船舶碰撞航标远程监测报警系统研究

2022-09-10

在船舶航行中, 由于受驾引人员自身业务技术、气候状况、流速、流态、流向、通航环境等诸多因数的影响, 时常会出现船舶碰撞航标的情况, 导致航标及相关设施、设备损坏, 这不仅会造成了一定的经济损失, 更有可能因航标碰损而不能发挥正常功能导致发生船舶交通海损事故。鉴于此, 如何在航标被撞损时, 第一时间能发现损毁和失常的航标, 并且能辅助对肇事船舶进行索赔追责。因此, 如何实现航标在碰撞后能发现并及时恢复, 减少航标器材损失, 降低船舶交通事故, 变得越来越必要和重要。

一、国内外研究现状

在世界上航运业比较发达的水域, 早在90年代初就利用现代电子技术和通讯技术建立起了航标远程监测监控系统, 为水运事业提供了高效服务, 其主要是应用于航标灯器的监控、供电设备的自动控制, 航标工作状态报警等方面。

关于碰撞检测与报警的相关工业化应用, 更多的集中在汽车的碰撞报警领域中。这类系统一般都是采用震动传感器带动蜂鸣器工作, 当震动等开关量达到预设的阈值时, 启动摄像头录像, 将记录的视频存在图像采集卡等设备中, 短信通知车主发生碰撞。另外, 也有一些要求较高的场合, 需要分析摄像头的图像来确定是否需要触发报警及录像, 如“室内防闯入监控”等。还有一些监控设备只是在显示器上实时显示摄像头拍摄到的景物, 如“道可视”公司的全景泊车系统。但是对于长期在野外工作, 且具有图像传输功能的碰撞远程检测及报警系统至今还没有比较成熟的产品, 特别是专用于航标被碰撞远程检测及报警系统, 由于其工作环境的特殊性, 鲜有人探讨此类问题, 因此本文基于此, 研究出了一种碰撞航标远程监控报警的装置, 并对该装置做了实用性验证。

二、装置工作原理

当航标受到撞击后, 由航标自身所携带的监控系统完成对撞击信号的响应, 现场的拍照, 图像及报警信息的发送等全过程。其工作流程如下:

1) 当没有检测到碰撞信号时, 系统接受航标灯其他相关数据, 并通过DTU发送到指挥中心。

2) 当船只撞击到航标时, 板载的加速度传感器会向控制器发送一个碰撞信号

3) 控制器接收到碰撞信号后, 暂停其他检测相关功能, 进入碰撞检测及报警模式。调用拍照函数, 初始化摄像头, 向摄像头发送一个拍照命令, 同时暂停接收碰撞信号, 等待摄像头拍照结束

4) 摄像头接收到拍照命令, 对现场进行拍照后, 将数据回传给控制器, 并发送拍照结束信号

5) 控制器将接收到的摄像头数据按照设定的路径、格式、文件名保存在SD卡中。在接收到拍照结束的信号后, 调用数据传输函数, 初始化DTU, 准备传输数据, 并等待数据传输结束信号

6) 控制器将预设的短信内容及刚才保存的图片通过RS232发送给DTU, DTU采用彩信的方式发送到指定的电脑或者手机上。数据传输结束时, 向控制器发送一个结束信号

7) 控制器收到发送完毕的信号后, 碰撞检测的工作循环完成, 同时恢复接收碰撞信号

三、装置软硬件结构及相关方法

为了满足水上环境的要求, 通过调研相关市场和比对相关产品, 最终确定了以下元器件:正点原stm32f407探索者开发板、ALIENTEKATK-OV2640摄像头模块、七星虫SIM800AGPRSDTU、MPU60506轴加速度陀螺仪传感器、正点原子S1216GPS模块。机箱, 电池, 稳压器, DC-DC电源线。用于该装置的组装。

3.1机箱内硬件布置

系统硬件连接部分主要包括个硬件在机箱内的布置和各模块之间的电气连接关系。各元器件在机箱内的固定主要是使用机箱内的预制螺孔和电机专用AB胶。其中主控板安装在两块金属基座上, 金属基座用螺钉紧固在机箱上。蓄电池、DTU以及DC-DC变压器则使用电气专用AB胶粘接在机箱内。各连接线用扎带理顺, 避免产生干扰。

3.2各元器件的电气连接

单片机的程序编写必须基于硬件的电气连接, 因此, 在进入正式的程序编写前, 必须对各个元器件的电气连接关系搞清楚, 特别是单片机的电气连接, 必须搞清楚各种数据在此款单片机中是如何传递的。以下简单介绍stm32f407与各外设的通讯。

上图主要标示了MPU6050加速度陀螺仪传感器, OV2640摄像头模块, SD卡, GPS模块接口, 以及232接口与控制器stm32f407的连接, 以及控制器端的GPIO编号和引脚编号。需要注意的是, DCMI部分引脚接口与SDIO部分引脚接口共用控制器的一些引脚, 因此, 他们不能同时工作, 必须进行分时复用。另外COM3与ATKMOUDLE需要跳线进行选择, 也不可以同时使用。