王中旺+高陳亮+馬豪陽+姚齊國

摘 要： 針對中小型船舶安全性問題，設(shè)計了船舶走錨異地監(jiān)視系統(tǒng)，包括硬件和軟件兩部分，以實現(xiàn)最基本的船舶走錨報警功能。系統(tǒng)硬件包括信號采集端和接收端，其中船舶信號采集端通過GPS模塊讀取自身經(jīng)緯度信號，由51單片機判斷其距離，經(jīng)GSM模塊發(fā)送警告到用戶手機端。其中GPS和GSM模塊使用現(xiàn)成產(chǎn)品，51單片機處理程序和電路板自行設(shè)計。

關(guān)鍵詞：走錨監(jiān)測 遠程控制 嵌入式系統(tǒng)

我國海域錨地眾多，但是船舶走錨監(jiān)測技術(shù)相對落后。由此帶來的船舶走錨問題較為嚴峻。尤其是在臺風登陸以及某些惡劣天氣條件時，船舶走錨的可能性和危險系數(shù)都相應(yīng)增大。各種安全事故例如撞船，撞橋更容易發(fā)生。本次設(shè)計著眼于個體，基于成本的考慮，著力將功能簡化。在所設(shè)計的系統(tǒng)中，每個個體都是一個監(jiān)測端，用于單一船舶的異地走錨監(jiān)測。整體趨于簡潔而不失實用，是一種力求簡單的解決辦法。同時，系統(tǒng)采取模塊化設(shè)計，從軟件和硬件兩方面都能做到獨立調(diào)試，讓整套裝置的實現(xiàn)能夠循序漸進。

船舶走錨異地監(jiān)視系統(tǒng)的組成

系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

在該系統(tǒng)中，設(shè)備端和用戶端被GSM網(wǎng)絡(luò)分成兩大部分。用戶端以手機接收短信，由于目前大部分人都已經(jīng)擁有一部或者多部手機，故此處的成本將會省去。設(shè)備端以51單片機為主控電路，控制GPS模塊接收經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，控制GSM模塊以在需要的時候能夠發(fā)送短信到手機端，同時，主控電路完成數(shù)據(jù)處理和計算功能。

1、硬件構(gòu)成

系統(tǒng)硬件主要有五個部分，分別是印制電路板，51單片機，SIM900A GSM模塊，GPS模塊，鋰電池，如圖2所示。印制電路板通過感光藍油法制作，拋去熱轉(zhuǎn)印所需要的儀器，能使電路板精度更高，但是本電路要求不是太高，故差別不大。51單片機插于電路板上的插槽，這對程序調(diào)試帶來較大方便，但是如若作為成品出產(chǎn)，則留下隱患。SIM900A和GPS 模塊可以用熱熔膠直接固定，固定效果很不錯。至于鋰電池，為了適應(yīng)GSM模塊對于瞬間大電流的要求，鋰電池的最大電流必須達到2A，電壓則只要標準的3.7v即可。

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

2、軟件構(gòu)成

軟件的構(gòu)成也是基于模塊化思想的。對于GPS模塊來說，其啟動完成并接收到一定的衛(wèi)星信號，就會輸出字符串，以$為開始符號，以“，”為定界符，由此便能夠依據(jù)“，”來獲取數(shù)據(jù)。獲取到的數(shù)據(jù)存于一個名為GPS的結(jié)構(gòu)體中，依次賦值。并且把該結(jié)構(gòu)體聲明為全局變量，方面在main（）函數(shù)文件中使用。關(guān)于GSM，需要了解AT指令，將對應(yīng)的字符指令同過串口輸出到GSM模塊引腳就能使用固定的功能，在軟件的具體實現(xiàn)中，由于GPS是同過定時器終端來獲取數(shù)據(jù)的，故如果要使用GSM模塊，需要重置波特率，發(fā)送AT指令，這段實踐GPS的信號無法獲取，直到波特率再次重置。在單片機主程序中，使用while語句不斷調(diào)用接收GPS信號的函數(shù)，從而將數(shù)據(jù)填充到GPS結(jié)構(gòu)體中。同時，一旦數(shù)據(jù)有效，則記錄當前經(jīng)緯度，作為初始比較值。然后通過判斷當前經(jīng)緯度和初始經(jīng)緯度的差，經(jīng)過處理，便能得到距離值，一旦距離值超過某個數(shù)值，則觸發(fā)GSM發(fā)送函數(shù)。

主程序大致如下：

While（1）{

GET_INFO（）；//獲取gps信息，信息存放于GPS這個結(jié)構(gòu)體，結(jié)構(gòu)體在此文件申明，在GPS.H里面定義

if（GPS.NS=='N' ） {

if（jljw==1）{

latt1=GPS.latitude_Second；

lngg1=GPS.longitude_Second；

jljw=2；

}

}

//以上if里面的語句，用以在開機并且gps正常工作后，記錄一次經(jīng)度和緯度

if（distance1 >15） {

distance1= 600-distance1 ；

}

if（distance2 >15） {

distance2= 600-distance2 ；

}

term= （int）sqrt（distance1*distance1+distance2*distance2）

//此處用粗略的算法算出經(jīng)緯度差值的平方和，結(jié)合實際測試時的距離顯示，能夠粗略了解移動距離和該值的關(guān)系。

if （（term >3） && （term <10））{ //通過改判斷條件，確定是否發(fā)送短信。

if（1）{ //GPS.NS=='N'

if（send_one==1）{

Uart_init1（）； //gsm中斷

send_flag=1；

sendmeg（）；

Uart_Init（）； //gps中斷

send_flag=0；

send_one=2；

}

}

測試結(jié)果

在完成上述船舶走錨異地監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計后，我們小組于2014年6月5號到10號在學校進行了3次測試和調(diào)試。

第一次發(fā)現(xiàn)電路板的大電流走線部分未設(shè)置好，導(dǎo)致GSM模塊很難正常運行。第二次調(diào)試時，由于在原有電路板上進行了修改，電源部分調(diào)試通過。但是發(fā)現(xiàn)信號接收過慢，但是這個問題只是在啟動時出現(xiàn)，不影響使用。另外一個問題是有一定的概率在自己還未移動時便會發(fā)送短信給用戶，一旦出現(xiàn)此問題，只能重啟。重啟完成后若正常運行，則可以完成5到15米間的精度控制，即最少偏移5米，最大偏移15米，GSM信號能夠給用戶發(fā)送預(yù)警短信。此處的偏移并未加上GSM的響應(yīng)時間5秒。

結(jié)語

本系統(tǒng)最大特色是成本較低，如若批量生產(chǎn)，可以更低。至此，一個面向中小型漁船的船舶走錨監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計完成，將使?jié)O民能夠方便地監(jiān)管自己的船舶。本系統(tǒng)仍然有許多有待改進之處，但是從不同視角將漁船監(jiān)控付諸實踐，是對監(jiān)測系統(tǒng)的一種補充。

參考文獻：

[1]劉廣寶.淺析船舶走錨后的漂移速度[J].天津航海，2009，22（2）：17-19.

[2]劉濤.淺談船舶的走錨事故[C].中國航海科技優(yōu)秀論文集，2010：19-31.

[3]楊林家，楊佐昌.船舶走錨預(yù)警系統(tǒng) [J].大連海事大學學報，2005，31（2）：29-32.

[4]劉玉良，周佐諭.船舶錨泊可視化遠程測控系統(tǒng)設(shè)計[J].自動化與儀表儀器，2012，23（3）：74-75.

[5]彭國均，虞金仁，黃金焰.中國海監(jiān)船舶導(dǎo)航與監(jiān)控系統(tǒng)的研究[J].海洋開發(fā)與管理，2006，17（4）：64-69.

[6]樓苗然.51系列單片機原理及設(shè)計實例[M].北京：航空航天大學出版社，2010.

基金項目： 浙江省大學生科技創(chuàng)新活動計劃（新苗人才計劃）項目（2014R411014）.

（作者單位：浙江海洋學院）endprint

摘 要： 針對中小型船舶安全性問題，設(shè)計了船舶走錨異地監(jiān)視系統(tǒng)，包括硬件和軟件兩部分，以實現(xiàn)最基本的船舶走錨報警功能。系統(tǒng)硬件包括信號采集端和接收端，其中船舶信號采集端通過GPS模塊讀取自身經(jīng)緯度信號，由51單片機判斷其距離，經(jīng)GSM模塊發(fā)送警告到用戶手機端。其中GPS和GSM模塊使用現(xiàn)成產(chǎn)品，51單片機處理程序和電路板自行設(shè)計。

關(guān)鍵詞：走錨監(jiān)測 遠程控制 嵌入式系統(tǒng)

我國海域錨地眾多，但是船舶走錨監(jiān)測技術(shù)相對落后。由此帶來的船舶走錨問題較為嚴峻。尤其是在臺風登陸以及某些惡劣天氣條件時，船舶走錨的可能性和危險系數(shù)都相應(yīng)增大。各種安全事故例如撞船，撞橋更容易發(fā)生。本次設(shè)計著眼于個體，基于成本的考慮，著力將功能簡化。在所設(shè)計的系統(tǒng)中，每個個體都是一個監(jiān)測端，用于單一船舶的異地走錨監(jiān)測。整體趨于簡潔而不失實用，是一種力求簡單的解決辦法。同時，系統(tǒng)采取模塊化設(shè)計，從軟件和硬件兩方面都能做到獨立調(diào)試，讓整套裝置的實現(xiàn)能夠循序漸進。

船舶走錨異地監(jiān)視系統(tǒng)的組成

系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

在該系統(tǒng)中，設(shè)備端和用戶端被GSM網(wǎng)絡(luò)分成兩大部分。用戶端以手機接收短信，由于目前大部分人都已經(jīng)擁有一部或者多部手機，故此處的成本將會省去。設(shè)備端以51單片機為主控電路，控制GPS模塊接收經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，控制GSM模塊以在需要的時候能夠發(fā)送短信到手機端，同時，主控電路完成數(shù)據(jù)處理和計算功能。

1、硬件構(gòu)成

系統(tǒng)硬件主要有五個部分，分別是印制電路板，51單片機，SIM900A GSM模塊，GPS模塊，鋰電池，如圖2所示。印制電路板通過感光藍油法制作，拋去熱轉(zhuǎn)印所需要的儀器，能使電路板精度更高，但是本電路要求不是太高，故差別不大。51單片機插于電路板上的插槽，這對程序調(diào)試帶來較大方便，但是如若作為成品出產(chǎn)，則留下隱患。SIM900A和GPS 模塊可以用熱熔膠直接固定，固定效果很不錯。至于鋰電池，為了適應(yīng)GSM模塊對于瞬間大電流的要求，鋰電池的最大電流必須達到2A，電壓則只要標準的3.7v即可。

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

2、軟件構(gòu)成

軟件的構(gòu)成也是基于模塊化思想的。對于GPS模塊來說，其啟動完成并接收到一定的衛(wèi)星信號，就會輸出字符串，以$為開始符號，以“，”為定界符，由此便能夠依據(jù)“，”來獲取數(shù)據(jù)。獲取到的數(shù)據(jù)存于一個名為GPS的結(jié)構(gòu)體中，依次賦值。并且把該結(jié)構(gòu)體聲明為全局變量，方面在main（）函數(shù)文件中使用。關(guān)于GSM，需要了解AT指令，將對應(yīng)的字符指令同過串口輸出到GSM模塊引腳就能使用固定的功能，在軟件的具體實現(xiàn)中，由于GPS是同過定時器終端來獲取數(shù)據(jù)的，故如果要使用GSM模塊，需要重置波特率，發(fā)送AT指令，這段實踐GPS的信號無法獲取，直到波特率再次重置。在單片機主程序中，使用while語句不斷調(diào)用接收GPS信號的函數(shù)，從而將數(shù)據(jù)填充到GPS結(jié)構(gòu)體中。同時，一旦數(shù)據(jù)有效，則記錄當前經(jīng)緯度，作為初始比較值。然后通過判斷當前經(jīng)緯度和初始經(jīng)緯度的差，經(jīng)過處理，便能得到距離值，一旦距離值超過某個數(shù)值，則觸發(fā)GSM發(fā)送函數(shù)。

主程序大致如下：

While（1）{

GET_INFO（）；//獲取gps信息，信息存放于GPS這個結(jié)構(gòu)體，結(jié)構(gòu)體在此文件申明，在GPS.H里面定義

if（GPS.NS=='N' ） {

if（jljw==1）{

latt1=GPS.latitude_Second；

lngg1=GPS.longitude_Second；

jljw=2；

}

}

//以上if里面的語句，用以在開機并且gps正常工作后，記錄一次經(jīng)度和緯度

if（distance1 >15） {

distance1= 600-distance1 ；

}

if（distance2 >15） {

distance2= 600-distance2 ；

}

term= （int）sqrt（distance1*distance1+distance2*distance2）

//此處用粗略的算法算出經(jīng)緯度差值的平方和，結(jié)合實際測試時的距離顯示，能夠粗略了解移動距離和該值的關(guān)系。

if （（term >3） && （term <10））{ //通過改判斷條件，確定是否發(fā)送短信。

if（1）{ //GPS.NS=='N'

if（send_one==1）{

Uart_init1（）； //gsm中斷

send_flag=1；

sendmeg（）；

Uart_Init（）； //gps中斷

send_flag=0；

send_one=2；

}

}

測試結(jié)果

在完成上述船舶走錨異地監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計后，我們小組于2014年6月5號到10號在學校進行了3次測試和調(diào)試。

第一次發(fā)現(xiàn)電路板的大電流走線部分未設(shè)置好，導(dǎo)致GSM模塊很難正常運行。第二次調(diào)試時，由于在原有電路板上進行了修改，電源部分調(diào)試通過。但是發(fā)現(xiàn)信號接收過慢，但是這個問題只是在啟動時出現(xiàn)，不影響使用。另外一個問題是有一定的概率在自己還未移動時便會發(fā)送短信給用戶，一旦出現(xiàn)此問題，只能重啟。重啟完成后若正常運行，則可以完成5到15米間的精度控制，即最少偏移5米，最大偏移15米，GSM信號能夠給用戶發(fā)送預(yù)警短信。此處的偏移并未加上GSM的響應(yīng)時間5秒。

結(jié)語

本系統(tǒng)最大特色是成本較低，如若批量生產(chǎn)，可以更低。至此，一個面向中小型漁船的船舶走錨監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計完成，將使?jié)O民能夠方便地監(jiān)管自己的船舶。本系統(tǒng)仍然有許多有待改進之處，但是從不同視角將漁船監(jiān)控付諸實踐，是對監(jiān)測系統(tǒng)的一種補充。

參考文獻：

[1]劉廣寶.淺析船舶走錨后的漂移速度[J].天津航海，2009，22（2）：17-19.

[2]劉濤.淺談船舶的走錨事故[C].中國航?？萍純?yōu)秀論文集，2010：19-31.

[3]楊林家，楊佐昌.船舶走錨預(yù)警系統(tǒng) [J].大連海事大學學報，2005，31（2）：29-32.

[4]劉玉良，周佐諭.船舶錨泊可視化遠程測控系統(tǒng)設(shè)計[J].自動化與儀表儀器，2012，23（3）：74-75.

[5]彭國均，虞金仁，黃金焰.中國海監(jiān)船舶導(dǎo)航與監(jiān)控系統(tǒng)的研究[J].海洋開發(fā)與管理，2006，17（4）：64-69.

[6]樓苗然.51系列單片機原理及設(shè)計實例[M].北京：航空航天大學出版社，2010.

基金項目： 浙江省大學生科技創(chuàng)新活動計劃（新苗人才計劃）項目（2014R411014）.

（作者單位：浙江海洋學院）endprint

摘 要： 針對中小型船舶安全性問題，設(shè)計了船舶走錨異地監(jiān)視系統(tǒng)，包括硬件和軟件兩部分，以實現(xiàn)最基本的船舶走錨報警功能。系統(tǒng)硬件包括信號采集端和接收端，其中船舶信號采集端通過GPS模塊讀取自身經(jīng)緯度信號，由51單片機判斷其距離，經(jīng)GSM模塊發(fā)送警告到用戶手機端。其中GPS和GSM模塊使用現(xiàn)成產(chǎn)品，51單片機處理程序和電路板自行設(shè)計。

關(guān)鍵詞：走錨監(jiān)測 遠程控制 嵌入式系統(tǒng)

我國海域錨地眾多，但是船舶走錨監(jiān)測技術(shù)相對落后。由此帶來的船舶走錨問題較為嚴峻。尤其是在臺風登陸以及某些惡劣天氣條件時，船舶走錨的可能性和危險系數(shù)都相應(yīng)增大。各種安全事故例如撞船，撞橋更容易發(fā)生。本次設(shè)計著眼于個體，基于成本的考慮，著力將功能簡化。在所設(shè)計的系統(tǒng)中，每個個體都是一個監(jiān)測端，用于單一船舶的異地走錨監(jiān)測。整體趨于簡潔而不失實用，是一種力求簡單的解決辦法。同時，系統(tǒng)采取模塊化設(shè)計，從軟件和硬件兩方面都能做到獨立調(diào)試，讓整套裝置的實現(xiàn)能夠循序漸進。

船舶走錨異地監(jiān)視系統(tǒng)的組成

系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

在該系統(tǒng)中，設(shè)備端和用戶端被GSM網(wǎng)絡(luò)分成兩大部分。用戶端以手機接收短信，由于目前大部分人都已經(jīng)擁有一部或者多部手機，故此處的成本將會省去。設(shè)備端以51單片機為主控電路，控制GPS模塊接收經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，控制GSM模塊以在需要的時候能夠發(fā)送短信到手機端，同時，主控電路完成數(shù)據(jù)處理和計算功能。

1、硬件構(gòu)成

系統(tǒng)硬件主要有五個部分，分別是印制電路板，51單片機，SIM900A GSM模塊，GPS模塊，鋰電池，如圖2所示。印制電路板通過感光藍油法制作，拋去熱轉(zhuǎn)印所需要的儀器，能使電路板精度更高，但是本電路要求不是太高，故差別不大。51單片機插于電路板上的插槽，這對程序調(diào)試帶來較大方便，但是如若作為成品出產(chǎn)，則留下隱患。SIM900A和GPS 模塊可以用熱熔膠直接固定，固定效果很不錯。至于鋰電池，為了適應(yīng)GSM模塊對于瞬間大電流的要求，鋰電池的最大電流必須達到2A，電壓則只要標準的3.7v即可。

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

2、軟件構(gòu)成

軟件的構(gòu)成也是基于模塊化思想的。對于GPS模塊來說，其啟動完成并接收到一定的衛(wèi)星信號，就會輸出字符串，以$為開始符號，以“，”為定界符，由此便能夠依據(jù)“，”來獲取數(shù)據(jù)。獲取到的數(shù)據(jù)存于一個名為GPS的結(jié)構(gòu)體中，依次賦值。并且把該結(jié)構(gòu)體聲明為全局變量，方面在main（）函數(shù)文件中使用。關(guān)于GSM，需要了解AT指令，將對應(yīng)的字符指令同過串口輸出到GSM模塊引腳就能使用固定的功能，在軟件的具體實現(xiàn)中，由于GPS是同過定時器終端來獲取數(shù)據(jù)的，故如果要使用GSM模塊，需要重置波特率，發(fā)送AT指令，這段實踐GPS的信號無法獲取，直到波特率再次重置。在單片機主程序中，使用while語句不斷調(diào)用接收GPS信號的函數(shù)，從而將數(shù)據(jù)填充到GPS結(jié)構(gòu)體中。同時，一旦數(shù)據(jù)有效，則記錄當前經(jīng)緯度，作為初始比較值。然后通過判斷當前經(jīng)緯度和初始經(jīng)緯度的差，經(jīng)過處理，便能得到距離值，一旦距離值超過某個數(shù)值，則觸發(fā)GSM發(fā)送函數(shù)。

主程序大致如下：

While（1）{

GET_INFO（）；//獲取gps信息，信息存放于GPS這個結(jié)構(gòu)體，結(jié)構(gòu)體在此文件申明，在GPS.H里面定義

if（GPS.NS=='N' ） {

if（jljw==1）{

latt1=GPS.latitude_Second；

lngg1=GPS.longitude_Second；

jljw=2；

}

}

//以上if里面的語句，用以在開機并且gps正常工作后，記錄一次經(jīng)度和緯度

if（distance1 >15） {

distance1= 600-distance1 ；

}

if（distance2 >15） {

distance2= 600-distance2 ；

}

term= （int）sqrt（distance1*distance1+distance2*distance2）

//此處用粗略的算法算出經(jīng)緯度差值的平方和，結(jié)合實際測試時的距離顯示，能夠粗略了解移動距離和該值的關(guān)系。

if （（term >3） && （term <10））{ //通過改判斷條件，確定是否發(fā)送短信。

if（1）{ //GPS.NS=='N'

if（send_one==1）{

Uart_init1（）； //gsm中斷

send_flag=1；

sendmeg（）；

Uart_Init（）； //gps中斷

send_flag=0；

send_one=2；

}

}

測試結(jié)果

在完成上述船舶走錨異地監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計后，我們小組于2014年6月5號到10號在學校進行了3次測試和調(diào)試。

第一次發(fā)現(xiàn)電路板的大電流走線部分未設(shè)置好，導(dǎo)致GSM模塊很難正常運行。第二次調(diào)試時，由于在原有電路板上進行了修改，電源部分調(diào)試通過。但是發(fā)現(xiàn)信號接收過慢，但是這個問題只是在啟動時出現(xiàn)，不影響使用。另外一個問題是有一定的概率在自己還未移動時便會發(fā)送短信給用戶，一旦出現(xiàn)此問題，只能重啟。重啟完成后若正常運行，則可以完成5到15米間的精度控制，即最少偏移5米，最大偏移15米，GSM信號能夠給用戶發(fā)送預(yù)警短信。此處的偏移并未加上GSM的響應(yīng)時間5秒。

結(jié)語

本系統(tǒng)最大特色是成本較低，如若批量生產(chǎn)，可以更低。至此，一個面向中小型漁船的船舶走錨監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計完成，將使?jié)O民能夠方便地監(jiān)管自己的船舶。本系統(tǒng)仍然有許多有待改進之處，但是從不同視角將漁船監(jiān)控付諸實踐，是對監(jiān)測系統(tǒng)的一種補充。

參考文獻：

[1]劉廣寶.淺析船舶走錨后的漂移速度[J].天津航海，2009，22（2）：17-19.

[2]劉濤.淺談船舶的走錨事故[C].中國航?？萍純?yōu)秀論文集，2010：19-31.

[3]楊林家，楊佐昌.船舶走錨預(yù)警系統(tǒng) [J].大連海事大學學報，2005，31（2）：29-32.

[4]劉玉良，周佐諭.船舶錨泊可視化遠程測控系統(tǒng)設(shè)計[J].自動化與儀表儀器，2012，23（3）：74-75.

[5]彭國均，虞金仁，黃金焰.中國海監(jiān)船舶導(dǎo)航與監(jiān)控系統(tǒng)的研究[J].海洋開發(fā)與管理，2006，17（4）：64-69.

[6]樓苗然.51系列單片機原理及設(shè)計實例[M].北京：航空航天大學出版社，2010.

基金項目： 浙江省大學生科技創(chuàng)新活動計劃（新苗人才計劃）項目（2014R411014）.

（作者單位：浙江海洋學院）endprint