基于無線通信和雙模定位的小型漁場監控報警系統研究

葉行遠

摘 要：監控報警系統主要用于對工作范圍內各種設備的狀態實時監控和必要警報，保證系統安全運行，因此研究監控報警系統具有重要的意義。本文以休閑漁場內的船隊監管問題為例，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控報警系統。通過設計和構建該系統的組成，給出其工作原理，實現了小型漁場內所有作業船只的有效監控，以及告警和輔助救援功能，對提高船只安全性、促進休閑漁業的發展具有重要作用。

關鍵詞：監控報警系統；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

隨著科學的發展和信息技術的進步，監控報警系統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控報警系統，如船舶機艙等系統的監控[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，缺少有效的監控手段，安全隱患巨大。傳統的網位儀只能與特定的船舶自動識別系統（AIS）顯示設備互聯，不能針對漁場作業特點進行有針對性的監控；而船用衛星應急無線電示位標只能在緊急情況下起作用，不能進行常規位置監測。

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控報警系統，全文主要結構如下：首先，基于多點監控的特點，我們建立了含一監控設備、多定位報警儀的主要系統，并對系統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，結合所設計的監控報警系統，我們給出了整體的評價，分析了該系統的優點和其局限性。

2 監控警報系統的組成

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

其中，定位報警儀安裝在作業船只上，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模塊、定位模塊和顯示單元連接，實時采集定位數據和設備狀態信息，按設定的時間間隔將數據傳送給監控設備；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），可滿足海上作業定位精度要求[5]。

監控設備是連接有無線收發模塊的工業一體機，安裝在漁場內的監管船上，與作業船只間保持在通信可達的范圍內。它負責收集數據并圖形化顯示，當發現船舶越界或進入危險區域時發出告警信息。

3 監控警報系統的工作原理

定位報警儀中的軟件工作流如圖2所示，無線收發控制模塊負責對無線模塊的控制和數據收發，數據經過傳輸協議控制模塊進行打包或解析；定位數據接收模塊負責通過串口接收定位模塊的數據，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，及時發送告警信息；狀態顯示模塊將設備狀態通過LED指示燈顯示，包括通信、定位、電量等狀態信息[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處理、位置數據處理和監控設備數據處理三個流程，采用分時并行模式，并實時上報數據和更新本地顯示；系統中還包含兩個任務中斷，落水檢測和手動報警。

監控設備的軟件工作流如圖4所示，無線收發控制模塊和協議解析模塊負責處理無線通信數據；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；監控報警模塊實時監測船只航行狀態，對可能出現的危險情況給予聲光報警提示；數據記錄模塊負責長時間記錄所有船只的航行數據，可通過數據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，本文提出的監控報警系統可有效解決小型休閑漁場內船隊的監控管理難題，通過采用特高頻（UHF）無線通信，GPS/北斗雙模定位，并設立監控設備掌控全局狀態，實現了直徑約8公里范圍的漁場內作業船只的有效監控。在該系統的設計方案中，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，該系統具有安裝方便，成本低廉，系統容量大等優點，可滿足小型漁場內的船隊監管問題，提高了船只作業的安全性，對于促進休閑漁業的發展具有重要作用。值的一提的是，由于該系統設計的工作范圍有限，且除定位信息外其他信息的監控不夠充分，故此系統不適用于大型漁場或遠程航行的船只。

參考文獻

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

[2]李為.船舶機艙監控報警系統設計與實現[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無線傳感器網絡的設計與應用[J].信息技術，2014，38（1）： 131-134.endprint