進步，監(jiān)控報警系統(tǒng)一直不斷朝向智能化、模塊化、信息化升級。越來越多的領域迫切需要引入監(jiān)控報警系統(tǒng)，如船舶機艙等系統(tǒng)的監(jiān)控[1，2]。近年來，大量的休閑漁場快速興起。這類漁場一般近岸，面積不大，缺少有效的監(jiān)控手段，安全隱患巨大。傳統(tǒng)的網(wǎng)位儀只能與特定的船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）顯示設備互聯(lián)，不能針對漁場作業(yè)特點進行有針對性的監(jiān)控；而船用衛(wèi)星應急無線電示位標只能在緊急情況下起作用，不能進行常規(guī)位置監(jiān)測。

基于此，本文設計了一種基于無線通信和雙模定位的小型漁場監(jiān)控報警系統(tǒng)，全文主要結構如下：首先，基于多點監(jiān)控的特點，我們建立了含一監(jiān)控設備、多定位報警儀的主要系統(tǒng)，并對系統(tǒng)中的每一個單元的功能設計和組裝進行了詳細的介紹。同時，我們分別對各個單元內部的軟件工作流進行了自動化分析。最后，結合所設計的監(jiān)控報警系統(tǒng)，我們給出了整體的評價，分析了該系統(tǒng)的優(yōu)點和其局限性。

2 監(jiān)控警報系統(tǒng)的組成

整個監(jiān)控報警系統(tǒng)由若干定位報警儀和一個監(jiān)控設備組成，如圖1所示。我們將分別介紹定位報警儀和監(jiān)控設備的功能及設計。

其中，定位報警儀安裝在作業(yè)船只上，通過特高頻（UHF）無線信道將定位和航行信息定時上報監(jiān)測中心，如遇緊急情況可自動或手動報警。它的組成如圖1中放大圖所示。其中，控制單元采用低功耗單片機，通過串口與無線收發(fā)模塊、定位模塊和顯示單元連接，實時采集定位數(shù)據(jù)和設備狀態(tài)信息，按設定的時間間隔將數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控設備；落水檢測單元可快速檢測出設備落水情況，并通知控制單元發(fā)出報警信息；供電單元使用大容量鋰電池，確保24小時不間斷供電；浮體設計為不倒翁型，確保設備落水后天線部分出水；殼體設計為非金屬全密閉防水型[3，4]；無線收發(fā)模塊可采用EBYTE的E32-TTL-100型傳輸模塊，載波頻率433MHz，該頻段具有較好的繞射和抗衰減特性，較適合海面附近使用，頻點可調，發(fā)射功率1W，采用先進的LoRa擴頻技術，傳輸距離和穿透能力更強，可達約8公里；定位模塊采用北天的BN-280雙模定位模塊（GPS/北斗雙模定位），1Hz輸出，水平定位精度2米（CEP 2D RMS），可滿足海上作業(yè)定位精度要求[5]。

監(jiān)控設備是連接有無線收發(fā)模塊的工業(yè)一體機，安裝在漁場內的監(jiān)管船上，與作業(yè)船只間保持在通信可達的范圍內。它負責收集數(shù)據(jù)并圖形化顯示，當發(fā)現(xiàn)船舶越界或進入危險區(qū)域時發(fā)出告警信息。

3 監(jiān)控警報系統(tǒng)的工作原理

定位報警儀中的軟件工作流如圖2所示，無線收發(fā)控制模塊負責對無線模塊的控制和數(shù)據(jù)收發(fā)，數(shù)據(jù)經(jīng)過傳輸協(xié)議控制模塊進行打包或解析；定位數(shù)據(jù)接收模塊負責通過串口接收定位模塊的數(shù)據(jù)，通過報文解析模塊提取出所需要的位置信息、航行信息和時間信息；流程控制模塊負責整個軟件工作流控制，以中斷方式處理落水檢測和手動報警輸入，及時發(fā)送告警信息；狀態(tài)顯示模塊將設備狀態(tài)通過LED指示燈顯示，包括通信、定位、電量等狀態(tài)信息[3，4]。

定位報警儀中的處理流程如圖3所示，設備開機后進行初始化，并將無線模塊設置為默認信道，該信道用于對設備進行初始配置，配置信息包括信道號、地址、設備ID等，監(jiān)控設備應在5秒內進行配置應答，繼而進行設備的初始配置，如果無應答，設備將使用已有的配置信息，并將無線模塊設置為指定的信道，向監(jiān)控設備上報設備接入信息后進入主處理流程。主處理流程主要包括設備狀態(tài)處理、位置數(shù)據(jù)處理和監(jiān)控設備數(shù)據(jù)處理三個流程，采用分時并行模式，并實時上報數(shù)據(jù)和更新本地顯示；系統(tǒng)中還包含兩個任務中斷，落水檢測和手動報警。

監(jiān)控設備的軟件工作流如圖4所示，無線收發(fā)控制模塊和協(xié)議解析模塊負責處理無線通信數(shù)據(jù)；船只分布圖顯示用來展示漁場內各船只的位置和航速航向，并可通過點選進一步查看船只信息；設備配置模塊用來遠程查看和設置設備的配置信息；監(jiān)控報警模塊實時監(jiān)測船只航行狀態(tài)，對可能出現(xiàn)的危險情況給予聲光報警提示；數(shù)據(jù)記錄模塊負責長時間記錄所有船只的航行數(shù)據(jù)，可通過數(shù)據(jù)回放模塊還原過去的場景，可用于進行事故調查取證。

4 結語

綜上所述，本文提出的監(jiān)控報警系統(tǒng)可有效解決小型休閑漁場內船隊的監(jiān)控管理難題，通過采用特高頻（UHF）無線通信，GPS/北斗雙模定位，并設立監(jiān)控設備掌控全局狀態(tài)，實現(xiàn)了直徑約8公里范圍的漁場內作業(yè)船只的有效監(jiān)控。在該系統(tǒng)的設計方案中，硬件采用了模塊化、低成本、低功耗設計，適合在小型船只中大量使用。因此，該系統(tǒng)具有安裝方便，成本低廉，系統(tǒng)容量大等優(yōu)點，可滿足小型漁場內的船隊監(jiān)管問題，提高了船只作業(yè)的安全性，對于促進休閑漁業(yè)的發(fā)展具有重要作用。值的一提的是，由于該系統(tǒng)設計的工作范圍有限，且除定位信息外其他信息的監(jiān)控不夠充分，故此系統(tǒng)不適用于大型漁場或遠程航行的船只。

參考文獻

[1]劉傳峰.船舶機艙監(jiān)控報警系統(tǒng)軟件設計與實現(xiàn)[D].武漢理工大學，2014.

[2]李為.船舶機艙監(jiān)控報警系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].南京：南京理工大學，2010.

[3]鄭穎.常用移動定位技術的研究和應用[J].通信技術，2001（8）：79-81.

[4]孫巍，王行剛.移動定位技術綜述[J].電子技術應用，2003，29（6）：6-9.

[5]李快快，張東.一種433MHz無線傳感器網(wǎng)絡的設計與應用[J].信息技術，2014，38（1）： 131-134.endprint