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1、青岛理工大学毕业设计（论文）摘 要我国是世界上河流众多的国家之一，数量多，流程长，而且很多河流水域具有重要的航运价值。然而我国许多河流一年之中水位变化频繁，水位发生变化后，指示航标极易偏离初始位置，无法准确指示航道位置，影响航行、人身及财产安全。为了提高航标维护人员的工作效率，降低人工维护成本，遥测遥控无人值守的自动航标系统的研究应用势在必行。本文主要研究了基于GSM短消息服务功能、GPS定位系统的遥控遥测航标系统的设计与应用。本设计中，采用模块化的设计思想，将整个系统分为控制中心和航标船两个子系统，分别对控制中心的水位监测单元，报警单元和航标船的中心处理单元，供电单元，动力制动单元，GPS定
2、位单元，船体故障检测单元以及连接二者的GSM无线通信单元从方案可行性，到电路设计，再到程序设计作了详细的研究与分析，最终完成了整个的设计。该系统通过监控中心实时检测河流水位异常信息，通过GSM网络的短信功能，将异常信息发送给航标船。航标船接收异常信息，根据水位信息作出相应的调整，保证船体始终能够正确导航。关键词：航标船,遥控遥测,GSM,GPSABSTRACTChina is one of the countries that have many of rivers in the world not only the huge number, but also the long process
3、. Many of them have the important value in shaping. However , the level of these rivers changes frequently in a year, making the indicating mark deviates from the initial position highly, so the indicating mark can not indicate the accurate channel position ,probably affecting navigation ,personal a
4、nd property safety. In order to improve the navigation aid maintenance personnels working efficiency and reduce artificial maintenance costs, the research and application of automatic navigation system of remoting unattended is imperative.This paper mainly studies the design and application of remot
5、e control and telemetry navigation system of GPS positioning system,based on the GSM short message service function.This design adopts the idea of modular design,and the whole system is divided into the control center and the navigation mark ship two subsystems,this design respectively research on w
6、ater level monitoring unit of control center, an alarm unit and the central processing unit of the navigation mark ship, power supply unit, dynamic braking unit,GPS positioning unit, The fault detection unit of the ship and the GSM wireless communication unit connected between them,from the feasibil
7、ity of the scheme, the circuit design, and then to the program design makes a detailed research and analysis, and finally finished the whole design.The system through the control center detects the abnormal information of river water level real time,sends the abnormal information to the navigation m
8、ark ship through the GSM network short message function.when navigation mark ship receives the abnormal information,it will adjust the water level information according to the water level information, to ensure correct navigation all time.KEY WORDS: buoy boat, telemetry and remote control , GSM ,GPS
9、目 录第1章 绪论11.1 遥控遥测简介11.2 测量与控制中数据通信的要求11.3 遥测遥控航标的研究背景21.4遥测遥控航标设计任务2第2章 遥测遥控航标系统分析32.1 系统结构功能分析32.1.1 监控中心32.1.2 航标船42.2 方案可行性分析62.2.1 中心处理单元的选择62.2.2 GSM无线通信模块的选择72.2.3 GPS模块的选择9第3章 系统电路设计103.1 航标船系统电路设计103.1.1 中心处理单元103.1.2 航标船供电模块的设计123.1.3 航标船动力、制动模块的设计133.1.4 GSM无线通信模块143.1.5 GPS电路的设计183.1.6 船
10、体故障检测单元193.2 监控中心系统电路设计213.2.1报警电路设计213.2.2水位监测单元21第4章 系统软件程序设计234.1系统软件开发平台234.2系统整体设计流程234.3模块化程序设计244.3.1水位检测子程序设计254.3.2 GSM通信子程序设计264.3.3 船体故障子程序设计274.3.4 GPS模块子程序设计28第5章 结论29致谢30参考文献31附录 36第1章 绪论1.1 遥控遥测简介遥控技术是指对受控对象进行远距离控制和监测,利用自动控制技术、通信技术的一项综合性技术。遥测是对空间上有一定距离的被测对象上的参数进行测量的技术与过程。数据传输是遥控的一项关键技
11、术。有线遥控传输采用电缆、屏蔽线或光导纤维传输，抗干扰性强，但是灵活性差，只能用于固定的对象的测量。无线遥控采用无线电波，灵活性强，可以用于活动对象的测量。遥控常采用多路传输方式，多路传输可用时分、频分与码分。遥控信号可采用数字信号或模拟信号。模拟遥控首先要模拟信号转换成适于在信道中传输的形式，可用于要求不高的场合。数字遥控可利用数字信号处理技术，相较于模拟方式，具有精确性好，可靠性高的性能优势。遥控遥测综合应用传感器、数据传输和信号处理等技术，发展迅速，应用性强。它最早出现在十九世纪初，从上世纪20年代开始，遥测遥控技术先后在军事，遥感遥测，航空航天等领域得到长足发展，到现在，更多民用设备也
12、已经采用遥测遥控技术。 遥控遥测系统发展趋势主要集中在以下几方面: 首先要提高系统的适应能力，以满足各种不同用途的需要。通过发展一种灵活通用的可编程序遥控系统，随时改变系统的工作状态，以满足不同用途的需要。其次，采用先进的元器件及工艺设计，减小设备体积、重量，降低成本及系统消耗，使系统可靠性得以提高。同时，遥控遥测技术在通信技术、传感器技术等基础上，应向多媒体、智能化的方向发展。1.2 测量与控制中数据通信的要求鉴于控制及测量的特殊性，其数据通信应具有如下要求1：（1）可靠性高。测量与控制中的数据通信的可靠性包含以下三个方面内容：a可用性好，网络自身故障率低。这样就要求网络设备质量高、平均故障
13、间隔时间长、应尽量避免故障的发生。b.容错能力强，网络局部单元出现故障，对整个系统的正常工作不产生影响。（2）响应快速、准确。这体现为对内部和外部事件能够快速的响应，并作出相应的处理。（3）环境适应能力强 ，即使在环境恶劣的情况下也能保证完整可靠的数据传输。 1.3 遥测遥控航标的研究背景 遥测遥控技术的发展，使得基于此项技术的应用逐渐普及，遥测遥控航标的设计及应用也得到长足发展。文献2提出了一种基于ZigBee的路由算法，实现了航标状态的远程监控。文献3提出了基于CDMA作为主通信网络，ZigBee作为无线通信传输单元，实现了航标的远程操控。文献4提出了通过北斗接收天线、北斗发射天线、北斗收
14、发处理模块、检测监控模块，设计了分体式遥测遥控航标系统。文献5提出了利用CPRS/CDMA无线通信网络和航标遥测遥控监控技术，实现相应区域航标的数字化管理。文献6对现有航标遥测遥控系统的应用现状进行分析与研究，依据新导则的相关规约和通信标准，实现遥测遥控航标系统的优化。1.4遥测遥控航标设计任务本设计的主要任务：合理分析系统功能，对系统每个单元模块的功能结构作出详细的分析，顺次完成设计方案的选择，电路的设计，再到软件部分的设计，实现整个遥测遥控航标系统的设计。本次设计的遥控遥测航标系统具有如下功能：当系统检测到水位变化超出设定值，监控中心根据当前水位变化计算相应的调整信息，并发送信息到航标船，
15、航标船接收信息并转发给中心处理单元；航标船中心处理单元应答指令，作出响应，同时航标系统GPS定位单元获得船体当前的经纬度信息。航标船中心处理单元将当前船体信息发送至监控中心，监控中心确认航标是否调整到预定位置。监控中心按照设定时间发送查询指令，航标船接收指令，并回复电流、电压、定位、漏水等故障信息。第2章 遥测遥控航标系统分析2.1 系统结构功能分析从整体来看，整个系统主要由两大部分组成，包括监控中心和航标船。整个系统结构组成可用图2-1来表示。下面来的章节具体介绍一下两部分的功能。异常报警单元水位监测单元中心处理单元GSM无线通信单元GSM无线通信单元中心处理单元供电单元动力制动单元故障检测单元GPS定位单元GSM网络监控中心航标船图2-1 系统结构功能示意图2.1.1 监控中心监控中心即位于近水附近的水位安全监测站。在本系统中，监控中心的主要功能如下：（1） 及时准确的检测水位变化，一旦水位发生变化，监控中心系统需要立即根据水位变化计算出航标需要调整的准确数据，如缆长收放的长度，航标船需要调整的位置信息，并立刻通过GSM网络向航标船发送指令，使其作出及时调整，确保航标船能够准确导航，避免发生意外。同
