基于北斗的船用数字化设备监测系统＊

2019-11-27席小洋陈新恩李聚保

科技与创新 2019年21期

席小洋，陈新恩，李聚保

（广州航海学院，广东广州 510725）

随着海上丝绸之路的发展，海上贸易迎来前所未有的盛世。作为海洋大国，航运业逐渐成为了推动经济发展和连接国际关系的重要行业之一。目前由于相关技术不成熟，船舶管理者无法实时获取船舶动态，船舶设备相关参数，尤其是在远洋船舶上，缺乏有效的通信手段，遇到危险很难及时得到援助，造成的损失和安全问题就略显突出。为了更好地管理船舶设备，做到实时监测监控船舶设备动态，及时与远洋船舶进行通信交流，需要一个能够实时提供通信技术，对船舶设备能够进行实时监测监控的船舶设备监测监控平台。

1 北斗导航卫星系统优势

北斗导航卫星系统作为中国自主研发的卫星导航系统，可以24 h 全天候提供安全、稳定、无盲区死角信息服务。可以作为一个长久的信息交互平台。在远洋航行过程中，是必不可少的。北斗导航卫星系统拥有定位导航功能、精密授时功能、独特的短报文通信功能。换言之，北斗导航卫星系统具备定位和双向通信功能，这样岸基就可容易快捷获取船舶相关信息。

相较之国际其他通信方式，北斗导航卫星覆盖范围广泛，而且由中国自主控制，避免了信息泄露等安全问题。对于促进中国航运发展、海上丝绸之路建设，具有重要意义。

2 基于北斗的设备监测监控平台总体设计

船舶大型设备多，参数繁杂，人工监测收集数据难度大，而且船舶管控中心想要获取船舶动态信息困难，危险系数很高，容易造成很大损失。所以基于此，设计一套能够24 h全天候船舶设备监测监控平台，船舶管控中心能够随时随地实现对船舶动态了解，对大型设备运转有一定的了解，增强了对船舶的管理。

基于北斗的设备监测监控平台整体设计如图1所示。

基本流程说明如下：岸基通过北斗卫星向船舶发送信号；船舶北斗传输终端接收到北斗卫星的信号后传输信号给中央处理中心，发出查阅船舶设备信息；船舶中央处理中心从数据收集处理中心那里获得数据后以短报文的形式打包传输给北斗卫星；北斗卫星再将短报文压缩包转发给岸基上；岸基将压缩包打开分析数据，再通过北斗卫星给出相关意见反馈给船舶。

图1 整体设计图

3 硬件设计

本文研究的基于北斗的设备监测监控平台硬件设计如图2所示。

图2 系统硬件模块结构

根据功能需要进行硬件设计。核心为中央处理单元，其他相应模块和中央处理单元串口相连。

中央处理中心作为整个系统平台控制中心协调各个硬件模块工作并且处理数据。北斗传输模块需要和北斗卫星建立通信通道，接收岸上申请指令，并传递信息给中央处理单元；传递中央处理单元发送的符合格式要求的短报文信息给岸基。面部识别装置对操作使用船舶设备人员进行验证，识别身份。数据收集处理中心收集安装在设备上的传感器采集的数据，短暂存储并发送给中央处理中心，接收中央处理单元申请指令。

作为中央处理中心，要求信息处理速度比较高、外围设备要比较丰富并且功耗要比较低，单片机是最为理想的选择。本项目将采用意法半导体集团公司推出的STM32F101单片机，该单片机具有非常高的性能，实时数字信号处理，低功耗和低电压操作，有如下优点：①低电压。2.0～3.6 V供电，兼容5 V 的I/O 管脚。②一流的外设。1 μs 的双12位ADC，4 兆位/秒的UART，18 兆位/秒的SPI，18 MHz的I/O 翻转速度。③低功耗。在72 MHz 时消耗36 mA（所有外设处于工作状态），待机时下降到2 μA；④工作温度范围。-40 ℃～+85 ℃或105 ℃。

4 软件设计

本文研究的基于北斗的设备监测监控平台软件设计如图3所示。

图3 系统软件模块结构

基于北斗的设备监测监控软件平台一共分为三大部分：①船舶设备数据管理。负责船舶需要监测监控设备信息存储，管理人员基本信息和人脸数据。②船舶网络通信管理。确保船舶与监控中心之间的通信，传输内容包括实时位置数据以及传感器监测数据和机舱各地环境信息。③系统管理。登陆用户可以注册修改登录信息，后台运营人员可以管理系统平台所有注册用户相关信息，并能设置脸部数据的存储。