人员落水定位装置硬件设计与实现

1、人员落水定位装置硬件设计与实现重要性出发，摘要：本文从海上救生的迫切性、 应用射频技术、 GPS 技术和单片机技术研制出了一种 基于 GPS 卫星导航系统研发的海上救生示位装置， 实 现了落水人员漂移轨迹实时跟踪等功能，解决了一直 困扰着我国海上搜救“听不见落水人员报警”和“找 不到落水人员位置”的难题。号： V244.21+5 文献标志码： A 文章编关键词：GPS;海上搜救；实时跟踪 中图分类号： 1674-9324（2014）49-0075-02 人类步入海洋世纪后，随着世界经济一体化和信 息全球化进程的加快， 国际航运事业得到飞速的发展， 海洋经济已经成为国民经济的重要组成部分，我国沿

2、 海省市都把海洋经济作为新的战略重点。然而，伴随 而来的是海上和水上险情和事故的多发，海难事故发 生概率也在不断增加。据统计，全世界每年约有 10 万人在海难事故中丧生。 2011 年，中国海上搜救中心 共接报、处置水上险情 2177 起，组织、协调船艇 8600 艘次、飞机 402 架次参加海上搜救行动，成功搜救海 上遇险船舶 1721艘、人员 18712 人，搜救成功率达96.7%。海上救生的成功与否不仅直接关系到无数个 家庭的幸福，而且关系到军队的战斗力，甚至会影响 我国的国际形象和国家海上安全环境。一、海上救生的难点由于海上事故的突发性，海上救生存在其独有的 难点。首先，人员落水后受风

3、向、海流、海潮等因素 影响，位置随海浪不断移动呈动态分布，且漂流方向 无任何规律可循。其次，由于船只可能要在夜间、大 雾等情况下航行，当船员落水时，很难用肉眼搜寻到 落水人员。再次，受气象、海况等影响，普通搜救船 只难于出动，即便出动也无法迅速、准确地找到落水 人员的位置。最后，海上受多种因素影响，落水人员 生存能力有限。在低温海水中浸泡易造成冻僵。如水 温OC时，人仅能存活15分钟；水温5C时，人能存 活1 小时左右。同时，在海洋中极易受某些生物伤害， 如鲨鱼、蛇、水母、章鱼、有毒鱼类等，造成落水人 员伤亡。二、基于射频与 GPS 技术的落水人员定位系统设计1.系统及模块的主要功能。基于射频

4、与 GPS 技术 的落水人员定位系统整体上包括用户终端、基站、控 制台三部分组成。终端主要完成对佩戴者当前安全状态的监测和船员位置信息的获取和传输。基站负责对 用户终端进行寻呼，并接收终端传来的位置信息。同 时，利用基站部分的 GPS 模块，对基站当前信息进行 实时更新并发送给控制台。当基站把基站坐标信息和 落水人员的坐标信息发到控制台后，电子海图系统软 件将显示落水人员的识别号和状态， 当有事故发生时， 显示事故发生时的船速、人员落水时间长短、人员落 水点的方位和距离以及本船的运动轨迹描，以辅助搜 救。系统工作流程图如图 1 所示。nRF224L01I=L2.系统模块设计。用户终端设计。用户

5、终端主 要由 GPS 模块、射频模块、控制模块组成，结构图如 图 2 所示。当船员在工作时， 终端的 GPS 模块会实时 的获取当前船员的位置坐标，并将位置坐标通过串口 传送给 STM8 单片机，单片机接收到 GPS 传来的信息 后，对数据进行解析，得到所需的信息，并加上相应 终端的 ID 号。当基站向终端发出索要船员信息的信息 号时，终端将与基站建立连接。终端通过 无线收发模块接收基站发来的数据， 并将自身的 ID 号 与基站要求的 ID 进行匹配，如果匹配成功， 那么终端 将解析好的数据包发送给基站，否则不发出。基站 设计。基站在船头和船尾各有一个，两个基站能够同 时接收射频模块发出的数据

6、，其构造完全相同。基站 每隔 5S 按顺序寻呼各个终端，便于与终端建立连接， 终端和基站建立连接后，基站通过无线接收模块接收 终端发来的信息。由于基站距离控制台较远，所以 STM8 单片机首先通过 max485 实现数据的远距离传 输，然后用 485转 232模块将数据送入控制台主机。 基站组成框图如图 3 所示。三、客户端与基站通讯协议的设计 基站与客户端通信采用的是基站寻呼客户端的方 式，因此，客户端与基站之间的通信协议至关重要。 本系统中，协议工作方式如图 4 所示。整个装置工作时，终端一直处于监听状态，当收 到基站发送来的 ID 信息时，终端将自动检测是否与自 身的 ID 匹配，如果匹

7、配， 则将船员的位置信息发送给 基站，否则一直处于监听状态。用户终端触发器是系统最重要的部分，作为手持 设备，应做到体量轻、易携带、低成本、低功耗等。 另外，由于海洋环境和船舶材质的特殊性，通信质量 不如地面，因此，选择器件和电路设计时应以保证通 信质量为前提，减少误报警的发生。四、系统优化 对于射频通信距离的提高在本装置中至关重要， 当船员落水时间相对较长时，如果射频模块通信距离 太近，则可能发生船员落水了但是无法获得船员状态 信息的情况。本系统斯普莱 WFS-5800SPL9 栅格室外 天线(如图 5)为全向天线， 工作带宽 125MHz ，频率 范围57255850MHz,最大功率100W,工作温度 -30C50C,工作湿度10%95%,天线的工作环境 很适合在船舶中工作。通过多次测量，射频的通信距 离最远达 1000m。参考文献： 1 李航,陈后金.物联网的关键技术及其应用前景J.中国科技论坛，2011, (001): 81-85.2 王暖堂，贾向斌，薛进庆.GPS相对定位原理探 讨J.中国科技博览，2012，( 9): 12