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基于无线传感网络与AIS的航标遥测遥控系统设计与实现

陆敏  
【摘要】:航标是为各种水上活动提供安全信息的重要设施。航标运行状态的好坏,将直接影响到船舶航行的安全。传统的航标只能提供简单的视觉导航作用,并不能将航道数据发送给船舶,而且航标工作状态只能去现场才能知晓,劳动力成本很高。航标遥测遥控系统解决了传统航标互相孤立,将航标与监控中心连成网络,通过先进的无线通信技术,实时地将导航数据发给过往船舶和自身工作状态上报监控中心,同时监控中心也可以对航标发送控制指令。目前,我国航标遥测遥控系统尚处于研究和小范围试点使用阶段,过程中发现的问题主要有:功耗过大,需要外加电源系统;误报警多,工作不稳定;功能设计不实用,安装接线复杂,防水工艺差;数据传输成功率不高,航标遥测遥控终端不上报数据。这些情况都会导致工期延续几年,迟迟不能投入实际运行,离“提高航道管理水平,节省航标维护费用”目标还很远,甚至还给维护部门增加了负担。 为了提升航标助航的效果,减低航标终端的功耗,改善现有航标遥测遥控系统管理方式,本文利用先进的通讯技术、计算机技术、传感器技术、GPS(全球定位系统)技术等,设计了一种适用于内河的低功耗、高效率的基于Zigbee无线传感网络与AIS(船舶自动识别系统)的航标遥测遥控系统,并分析了系统的框架和各组成部分及功能。本文重点研究了航标信息采集单元的软硬件实现方案,硬件设计包括电源电路、GPS模块接口电路、电压电流采集电路、加速度采集电路、接口电路、相关控制电路等;软件部分包括系统软件结构和灯质识别算法;其次,重点研究了系统的通信部分,包括航标系统的通信方案、AIS和Zigbee报文格式定义、AIS报文解析等。最后,本文对系统的三个重点部分进行了测试,分别为信息采集单元、Zigbee通信单元和AIS通信单元。测试结果证明了这两部分均满足需求,可以有效的完成各自功能。 基于Zigbee与AIS的航标遥测遥控系统不仅可以解决目前内河航标系统的诸多问题,而且可以推动水上交通安全的发展。


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