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根据IDP卫星通信模块的远洋船只实时监控体系

摘要:针对远洋中无GPRS信号不能进行无线通信的问题,设计了以STM32F103VCT6单片机与IDP卫星通信模块为平台的远洋船舶实时监控系统。本系统具有高精准度、实时性强、全天候监控等特点。给出了系

摘要:针对远洋中无GPRS信号不能进行无线通讯的问题,规划了以STM32F103VCT6单片机与IDP卫星通讯模块为渠道的远洋船只实时监控体系。本体系具有高精准度、实时性强、全天候监控等特色。给出了体系的作业原理、硬件规划与软件完结办法,详细剖析了中心操控模块、GPS定位信息收集模块、无线通讯模块。试验效果验证了选用STM32F103VCT6单片机与IDP卫星通讯模块规划远洋船只监控体系的可行性。经过该体系,可实时监控远洋船只的地舆方位信息以及其他信息,最大极限地确保远洋船只航运中的安全。

导言

本文选用ARM芯片作为操控中心,规划了一款以GPS定位模块与卫星通讯模块为依托的远洋船只实时监控体系。该体系能够依照用户要求守时上传远洋船只的方位信息以及航向信息,处理了传统船只定位和救援中呈现的问题,确保了船只动态监测及时、精确、牢靠。一起该体系便利扩展其他功用,以便取得更广泛的运用。

1 体系全体规划

搭载在船只上的专用电路板实时收集船只的方位、速度、航向、SOS报警等信息。专用电路板将收集到的数据处理后,经卫星通讯模块发送至海事通讯卫星,经过海事卫星将数据传输到地上接纳站供运用户运用。体系全体框图如图1所示。

依据IDP卫星通讯模块的远洋船只实时监控体系

2 体系硬件规划

2.1 硬件总体规划

硬件体系采纳模块化规划,首要分为中心处理模块、GPS定位模块以及卫星通讯模块等,硬件结构如图2所示。数据的加工处理及输入/输出操控由ST公司的STM32F103VCT6处理器完结。处理器接纳到GPS数据后对数据处理并守时上传加工后的定位数据至地上接纳站。GPS定位模块选用Globalsat公司的ET-314,经过该模块实时更新GPS定位数据。卫星通讯模块选用加拿大Skywave公司的IDP卫星通讯模块,该模块经过世界海事卫星(Inmarsat)来完结与地上接纳站之间的全天候、广区域、高牢靠性的双向通讯。为了备份长期的定位数据,选用了SST公司的SST25VF016B芯片作为外部Flash来完结数据存储的功用。

依据IDP卫星通讯模块的远洋船只实时监控体系

2.2 中心操控模块

本体系选用STM32F103VCT6处理器作为主操控芯片。STM32F103VCT6是32位的具有Cortex-M3内核的处理器,最高作业频率可达72 MHz。

中心操控模块STM32F103VCT6作为本体系规划的中心部分,担任数据地收集、剖析、加工以及组织数据上传作业。GPS原始数据会实时传递至MCU的串口缓冲区。MCU验证处理后,经过串口发送至卫星通讯模块。SOS报警信息经过设定的GPIO口发送至MCU,经过卫星通讯模块上传至地上接纳站。本模块硬件原理图略——编者注。

2.3 GPS定位模块

定位模块选用Globalsat公司的Globalsat ET-314芯片,来完结船只的方位定位与速度收集。Globalsat ET-314模块运用了SIRF III芯片,具有快速定位、定位精度高、发动时刻短以及勘探规模广的长处。运用Globalsat ET-314模块完结功用如下:

①精确地收集到地舆方位信息。Globalsat ET-314模块定位的精确度为10 m。

②精确地收集时刻信息。Globalsat ET-314模块收集到的时刻与GPS时刻坚持1μs的同步联系。

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GPS定位的根本办法为空间间隔后方交会,此办法需求知道卫星瞬间方位。如图3所示,假定t时刻在地上上的待测地址放置GPS信号接纳机,测定出GPS信号抵达此处接纳机的时刻为△t,依据其他已知条件确认以下4个方程式。其间已知卫星1,卫星2、卫星3、卫星4以及地上接纳站的地舆坐标分别为(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)、(x4,y4,z4)、(x,y,z);d1,d2,d3,d4为丈量伪距;c为光速;

dt为卫星时钟差错;dT1,dT2,dT3,dT4为GPS的接纳时钟差错项。

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经过联立这4个方程式,能够得到接纳机的地舆坐标。GPS定位模块的原理图如图4所示,GPS经过串口与MCU取得通讯。

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2.4 卫星通讯模块

卫星通讯模块选用的是加拿大Skywave公司的卫星通讯模块IDP。IDP的通讯依据世界海事卫星,通讯全球掩盖不受外界要素约束。IDP还具有传输数据才能强的长处,其单次发送数据可达6 400字节,单次接纳的数据量可达10 000字节。IDP支撑二次开发,便利用户将IDP接入其他产品中运用。

世界海事卫星通讯体系是世界上第一个全球性的移动事务卫星通讯体系。Inmarsat通讯体系根本是由四部分组成,即空间段、网络和谐站(Network Coordination Station)、卫星地上站(Land Earth Station)和卫星船站(Mobile Earth Station)。IDP680即为卫星船站。发送信息经卫星地上站处理后经专用网关转发至用户服务器供用户剖析运用。终端建议通讯流程如图5所示。

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IDP680为用户供给了4个可装备I/O口以及1路RS232、1路RS458串口便利用户集成运用。其接口界说图略——编者注。

装备卫星通讯模块运用中止方法接纳MCU经过串口传输过来的数据。校验正确后,卫星通讯模块履行发送数据功用。用户发送的长途指令,卫星通讯模块接纳后经过串口传输至MCU,MCU运用中止方法处理串口传输过来的数据。校验正确后,履行相应的指令动作。

2.5 数据存储模块

数据存储选用了1片1 M x 16位的SST25VF016B芯片。上传的定位数据包为27个字节,一共能够存储(2x 1 024×1 024)/27=77 672条定位数据。依照每分钟存储一条定位数据的频率,合计能够存储77 672/(60×24)=53天的定位数据。

3 体系软件规划

3.1 软件全体规划

体系硬件规划完结之后,就要进行软件的规划。对软件相同选用模块化的规划思维。软件方面首要包含了主程序模块、GPS定位数据收集模块以及无线通讯模块。卫星通讯模块具有二次开发功用,还需对卫星通讯模块进行专门的规划。体系软件丁作流程如图6所示。

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3.2 STM32F103VCT6的发动/UART运用进程

STM32F103VCT6芯片选用了Cortex-M3内核,而且ST公司供给的固件库中包含了发动文件“stm32f10x_vector.s”。Cortex—M3内核复位后,会主动从开始地址的下一个32位空间取出复位中止进口向量,跳转履行复位中止服务程序。STM32F103VCT6的发动首要包含初始化堆和栈、向量表的界说和搬运、初始化中止寄存器以及跳转进入main主函数几个进程。流程如图7所示。

STM32F103VCT6的串口运用首要包含发动外设时钟、装备NV%&&&&&%、装备GPIO口、装备串口、初始化串口、使能收发中止、使能串口几个进程。流程如图8所示。

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3.3 卫星通讯模块软件规划

卫星通讯模块的串口装备状况如下:波特率设置为9 600 bps;数据位为8;校验位设置为“None”;中止位为1。

卫星模块独自选用Lua言语进行开发。Lua是一个细巧的脚本言语。该言语是针对嵌入式运用程序规划的,能为运用程序供给灵敏的扩展和定制功用。Lua体积小、发动速度快,然后合适嵌入在其他程序里。

运用LUA言语开发的卫星通讯模块部分源代码略——编者注。

3.4 信息软件渠道规划

CS监控渠道是用户设备与监控中心的信息软件渠道。监控软件渠道能够动态展示船只的实时方位状况,一起能够对船只进行办理。

CS软件渠道首要起到如下效果:对船只进行盯梢定位,了解船只的作业状况;查询海图某点处的详细地舆状况,包含海水深度、潮高级;间隔测算。

4 测验效果

本文用深圳市内5个地址作为测验样本进行验证性测验试验。用定位精确性、长期回传数据安稳性来点评规划的功能。验证时,让本体系在每个地址至少作业1天以上。

一起检测实时数据上传的精确性与Flash傍边存储数据的精确性。现经过服务器接纳到的地址1的部分定位数据作为比如阐明定位的精确性,如图9所示。

依据IDP卫星通讯模块的远洋船只实时监控体系

提取其间一条数据加以剖析。十六进制的数据如下:1 5 18 CE C9 F1 46 BD 60 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 4A A1 78 67 F0 35。

对应的ASCII码表明的数据如下:\15\18\CE\C9\F1F\BD\00\00\00\00\00\00\00\00\00\00J\A1xg\F05依照协议,纬度为有符号整数,其用补码表明,转为十进制数值后除以60 00。即得纬度数值。其间,正数表明北纬,负数表明南纬,转化时留意符号位的存在。经度为有符号整数,其用补码表明,转为十进制数值后除以60 000即得经度数值。其间,正数表明东经,负数表明两经,转化时留意符号位的存在。

本例中,纬度=(146BD6)h/(60 000)d=1 338 326/60 000=22.30543°。经度核算时,需取后边25个位000011001111111000000110101)b=6811701d,经度=6 811 701/60 000=113.528 35°。经剖析知,此方位正是深圳市南山区马家龙工业区测验地址1处,和实践地址的差错在15 m规模之内。经剖析5个地址的测验数据,都在差错规模之内。

经至少一周时刻的测验,每个测验点的回传数据安稳且接连,未呈现数据丢掉的现象。证明了该体系的长期作业安稳性。

结语

远洋船只监控体系使航运界对远洋船只监控的要求变成了实际,奠定了海洋信息化的根底。体系研究效果将有力地促进我国航运业的科学技术进步,大大加速海洋运输业的信息化进程。

体系实时在线监控形式极大提升了对远洋船队的安全监控与搜救才能,然后明显降低了海难事端产生的几率,减少了海难形成的丢失;体系效果可推广运用至船只节能减排、海洋环保等方面,推动了航运业的可持续发展进程。

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