唐磊

摘 要：當(dāng)今世界隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，船舶交通安全在其中發(fā)揮著愈來愈重要的作用。本文提出一種船舶碰撞航標(biāo)遠(yuǎn)程監(jiān)測報警系統(tǒng)技術(shù)，該系統(tǒng)是由報警裝置組成的，在分析裝置的功能、結(jié)構(gòu)、工作原理等方面的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對水上船舶碰撞航標(biāo)危險的遠(yuǎn)程監(jiān)測報警。

關(guān)鍵詞：船舶碰撞 航標(biāo)遠(yuǎn)程檢測 自動報警系統(tǒng)

在船舶行駛過程中，由于受氣候、通航環(huán)境（流向、流態(tài)、流速）等客觀因素及駕駛?cè)藛T自身業(yè)務(wù)技術(shù)主觀因素的影響，經(jīng)常發(fā)生船舶碰撞航標(biāo)的情形，給相關(guān)設(shè)備、設(shè)施帶來一定程度的經(jīng)濟損失，更為嚴(yán)重的是，一旦航標(biāo)被損壞受影響最大的是其他正常通行的船舶，造成更多水上交通事故的發(fā)生。鑒于此，研究水上船舶碰撞航標(biāo)危險遠(yuǎn)程檢測報警技術(shù)，在安全監(jiān)督管理船舶、確保水上交通的可持續(xù)發(fā)展、減少事故發(fā)生、保障船舶交通安全等方面具有深遠(yuǎn)而重要的意義。

1.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

為了給運輸事業(yè)提供高效的服務(wù)，在上世紀(jì)90年代初航標(biāo)遠(yuǎn)程監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)利用現(xiàn)代通訊技術(shù)和電子技術(shù)就已建立起來，特別是世界上水上運輸業(yè)較發(fā)達(dá)的水域。其主要應(yīng)用于航標(biāo)工作狀態(tài)報警，自動控制供電設(shè)備監(jiān)控航標(biāo)燈器等多個方面。

最具有代表性的是在汽車的碰撞報警領(lǐng)域中，聚集了很多關(guān)于監(jiān)測與報警碰撞的相關(guān)工業(yè)化應(yīng)用。其原理在于當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)的震動等開關(guān)量超過預(yù)設(shè)的閾值時，蜂鳴器由震動傳感器帶動工作，此時攝像頭錄像功能啟動，圖像采集卡等設(shè)備將錄像的視頻存下來，并告知車主碰撞的發(fā)生。然而對于江、海面這種露天環(huán)境下，可實現(xiàn)碰撞遠(yuǎn)程監(jiān)測及報警、且具有圖像傳輸功能的系統(tǒng)技術(shù)還沒有實現(xiàn)突破性進展。由于船舶工作環(huán)境的特殊性，尤其是專用于船舶碰撞航標(biāo)遠(yuǎn)程檢測及報警的系統(tǒng)技術(shù)，幾乎沒有人重視研究。為了解決上述問題，本文設(shè)計了一種碰撞航標(biāo)遠(yuǎn)程檢測報警的裝置。

2.系統(tǒng)工作原理

當(dāng)船舶撞擊航標(biāo)后，航標(biāo)上面的感應(yīng)裝置會接收到來自碰撞信號的激勵，會觸發(fā)系統(tǒng)對現(xiàn)場進行實時情形的記錄，同時將報警信息發(fā)送出去。以下是工作流程：

（1）當(dāng)碰撞沒有發(fā)生時，航標(biāo)燈等其他相關(guān)數(shù)據(jù)被系統(tǒng)所接受處理，由DTU傳輸?shù)街笓]中心。

（2）當(dāng)航標(biāo)感受到船舶的撞擊時，會觸發(fā)上面的加速度傳感器，接著向控制器發(fā)送碰撞的信號。

（3）碰撞信號被控制器接收后，切換到碰撞監(jiān)測及報警模式，停止其他相關(guān)監(jiān)測功能。將攝像頭初始化，同時調(diào)用拍照函數(shù)，攝像頭接收到控制器的拍照命令后，控制器停止其他工作直到攝像頭結(jié)束拍攝。

（4）攝像頭在完成對現(xiàn)場的拍照后，會向控制器發(fā)送拍照結(jié)束信號，并將數(shù)據(jù)傳輸給控制器。

（5）按照預(yù)設(shè)的文件名、格式、路徑，控制器將接收到的圖像數(shù)據(jù)儲存在SD卡中。隨后初始化DTU，并調(diào)用數(shù)據(jù)傳輸函數(shù)，準(zhǔn)備數(shù)據(jù)的傳輸工作，同時等待結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸?shù)男盘枴?/p>

（6）控制器通過RS232將之前保存的碰撞圖片及設(shè)置好的短信內(nèi)容發(fā)送給DTU，DTU將這些內(nèi)容發(fā)送到指定的手機或者電腦上?？刂破髟跀?shù)據(jù)傳輸結(jié)束時會接收到相應(yīng)的信號。

（7）控制器恢復(fù)接收碰撞信號，這時碰撞監(jiān)測的工作完成。

3.系統(tǒng)軟硬件結(jié)構(gòu)

由于水上環(huán)境復(fù)雜，我們通過對比相關(guān)產(chǎn)品和調(diào)研相關(guān)市場，本系統(tǒng)主要包含以下元器件：外部連接包括DC-DC電源線，穩(wěn)壓器，電池，機箱。正點原子S1216GPS模塊、MPU60506軸加速度陀螺儀、七星蟲SIM800AGPRSDTU傳感器、ALIENTEKATK-OV2640攝像頭模塊、正點原stm32f407探索者開發(fā)板。

3.1機箱內(nèi)硬件布置

系統(tǒng)硬件連接部分包括各模塊之間的電氣連接關(guān)系以及硬件在機箱內(nèi)的布置。使用電機專用AB膠和機箱內(nèi)的預(yù)制螺孔來固定機箱內(nèi)的各元器件。其中使用電氣專用AB膠將DC-DC變壓器、DTU以及蓄電池粘接在機箱內(nèi)。用螺釘將金屬基座緊固在機箱上，主控板安裝在兩塊金屬基座上。為避免產(chǎn)生干擾，各連接線用扎帶理順。

3.2各元器件的電氣連接

在開始編寫程序前，首先弄清楚各個元器件的電氣連接關(guān)系。圖1是stm32f407與各元器件的通訊連接圖。

圖1可清晰地顯示控制器stm32f407的引腳編號與GPIO編號，以及控制器端與GPS模塊接口，SD卡，OV2640攝像頭模塊，232接口以及MPU6050加速度陀螺儀傳感器的連接。值得注意的是，不可同時使用ATKMOUDLE與COM3，需要跳線進行選擇。此外，也必須進行分時復(fù)用SDIO引腳接口與DCMI引腳接口，它們不能實現(xiàn)同時工作，因為其部分接口共用控制器的一些引腳。

3.3軟件流程

本文中，參照相應(yīng)的庫函數(shù)來編寫本系統(tǒng)的軟件，不是直接修改相應(yīng)地址中的某個值，是通過調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)來實現(xiàn)對各個硬件或者寄存器的操作，這樣有效避免頻繁的直接操作地址。開發(fā)系統(tǒng)軟件利用庫函數(shù)，使函數(shù)的調(diào)用顯得十分直觀與方便。

函數(shù)間的調(diào)用關(guān)系：

首先定義用來存放報警信息的單鏈表，然后編寫各個需要的基本操作函數(shù)，然后寫出主函數(shù)。主函數(shù)與其他模塊之間的調(diào)用關(guān)系是：主函數(shù)中先調(diào)用LinkList 和L InitList_L（L）函數(shù)創(chuàng)建存放報警信息的空鏈表。

接著調(diào)用ListCreate_L（L，n）函數(shù)在空鏈表的基礎(chǔ)上初始化報警信息，調(diào)用visit_L（L）函數(shù)顯示所有報警信息。然后調(diào)用ListDelete_ L（L，i，x） 函數(shù)來實現(xiàn)出警并顯示出警信息和ListInsert_L（L，i，x）函數(shù)來對報警系統(tǒng)進行插入信息。

為實現(xiàn)該監(jiān)測報警系統(tǒng)的要求，以下功能模塊是下位機的軟件系統(tǒng)所包括的：DTU初始化，各電子器件初始化，讀取DTU命令，在線檢測DTU，采集加速度信號，讀取串口1數(shù)據(jù)，獲取GPS信息，攝像頭拍照與發(fā)送圖像等。圖2是程序流程圖。

4.結(jié)論

綜上所述，本文主要解析了水上船舶碰撞航標(biāo)遠(yuǎn)程監(jiān)測報警系統(tǒng)裝置，相比其他船舶監(jiān)測報警系統(tǒng)裝置，這種裝置不僅可以大大減小水面船只事故發(fā)生的頻率，同時也是一種保障船舶交通安全的技術(shù)。然而，本文所介紹的船舶碰撞航標(biāo)遠(yuǎn)程監(jiān)測報警系統(tǒng)的功能還只是原理性的，要想取得實際的效果還需要在今后的調(diào)試中逐漸加以改進，因此，接下來的任務(wù)是將其進一步完善，并且逐漸應(yīng)用到實際的工作當(dāng)中。

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