漁船身份智能識別自助終端技術實現方案

摘? 要：漁船身份智能識別自助終端設備是漁船身份識別系統重要的組成部分。在基于漁船身份智能識別自助終端的性能要求分析基礎上，從終端設備結構設計、有源電子標簽頻率的選擇、設備調制方式的選擇、終端設備防死機方案設計、終端設備存儲容量的設定選擇、有源電子標簽的省電模式及測試、電池性能測試七個角度，來探討如何設計出功能齊全，性能較為穩定可靠的漁船終端技術實現方案。產品方案經過實際測試與應用，基本滿足實際要求。

關鍵詞：漁船身份識別系統;漁船自助識別終端;智能識別

中圖分類號：S972.7;TP391.4? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：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，Fuzhou? 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

為加強對漁船監測識別，完善漁船監控體系，提升漁船應急管理以及海上漁政執法水平，實行一條漁船一份證書，實現進出港實時監控以及臺風預警提示，從而降低海上捕撈的事故風險，其中，利用漁船身份識別系統實現準確識別漁船身份信息是關鍵。漁船終端設備是漁船身份識別系統重要的組成部分，研發出功能較為齊全、性能穩定可靠的漁船終端設備是構建完善的漁船身份識別系統的必然要求。[1]

1? 漁船身份智能識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隊成員通過對漁業管理機構及漁船生產作業的實際情況的調研，我們總結歸納出行業對漁船身份智能識別自助終端的要滿足以下性能要求：（1）無源標簽能夠支持綜合執法檢查數據采集;（2）有源標簽能夠支持漁船身份識別、港內盤點、遠程執法，并要求電池使用壽命要達到5年;（3）超大容量存儲空間，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、船舶數據自動回傳接收;（5）北斗/GPS雙模定位，實時上報位置信息;（6）中英文通知信息接收，語音消息提示;（7）7寸觸摸大屏，顯示漁船基礎檔案信息，支持網絡查詢和預約功能，非工作時段顯示媽祖屏保;（8）FM收音模塊，支持調頻收音功能;（9）具備船電和內置鋰電池兩種供電方式，獨立鋰電池可連續工作半年以上（自動關閉部分功能）;（10）保證系統穩定可靠，能夠有效防止死機現象的發生。

團隊主要依據用戶的需求，進行方案設計，并開展產品方案的應用核驗，后對產品設計的進一步完善。[2]

2? 漁船身份識別系統中漁船終端設備技術實現方案

2.1? 漁船終端設備原理架構

如圖1所示，從漁船終端設備原理框圖可以看出，其最重要的設計特點是采用雙CPU設計方案，不同CPU負責不同的任務。CPU1負責外部電源檢測與防拆檢測、電池及電源管理、FM收音、電量檢測芯片、STC32及存儲CPU、GSM/GRPS天線。CPU2負責7寸顯示屏、語音播放器、CMOS攝像頭、身份證閱讀、6410CPU、數字船檢獨立IC卡。兩個CPU獨立運行，同時之間有保活心跳報文通信，確保有任一CPU工作異常，能被另一CPU感知，對其熱（冷）重啟，進而從結構設計角度保障系統的穩定可靠性。[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，主要考慮所選頻率的帶寬情況、頻段的擁擠度，以及與移動通信的和其他通信設備如車載臺、對講機、各種數傳電臺相互干擾問題。400 MHz、800 MHz、900 MHz超高頻系統存在帶寬較窄，并且用戶較多，頻段擁擠不堪，存在較嚴重干擾問題;433 MHz又被車載電臺、對講設備、許多數傳電臺用作為工作頻率;800 MHz～900 MHz這個頻段又與移動通信形成彼此干擾;此外5.8 GHz系統對技術性要求較高，技術需要進一步完善，現有的芯片通信只能實現近距離通信，還存在功耗較大以及成本難以接受的問題。UWB技術也存在類似問題，而且在有的國家還在一定程度上限制其使用;通過對各頻段的選擇對比，2.4 GHz存在技術成熟，成本較低的優點，作為射頻標簽使用通信速率足以滿足要求。因為該頻段規劃管理較好，且通常都是新的產品，使用了跳頻或擴頻新技術，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? 設備調制方式的選擇

從通信系統的抗干擾性能及其通信距離兩個因素考量，我們選擇的調制方式為直序擴頻通信方式（DSSS）。DSSS即使系統出現一個或若干個頻點上被干擾到，系統也可使用通信碼片間的相關關系技術，來恢復被干擾部分的信號，從而達到抵抗環境噪聲干擾的效果，也就是系統存在抗干擾的能力較強的優點。同時它又存在很難干擾到別的通信系統的優點，這是由于擴頻系統工作在較寬的一個頻帶上，在每一個工作頻點上的發射能量很小的緣故。DSSS的系統可利用擴頻增益技術，實現更遠的通信距離。

2.4? 終端設備防死機方案設計

為了保證系統穩定，終端設備防死機方案為：（1）硬件設計上加裝電源監控芯片，保證電源電壓高于工作臨界電壓才啟動系統，保證電源電壓低于工作臨界電壓不工作，防止程序跑飛。應對的場景主要是應對內置鋰電池有電、沒電之間的切換;（2）采用雙CPU設計方案，不同CPU負責不同的任務，且之間有保活心跳報文通信，確保有任一CPU工作異常，能被另一CPU感知，對其熱（冷）重啟。應對的場景主要為應對無船電時，設備依然能以較低功耗繼續工作，有船電時，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，當軟件異常時，沒有按要求正常喂狗，則硬件自動重啟，軟件重新啟動正常工作。應對的場景是連續不斷電工作過程。

2.5? 終端設備存儲容量的設定選擇

為分析核算航行軌跡存儲容量，我們首先設置定位信息字節數總數為16字節，各類數據信息分配的字節數如表1所示。

接著計算終端設備一年所需存儲容量如表2所示。

最后我們決定選用的存儲器容量為128 MB，可以滿足系統工作要求。

2.6? 有源電子標簽的功耗分析

為實現有源電子標簽能保持有效工作前提下，同時滿足省電要求，我們把其工作模式設計為被動式發射，也就是喚醒才發射，平時處于間隙監聽狀態。為了增加標簽的喚醒距離，在硬件設計上，基站要加大發射功率和提升監聽增益。[8]另外我們選擇型號為ER34615鋰亞硫酰氯電池，容量為19 Ah。

我們選用ATmega88PA主芯片，其使用手冊提供參數為：在休眠模式下的電流是4 μA。

選用CYRF6936射頻芯片，其使用手冊提供參數為：在休眠模式時的電流為小于1 μA，發射電流為34.1 mA，接收電流為21.2 mA。

為了得到實測數據，我們利用儀表設備采用如下電流測試方法：（1）靜態電流：直接串聯萬用表，萬用表打到電流2 mA檔位，測試靜態電流5 μA;（2）發射電流：串聯10 Ω電阻，使用示波器的測量10 Ω電阻兩端的電壓波形，折算電流為35 mA。利用相同的測試方法，測試接收電流為25 mA。終端設備的功耗的計算分析數據如表3所示。

根據表3計算分析結果，我們發現所選用電池電量滿足漁船終端設備工作10年以上所需要的功耗。

2.7? 電池測試性能測試

循環壽命是電池的重要參數，也是評價電池性能的重要標準。[9]為了解所選用鋰亞硫酰氯電池（ER34615）的性能，我們需要測試其循環壽命。通過測試，其循環壽命曲線如圖2所示。

從循環壽命曲線，我們發現在500次的充放電次數后，所選用電池剩余容量為額定容量的80%，滿足壽命要求。

3? 產品的方案在福建漁船身份自動識別系統項目中的驗證

福建省海域面積13.63萬平方千米，漁港群遍布沿海各地市。登記注冊的海洋漁船多達58 420艘，不同大小漁港一共有245座，其中，中心港9座，一級漁港13座，二級漁港39座，三級及以下漁港184座。漁港分布比較分散，漁港監督機構人員配備不足，缺乏現代化管理手段，對漁船的監督管理處于疲于應付的局面，為了有效解決對漁船的安全監管問題，全省七個漁港建設漁船進出港身份識別系統一套。作者與福建北斗星河通信有限公司的團隊成員把所設計的如圖3所示的漁船身份智能識別自助終端在石獅市祥芝鎮等地漁港的漁船上安裝并進行了測試與應用。

該終端實驗及反饋情況良好，終端設備沒有出現死機情況，存儲器容量滿足系統工作要求，通信距離較遠，同時終端滿足省電要求，由于海上氣溫變化與空氣濕度較大，與電池在實驗室測試環境存在差異，有個別漁船反應電池的壽命不夠長的問題，需要做進一步的改進。

4? 結? 論

基于對漁業管理機構及漁船生產作業的實際需求調研而制定的漁船身份智能識別自助終端技術方案，通過所開發的產品的應用驗證，表明方案基本滿足功能與穩定性設計要求。由于產品在海上使用環境復雜以及產品技術的發展，需要收取更多的反饋，并對方案做進一步的改進。

參考文獻：

[1] 徐碩，王宇，王振洲.漁船身份識別系統在海洋漁船管理中的應用 [J].漁業現代化，2014，41（2）：63-66.

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[9] 何鵬林.鋰離子電池循環壽命測試探討 [J].環境技術，2014，32（5）：59-61.

作者簡介：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。