漁船身份智能識(shí)別自助終端技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案

摘? 要：漁船身份智能識(shí)別自助終端設(shè)備是漁船身份識(shí)別系統(tǒng)重要的組成部分。在基于漁船身份智能識(shí)別自助終端的性能要求分析基礎(chǔ)上，從終端設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、有源電子標(biāo)簽頻率的選擇、設(shè)備調(diào)制方式的選擇、終端設(shè)備防死機(jī)方案設(shè)計(jì)、終端設(shè)備存儲(chǔ)容量的設(shè)定選擇、有源電子標(biāo)簽的省電模式及測(cè)試、電池性能測(cè)試七個(gè)角度，來探討如何設(shè)計(jì)出功能齊全，性能較為穩(wěn)定可靠的漁船終端技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案。產(chǎn)品方案經(jīng)過實(shí)際測(cè)試與應(yīng)用，基本滿足實(shí)際要求。

關(guān)鍵詞：漁船身份識(shí)別系統(tǒng);漁船自助識(shí)別終端;智能識(shí)別

中圖分類號(hào)：S972.7;TP391.4? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）20-0060-03

The Implementation Scheme of Self-service Terminal Technology for

Intelligent Identification of Fishing Boat

LI Wenming

（Fujian Chuanzheng Communications College，F(xiàn)uzhou? 350007，China）

Abstract：The intelligent identification self-service terminal for fishing boat identity is an important part of fishing vessel identification system. Based on the analysis of the performance requirements of the intelligent identification self-service terminal for fishing boat identity，this paper discusses the design from seven aspects：terminal equipment structure design，active electronic tag frequency selection，equipment modulation mode selection，terminal equipment anti-jamming scheme design，terminal equipment storage capacity setting and selection，power saving mode and test of active electronic tag，and battery performance test，aiming to form a fishing vessel terminal technology implementation scheme with complete functions and relatively stable and reliable performance. After the actual test and application，the product scheme basically meets the actual requirements.

Keywords：fishing vessel identification system;fishing boat self-service identification terminal;intelligent identification

0? 引? 言

為加強(qiáng)對(duì)漁船監(jiān)測(cè)識(shí)別，完善漁船監(jiān)控體系，提升漁船應(yīng)急管理以及海上漁政執(zhí)法水平，實(shí)行一條漁船一份證書，實(shí)現(xiàn)進(jìn)出港實(shí)時(shí)監(jiān)控以及臺(tái)風(fēng)預(yù)警提示，從而降低海上捕撈的事故風(fēng)險(xiǎn)，其中，利用漁船身份識(shí)別系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確識(shí)別漁船身份信息是關(guān)鍵。漁船終端設(shè)備是漁船身份識(shí)別系統(tǒng)重要的組成部分，研發(fā)出功能較為齊全、性能穩(wěn)定可靠的漁船終端設(shè)備是構(gòu)建完善的漁船身份識(shí)別系統(tǒng)的必然要求。[1]

1? 漁船身份智能識(shí)別自助終端的性能要求

作者與福建北斗星河通信有限公司的團(tuán)隊(duì)成員通過對(duì)漁業(yè)管理機(jī)構(gòu)及漁船生產(chǎn)作業(yè)的實(shí)際情況的調(diào)研，我們總結(jié)歸納出行業(yè)對(duì)漁船身份智能識(shí)別自助終端的要滿足以下性能要求：（1）無源標(biāo)簽?zāi)軌蛑С志C合執(zhí)法檢查數(shù)據(jù)采集;（2）有源標(biāo)簽?zāi)軌蛑С譂O船身份識(shí)別、港內(nèi)盤點(diǎn)、遠(yuǎn)程執(zhí)法，并要求電池使用壽命要達(dá)到5年;（3）超大容量存儲(chǔ)空間，位置航跡不間斷記錄，保存1年以上;（4）GPRS/3G/4G模塊，支持電話、SOS一鍵呼叫、船舶數(shù)據(jù)自動(dòng)回傳接收;（5）北斗/GPS雙模定位，實(shí)時(shí)上報(bào)位置信息;（6）中英文通知信息接收，語音消息提示;（7）7寸觸摸大屏，顯示漁船基礎(chǔ)檔案信息，支持網(wǎng)絡(luò)查詢和預(yù)約功能，非工作時(shí)段顯示媽祖屏保;（8）FM收音模塊，支持調(diào)頻收音功能;（9）具備船電和內(nèi)置鋰電池兩種供電方式，獨(dú)立鋰電池可連續(xù)工作半年以上（自動(dòng)關(guān)閉部分功能）;（10）保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，能夠有效防止死機(jī)現(xiàn)象的發(fā)生。

團(tuán)隊(duì)主要依據(jù)用戶的需求，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，并開展產(chǎn)品方案的應(yīng)用核驗(yàn)，后對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的進(jìn)一步完善。[2]

2? 漁船身份識(shí)別系統(tǒng)中漁船終端設(shè)備技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案

2.1? 漁船終端設(shè)備原理架構(gòu)

如圖1所示，從漁船終端設(shè)備原理框圖可以看出，其最重要的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是采用雙CPU設(shè)計(jì)方案，不同CPU負(fù)責(zé)不同的任務(wù)。CPU1負(fù)責(zé)外部電源檢測(cè)與防拆檢測(cè)、電池及電源管理、FM收音、電量檢測(cè)芯片、STC32及存儲(chǔ)CPU、GSM/GRPS天線。CPU2負(fù)責(zé)7寸顯示屏、語音播放器、CMOS攝像頭、身份證閱讀、6410CPU、數(shù)字船檢獨(dú)立IC卡。兩個(gè)CPU獨(dú)立運(yùn)行，同時(shí)之間有?；钚奶鴪?bào)文通信，確保有任一CPU工作異常，能被另一CPU感知，對(duì)其熱（冷）重啟，進(jìn)而從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度保障系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性。[3-5]

2.2? 有源RFID使用頻率的選擇

在決定有源RFID使用的頻率時(shí)，主要考慮所選頻率的帶寬情況、頻段的擁擠度，以及與移動(dòng)通信的和其他通信設(shè)備如車載臺(tái)、對(duì)講機(jī)、各種數(shù)傳電臺(tái)相互干擾問題。400 MHz、800 MHz、900 MHz超高頻系統(tǒng)存在帶寬較窄，并且用戶較多，頻段擁擠不堪，存在較嚴(yán)重干擾問題;433 MHz又被車載電臺(tái)、對(duì)講設(shè)備、許多數(shù)傳電臺(tái)用作為工作頻率;800 MHz～900 MHz這個(gè)頻段又與移動(dòng)通信形成彼此干擾;此外5.8 GHz系統(tǒng)對(duì)技術(shù)性要求較高，技術(shù)需要進(jìn)一步完善，現(xiàn)有的芯片通信只能實(shí)現(xiàn)近距離通信，還存在功耗較大以及成本難以接受的問題。UWB技術(shù)也存在類似問題，而且在有的國(guó)家還在一定程度上限制其使用;通過對(duì)各頻段的選擇對(duì)比，2.4 GHz存在技術(shù)成熟，成本較低的優(yōu)點(diǎn)，作為射頻標(biāo)簽使用通信速率足以滿足要求。因?yàn)樵擃l段規(guī)劃管理較好，且通常都是新的產(chǎn)品，使用了跳頻或擴(kuò)頻新技術(shù)，所以雖然該頻段用戶較多，彼此間兼容性較好。有源RFID使用的頻率選擇2.4 GHz，比較理想。[6，7]

2.3? 設(shè)備調(diào)制方式的選擇

從通信系統(tǒng)的抗干擾性能及其通信距離兩個(gè)因素考量，我們選擇的調(diào)制方式為直序擴(kuò)頻通信方式（DSSS）。DSSS即使系統(tǒng)出現(xiàn)一個(gè)或若干個(gè)頻點(diǎn)上被干擾到，系統(tǒng)也可使用通信碼片間的相關(guān)關(guān)系技術(shù)，來恢復(fù)被干擾部分的信號(hào)，從而達(dá)到抵抗環(huán)境噪聲干擾的效果，也就是系統(tǒng)存在抗干擾的能力較強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)它又存在很難干擾到別的通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，這是由于擴(kuò)頻系統(tǒng)工作在較寬的一個(gè)頻帶上，在每一個(gè)工作頻點(diǎn)上的發(fā)射能量很小的緣故。DSSS的系統(tǒng)可利用擴(kuò)頻增益技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)的通信距離。

2.4? 終端設(shè)備防死機(jī)方案設(shè)計(jì)

為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定，終端設(shè)備防死機(jī)方案為：（1）硬件設(shè)計(jì)上加裝電源監(jiān)控芯片，保證電源電壓高于工作臨界電壓才啟動(dòng)系統(tǒng)，保證電源電壓低于工作臨界電壓不工作，防止程序跑飛。應(yīng)對(duì)的場(chǎng)景主要是應(yīng)對(duì)內(nèi)置鋰電池有電、沒電之間的切換;（2）采用雙CPU設(shè)計(jì)方案，不同CPU負(fù)責(zé)不同的任務(wù)，且之間有?；钚奶鴪?bào)文通信，確保有任一CPU工作異常，能被另一CPU感知，對(duì)其熱（冷）重啟。應(yīng)對(duì)的場(chǎng)景主要為應(yīng)對(duì)無船電時(shí)，設(shè)備依然能以較低功耗繼續(xù)工作，有船電時(shí)，能開啟更多的自助多媒體功能;（3）雙CPU均帶有硬件看門狗電路，當(dāng)軟件異常時(shí)，沒有按要求正常喂狗，則硬件自動(dòng)重啟，軟件重新啟動(dòng)正常工作。應(yīng)對(duì)的場(chǎng)景是連續(xù)不斷電工作過程。

2.5? 終端設(shè)備存儲(chǔ)容量的設(shè)定選擇

為分析核算航行軌跡存儲(chǔ)容量，我們首先設(shè)置定位信息字節(jié)數(shù)總數(shù)為16字節(jié)，各類數(shù)據(jù)信息分配的字節(jié)數(shù)如表1所示。

接著計(jì)算終端設(shè)備一年所需存儲(chǔ)容量如表2所示。

最后我們決定選用的存儲(chǔ)器容量為128 MB，可以滿足系統(tǒng)工作要求。

2.6? 有源電子標(biāo)簽的功耗分析

為實(shí)現(xiàn)有源電子標(biāo)簽?zāi)鼙３钟行Чぷ髑疤嵯?，同時(shí)滿足省電要求，我們把其工作模式設(shè)計(jì)為被動(dòng)式發(fā)射，也就是喚醒才發(fā)射，平時(shí)處于間隙監(jiān)聽狀態(tài)。為了增加標(biāo)簽的喚醒距離，在硬件設(shè)計(jì)上，基站要加大發(fā)射功率和提升監(jiān)聽增益。[8]另外我們選擇型號(hào)為ER34615鋰亞硫酰氯電池，容量為19 Ah。

我們選用ATmega88PA主芯片，其使用手冊(cè)提供參數(shù)為：在休眠模式下的電流是4 μA。

選用CYRF6936射頻芯片，其使用手冊(cè)提供參數(shù)為：在休眠模式時(shí)的電流為小于1 μA，發(fā)射電流為34.1 mA，接收電流為21.2 mA。

為了得到實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，我們利用儀表設(shè)備采用如下電流測(cè)試方法：（1）靜態(tài)電流：直接串聯(lián)萬用表，萬用表打到電流2 mA檔位，測(cè)試靜態(tài)電流5 μA;（2）發(fā)射電流：串聯(lián)10 Ω電阻，使用示波器的測(cè)量10 Ω電阻兩端的電壓波形，折算電流為35 mA。利用相同的測(cè)試方法，測(cè)試接收電流為25 mA。終端設(shè)備的功耗的計(jì)算分析數(shù)據(jù)如表3所示。

根據(jù)表3計(jì)算分析結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)所選用電池電量滿足漁船終端設(shè)備工作10年以上所需要的功耗。

2.7? 電池測(cè)試性能測(cè)試

循環(huán)壽命是電池的重要參數(shù)，也是評(píng)價(jià)電池性能的重要標(biāo)準(zhǔn)。[9]為了解所選用鋰亞硫酰氯電池（ER34615）的性能，我們需要測(cè)試其循環(huán)壽命。通過測(cè)試，其循環(huán)壽命曲線如圖2所示。

從循環(huán)壽命曲線，我們發(fā)現(xiàn)在500次的充放電次數(shù)后，所選用電池剩余容量為額定容量的80%，滿足壽命要求。

3? 產(chǎn)品的方案在福建漁船身份自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)項(xiàng)目中的驗(yàn)證

福建省海域面積13.63萬平方千米，漁港群遍布沿海各地市。登記注冊(cè)的海洋漁船多達(dá)58 420艘，不同大小漁港一共有245座，其中，中心港9座，一級(jí)漁港13座，二級(jí)漁港39座，三級(jí)及以下漁港184座。漁港分布比較分散，漁港監(jiān)督機(jī)構(gòu)人員配備不足，缺乏現(xiàn)代化管理手段，對(duì)漁船的監(jiān)督管理處于疲于應(yīng)付的局面，為了有效解決對(duì)漁船的安全監(jiān)管問題，全省七個(gè)漁港建設(shè)漁船進(jìn)出港身份識(shí)別系統(tǒng)一套。作者與福建北斗星河通信有限公司的團(tuán)隊(duì)成員把所設(shè)計(jì)的如圖3所示的漁船身份智能識(shí)別自助終端在石獅市祥芝鎮(zhèn)等地漁港的漁船上安裝并進(jìn)行了測(cè)試與應(yīng)用。

該終端實(shí)驗(yàn)及反饋情況良好，終端設(shè)備沒有出現(xiàn)死機(jī)情況，存儲(chǔ)器容量滿足系統(tǒng)工作要求，通信距離較遠(yuǎn)，同時(shí)終端滿足省電要求，由于海上氣溫變化與空氣濕度較大，與電池在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試環(huán)境存在差異，有個(gè)別漁船反應(yīng)電池的壽命不夠長(zhǎng)的問題，需要做進(jìn)一步的改進(jìn)。

4? 結(jié)? 論

基于對(duì)漁業(yè)管理機(jī)構(gòu)及漁船生產(chǎn)作業(yè)的實(shí)際需求調(diào)研而制定的漁船身份智能識(shí)別自助終端技術(shù)方案，通過所開發(fā)的產(chǎn)品的應(yīng)用驗(yàn)證，表明方案基本滿足功能與穩(wěn)定性設(shè)計(jì)要求。由于產(chǎn)品在海上使用環(huán)境復(fù)雜以及產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展，需要收取更多的反饋，并對(duì)方案做進(jìn)一步的改進(jìn)。

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作者簡(jiǎn)介：李文明（1981.12—），男，漢族，福建福州人，講師，碩士研究生，研究方向：航海儀器船舶安全管理。