一种基于无线传感技术的智能船载obu的制作方法

一种基于无线传感技术的智能船载obu的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种基于无线传感技术的智能船载OBU，是一个采用无线传感网技术进行船舶定位及身份识别的船载终端设备，所述船载终端设备由RFID模块、卫星定位模块、无线自组网模块、主控模块、电源模块以及人机交互模块组成。智能自组网技术采用了IPv6通信协议进行数据的封装处理，通过这一无线传感网技术，将船舶的定位和身份数据传输至计算机系统，为业务软件提供基础数据支撑。计算机系统通过对船舶卫星定位和身份识别数据的处理，实现船舶的实时定位跟踪、轨迹查询和身份识别等功能，为改进内河船舶的远程监管、提升内河船舶航运的信息化管理和服务水平起到重要推动作用。
【专利说明】一种基于无线传感技术的智能船载OBU

【技术领域】
[0001]本发明公开了一种基于无线传感技术的智能船载0BU，涉及船舶定位装置及身份识别的【技术领域】。

【背景技术】
[0002]目前航道中主要使用的身份识别及定位技术主要为两种，一是GPS导航仪，另一个是AIS船舶自动识别系统，另还有诸如RFID等系统与以上系统共存于航道中。
[0003]GPS系统同时跟踪3颗或者4颗卫星信号，测定到达卫星的距离，实现实时、连续、全球高精度定位，GPS导航仪采用现代电子计算机技术实时计算并显示航速、航向、航迹偏差及风、流压差，具有设置航路点、计划航线、显示到达航路点的距离和时间等导航功能，但GPS系统无法进行有效的全面监管，给相关管理部门造成相当的烦恼。
[0004]AIS系统是由岸基设施和船载设备共同组成，是集网络技术、现代通讯技术、计算机技术及电子信息显示技术为一体的数字助航系统和设备。AIS配合GPS将船位、船速、改变航向率及航向等船舶动态结合船名、呼号、吃水及危险货物等船舶静态资料由甚高频(VHF)频道向附近水域船舶及岸台广播，使邻近船舶及岸台能及时掌握附近海面所有船舶之动静态资讯，得以立刻互相通话协调，采取必要避让行动，对船舶安全有极大帮助。但是AIS采用了外部供电方式，容易被船民主动断电逃避监管。且系统主要建设在沿海和大江大河边，内河航道基站数量偏少，无法形成有效的网络覆盖进行相应的监控。同时AIS设备造价昂贵，系统操作复杂，无法在内河航道的船民中进行大范围的推广。
[0005]此外，RFID等系统与以上各系统共存于航道中，为各地的船民提供便利。但是，这些系统功能不一，各有各的缺点，单独使用某套设备无法满足所有需求，而同时使用所有设备成本又过于高昂。
[0006]OBU (On board Unit,车载单兀)是米用 DSRC (Dedicated Short RangeCommunicat1n)技术,与RSU进行通讯的微波装置。OBU与架设的路测单元(RSU-Road SideUnit)，相互之间通过微波进行通讯。车辆高速通过RSU的时候，OBU和RSU之间用微波通讯，进行信号交流。通常有效的通信距离为十几米，工作频率最高为5.SGHz0这种现有技术中常见的车辆使用0BU，受到通信距离的限制，只能简单的应用在高速公路收费之类的短距离触控环境，并不适用于水面船只的使用。同时，现有技术中的车载OBU功耗较大，使用电池供电需要经常更换电池，给使用带了不便之处；并且，将现有的车载OBU技术应用于船载环境中，将不可避免的面对防震、防水、防尘、防晒等使用环境的问题，现有技术无法应对这样高要求的使用环境。


【发明内容】

[0007]本发明所要解决的技术问题是:针对现有技术的缺陷，提供一种基于无线传感技术的智能船载OBU卫星定位装置，所述装置有效的将北斗/GPS双模定位、RFID与自组网结合，采用IPv6自组网的方式采集数据，传输距离可达5公里左右，通过智能控制的方式控制OBU终端定位功能的工作及休眠，减少无谓的电量损耗，实现超低功耗，在仅仅依靠电池供电的情况下可使用三年以上，同时具备防拆卸及全自动运行免维护的特性。
[0008]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
一种基于无线传感技术的智能船载0BU，包括主处理器以及与所述主处理器相连接的RFID模块、卫星定位模块、无线自组网模块、电源模块，其中:
所述RFID模块通过射频识别技术用以实现身份识别；
所述卫星定位模块包括经由天线切换开关相互连接的GPS定位模块和北斗定位模块，用以接收卫星定位数据；
所述无线自组网模块包括RF电路和天线，利用无线传感网络技术进行数据传输，用以处理和传输OBU终端的信息；
所述电源模块包括内置电池盒和电源管理电路，电池盒的输出端经过电源管理电路与主处理器相连接，实现内置电池供电功能，当所述基于无线传感技术的智能船载OBU处于通信过程中时，利用射频电路的工作时间进行数据的传输，其它时间主处理器控制基于无线传感技术的智能船载OBU处于网络监听状态和休眠状态。
[0009]作为本发明的进一步优选方案，所述自组网系统模块中采用IPv6协议或者IPv4协议进行数据传输。
[0010]作为本发明的进一步优选方案，所述一种基于无线传感技术的智能船载OBU包括人机交互模块，所述人机交互模块包括分别与主处理器连接的LED状态指示、通用异步收发传输器或者TTL接口或者RS232接口以及调试测试接口。
[0011]作为本发明的进一步优选方案，所述电源模块还包括与电源管理电路相连接的供电航空插头。
[0012]作为本发明的进一步优选方案，组成所述船载OBU的电器模块和设备元件均设置于安装体内，所述安装体包括相互封闭连接的半球型内层壳体上部和与其尺寸相对应的圆柱形内层壳体下部，在所述内层壳体上部的外侧还设置有半球形的外壳，在所述内层壳体下部内还固定设置有电路模块安装支架，内层壳体下部的外侧下表面连接底部钣金件；
其中，所述电路模块安装支架上分别设置有通过主处理器相互连接的RFID模块、卫星定位模块、无线自组网模块、电源模块以及人机交互模块。
[0013]作为本发明的进一步优选方案，所述底部钣金件与内层壳体下部底端连接处还设置有第一防拆装置，所述第一防拆装置由防拆磁铁、霍尔传感器或者干簧管组成，霍尔传感器或者干簧管设置于电路模块安装支架上，当防拆磁铁与霍尔传感器或干簧管的距离发生改变时，触发报警信号；
在所述电路模块安装支架上还连接有微动开关，所述微动开关设置于电路模块安装支架和防水盒套之间，且处于被按压状态，当防水盒套被拆除时，微动开关的动作簧片产生动作，触发报警信号。
[0014]作为本发明的进一步优选方案，所述内层壳体下部的底部设置有排水孔，所述内层壳体顶部设置有排气孔。
[0015]作为本发明的进一步优选方案，所述底部钣金件为长方形，长方形的两端设置成向上翻起的翻边，与之相对应的，所述内层壳体下部底端的对应位置设置有容纳翻边的凹槽。
[0016]作为本发明的进一步优选方案，所述电路模块安装支架上还安装有防水盒套，所述防水盒套与电路模块安装支架密封连接，将电路模块包裹在其中。
[0017]作为本发明的进一步优选方案，在内层壳体上部与外壳的连接处，设置硅胶堵头封闭连接处的缝隙。
[0018]作为本发明的进一步优选方案，在所述电路模块安装支架上还分别设置有温度、湿度和气体传感器，所述传感器与主处理器相连接，传感器监测对应的环境参数，当实时检测到的环境参数超过设定的阈值时，通过主处理器，触发报警信号。
[0019]本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:所述基于无线传感技术的智能船载OBU系统采用自组网技术，具有智能化的电源管理和休眠机制。OBU在通信的过程中，能够有效的利用射频工作时间进行数据的传输，在毫秒级别即可将数据处理并传输完成，其它时间处于网络监听状态和休眠状态，大大减少电量的消耗；并且主芯片采用了超低功耗的CPU，具有快速启动和休眠的特性，有效的减少电量的消耗，从而实现了电池供电的超低功耗技术。
[0020]基于无线传感技术的智能船载OBU射频部分利用了最新的调制技术开发出了超远距离无线通信产品，可将传输距离大幅提升，远胜于交替调制的方法，通过实地现场测试，传输距离基本在3-5公里范围，可以大幅减少基站的建设数量，简化系统设计，降低建设成本。同时，所述基于无线传感技术的智能船载OBU具有防震、防水、防尘等功能，能够适应船上恶劣的环境。

【专利附图】

【附图说明】
[0021]图1是本发明的产品结构示意图，
其中:1、内层壳体上部，2、内层壳体下部，3、外壳，4、底部钣金件，5、电路模块安装支架，6、硅胶堵头。
[0022]图2是本发明的硬件电路连接示意图。

【具体实施方式】
[0023]下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0024]本【技术领域】技术人员可以理解的是，本发明中涉及到的相关模块及其实现的功能是在改进后的硬件及其构成的装置、器件或系统上搭载现有技术中常规的计算机软件程序或有关协议就可实现，并非是对现有技术中的计算机软件程序或有关协议进行改进。例如，改进后的计算机硬件系统依然可以通过装载现有的软件操作系统来实现该硬件系统的特定功能。因此，可以理解的是，本发明的创新之处在于对现有技术中硬件模块的改进及其连接组合关系，而非仅仅是对硬件模块中为实现有关功能而搭载的软件或协议的改进。
[0025]下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
本发明的产品结构示意图如图1所示，所述基于无线传感技术的智能船载0BU，包括相互封闭连接的半球型内层壳体上部和与其尺寸相对应的圆柱形内层壳体下部，在所述内层壳体上部的外侧还设置有半球形的外壳，在所述内层壳体下部内还固定设置有电路模块安装支架，内层壳体下部的外侧下表面连接底部钣金件。本发明设计为双层保护壳体，由防水盒套与电路模块安装支架密封连接组成内层承担了所有防水防尘的问题，完全封闭，并且尽量包裹住内部架构，以保证所有器件的正常运转；外壳和内层之间则是开放式设计，内层壳体顶部按照空气动力学的理论排布了一片排气孔，帮助平衡产品的温度，最外壳底部设置了多个排水孔，保证进水后可以全部漏出。
[0026]基于无线传感技术的智能船载OBU的双层外壳设计将有效的保障产品的温度不会太高也不会太低。产品内壳和外壳之间有一定的开放空间，以便空气可以自由流动。外壳的设计为伞状，一来可以保护内壳被砸，另一个非常重要的作用就是有效地挡住内壳直接受到的日照，降低内部温度。另外基于无线传感技术的智能船载OBU采用的圆顶外壳设计，也保障了最大限度阻挡阳光照射面积。
[0027]作为本发明的进一步优选方案，所述底部钣金件为长方形，长方形的两端设置成向上翻起的翻边，与之相对应的，所述内层壳体下部底端的对应位置设置有容纳翻边的凹槽。更进一步的，本发明设置了内、外两套防拆卸机关，与之对应的增加设置有报警模块。
[0028]所述防拆卸机关具体包括:一、底部钣金件与内层壳体下部底端连接处设置有第一防拆装置，所述第一防拆装置由防拆磁铁、霍尔传感器或者干簧管组成，霍尔传感器或者干簧管设置于电路模块安装支架上，当防拆磁铁与霍尔传感器或干簧管的距离发生改变时，触发报警信号；二、在所述电路模块安装支架上还连接有微动开关，所述微动开关设置于电路模块安装支架和防水盒套之间，且处于被按压状态，当防水盒套被拆除时，微动开关的动作簧片产生动作，触发报警信号。
[0029]底部钣金件的翻边设计，一方面增加整个钣金底板的被掰弯的难度系数；另一方面防止因船体震动与碰撞导致的支架变形。此外，底部钣金件也设计的尽量接近地面，从而产品底壳整体偏下，为产品内部争取最大空间体积。防拆卸机关的设置和翻边连接的加固方式，有效地防止了用户拆卸、混用、盗用等问题。
[0030]在本发明的一个具体实施例中，内层壳体上部、内层壳体下部、夕卜壳以及电路模块安装支架的材料均为ABS，底部钣金件的材料为碳素结构钢Q235。这些材料的使用，满足了防震、防水、防尘的环境要求，适应船上恶劣的环境，使得船舶在运行过程中遇到的震动冲击、高温高湿以及特殊的大气污染环境不会影响产品的正常工作。
[0031]本发明的硬件电路连接示意图如图2所示，包括卫星定位模块、无线自组网模块、RFID模块、电源模块以及人机交互模块。
[0032]本发明中，卫星定位电路设计部分包括经由天线切换开关相互连接的GPS卫星定位模块和北斗卫星定位模块，所述天线切换开关的输入端和第一天线相连接，天线切换开关的输出端与主处理器相连接。在卫星定位模块中，采用北斗/GPS双模定位方式，集成在OBU中的卫星定位芯片通过采集北斗/GPS双模的卫星定位数据，实现对内河船舶的实时定位。
[0033]本发明中，无线自组网模块包括由第二天线和RF电路组成的射频电路，所述第二天线经过RF电路与主处理器相连接，实现信号通信的传输。基于无线传感技术的智能船载OBU射频部分利用最新的调制技术开发出的超远距离无线通信产品，其特点就是可将传输距离大幅提升，远胜于交替调制的方法。基于无线传感技术的智能船载OBU使用的通信技术大幅延长了传输距离，通过实地现场测试，传输距离基本都在3飞公里范围，能够稳定的传输数据。由于传输距离增加，可以大幅减少基站的使用，简化了系统设计，从而大幅降低成本。
[0034]本发明中，RFID电路与主处理器相连接，实现身份识别。RFID电路主要用于身份识别标志，存储船舶的基本数据，通过和智能自组网无线技术的结合，与便捷过闸系统(水上ETC)对接，兼容现有的内河船舶过闸自动收费系统。身份识别模块使得基于无线传感技术的智能船载OBU设备不仅具有监管跟踪功能，船员还可以使用ETC便捷过闸系统，实现不停靠、不上岸就能自动申请过闸；将船舶管理与船员利益有效的结合起来，不仅让管理者喜欢这样的设备，同时也让船员使用起来非常便利，通过OBU系统达到双赢的效果。
[0035]本发明中，电源模块包括电池盒和电源管理电路，电池盒的输出端经过电源管理电路与主处理器相连接，当所述基于无线传感技术的智能船载OBU处于通信过程中时，利用射频电路的工作时间进行数据的传输，其它时间主处理器控制基于无线传感技术的智能船载OBU处于网络监听状态和休眠状态。基于无线传感技术的智能船载OBU采用的无线自组网技术，具有智能化的电源管理和休眠机制。OBU在通信的过程中，能够有效的利用射频工作时间进行数据的传输，在毫秒级别即可将数据处理并传输完成，其它时间处于网络监听状态和休眠状态，这样大为减少电量的消耗。另外，基于无线传感技术的智能船载OBU作为内河船舶用的设备，根据内河船舶的航行特点，通过船舶位置变化，针对不同的航行状态和区域，可以智能调整数据传输周期，减少无谓的电量损耗。同时，系统主芯片采用了超低功耗的CPU，具有快速启动和休眠特性。能够有效的节约工作状态切换时间，有效的减少电量的消耗。
[0036]本发明中，人机交互模块包括与主处理器相连接的调试测试接口，还包括通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, UART)或者 TTL 接口或者RS232接口。UART是一种通用串行数据总线，用于异步通信。该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收。在嵌入式设计中，UART用来实现主机与辅助设备通信。TTL( TransistorTransistor Logic)即晶体管-晶体管逻辑，TTL电平信号由TTL器件产生。TTL器件是数字集成电路的一大门类，它采用双极型工艺制造，具有高速度、低功耗和品种多等特点。RS232接口是个人计算机上的通讯接口之一，由电子工业协会(Electronic IndustriesAssociat1n, EIA)所制定的异步传输标准接口。通常RS-232接口以9个引脚(DB-9)或是25个引脚(DB-25)的型态出现。
[0037]采用自组网的方式采集数据，不仅在功耗上大大降低，在产品成本上有得到了很好控制。采用自组网的结合定位的方式，解决了需要外部供电的依赖，采用内部电池供电；使得船员无法破坏定位系统，保证船舶一直处于有关部门的监管之中。船载OBU采用了智能自组网通信技术，能够在船舶航行进入OBU基站信号覆盖范围内自动验证接入网络进行数据通信。另外，根据船舶的位置状态信息，在过闸、停靠、正常航行等不同的航行模式下，船载OBU能够自动判断当前所处的模式，对系统运行方式进行智能切换，实现系统的智能化工作管理，有效的提升系统的效率和节约电池的消耗。
[0038]作为本发明一个具体实施例的优选方案，所述主处理器为低功耗CPU，所述自组网系统模块中采用IPv6协议进行数据传输。主要针对的是基于无线传感技术的智能船载OBU产生的终端数据至OBU基站无线通信部分。该方式使得自组网的节点数可以不受限制进行扩充，有效的利用IPv6丰富的网络地址和无状态自我配置的技术特性，实现基于无线传感技术的智能船载OBU作为末端的网络节点可以规模化的应用。
[0039]作为本发明的进一步优选方案，所述电源模块还包括与电源管理电路相连接的供电航空插头。根据本发明独特的智能自组网和船联网技术，基于无线传感技术的智能船载OBU采用了电池供电，以及可选航空插头供电，保证了产品的稳定运行。
[0040]作为本发明的进一步优选方案，在所述电路模块安装支架上还分别设置有温度、湿度和气体传感器，所述传感器与主处理器相连接，传感器监测对应的环境参数，当实时检测到的环境参数超过设定的阈值时，通过主处理器，触发报警信号。
[0041]基于无线传感技术的智能船载OBU的实现原理可以概括为由三个关键功能模块组成:智能自组网无线传输模块、北斗/GPS双模卫星定位模块、RFID模块，三个模块的作用分别如下:
智能自组网:作为系统的最基本部分，是OBU终端的“大脑”，负责OBU终端中各种信息的处理和传输。
[0042]卫星定位模块:接收卫星定位数据，通过智能自组网发送至与所述基于无线传感技术的智能船载OBU组成系统配合使用的OBU岸基基站，由OBU岸基基站将数据传输至数据中心。
[0043]RFID模块:提供船舶的身份信息，用于对船舶的身份识别。同时兼容便捷过闸系统，实现水上ETC快速过闸。
[0044]通过在基于无线传感技术的智能船载OBU中嵌入常用的导航芯片，接收导航卫星的定位数据，结合OBU内置的RFID信息，一起经由智能自组织网络，发送至岸上的OBU基站，由OBU基站通过有线或无线网络传输至数据中心的采集服务器中，将数据存储至数据库作为船舶的原始基础信息。通过该基础数据，采集服务器可为GIS提供定位数据实现船舶定位功能；为水上ETC业务收费软件提供船舶身份数据实现自动收费功能；也可为其它业务软件提供船舶的相关信息，为开展水上安全执法，远程调度管理提供了基础数据和技术支撑。
[0045]上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于无线传感技术的智能船载OBU，其特征在于:包括主处理器以及与所述主处理器相连接的RFID模块、卫星定位模块、无线自组网模块、电源模块，其中: 所述RFID模块通过射频识别技术用以实现身份识别； 所述卫星定位模块包括经由天线切换开关相互连接的GPS定位模块和北斗定位模块，用以接收卫星定位数据； 所述无线自组网模块包括RF电路和天线，利用无线传感网络技术进行数据传输，用以处理和传输OBU终端的信息； 所述电源模块包括内置电池盒和电源管理电路，电池盒的输出端经过电源管理电路与主处理器相连接，实现内置电池供电功能，当所述基于无线传感技术的智能船载OBU处于通信过程中时，利用射频电路的工作时间进行数据的传输，其它时间主处理器控制基于无线传感技术的智能船载OBU处于网络监听状态和休眠状态。
2.如权利要求1所述的一种基于无线传感技术的智能船载0BU，其特征在于:组成所述船载OBU的电器模块和设备元件均设置于安装体内，所述安装体包括相互封闭连接的半球型内层壳体上部和与其尺寸相对应的圆柱形内层壳体下部，在所述内层壳体上部的外侧还设置有半球形的外壳，在所述内层壳体下部内还固定设置有电路模块安装支架，内层壳体下部的外侧下表面连接底部钣金件； 其中，所述电路模块安装支架上分别设置有通过主处理器相互连接的RFID模块、卫星定位模块、无线自组网模块以及电源模块。
3.如权利要求1所述的一种基于无线传感技术的智能船载0BU，其特征在于:所述自组网系统模块中采用IPv6或者IPv4协议或者进行数据传输。
4.如权利要求1所述的一种基于无线传感技术的智能船载0BU，其特征在于:所述电源模块还包括与电源管理电路相连接的供电航空插头。
5.如权利要求1所述的一种基于无线传感技术的智能船载0BU，其特征在于:还包括人机交互模块，所述人机交互模块包括分别与主处理器连接的LED状态指示、通用异步收发传输器或者TTL接口或者RS232接口以及调试测试接口。
6.如权利要求1或2所述的一种基于无线传感技术的智能船载0BU，其特征在于:所述内层壳体下部底端还设置有第一防拆装置，所述第一防拆装置由防拆磁铁、霍尔传感器或者干簧管组成，霍尔传感器或者干簧管设置于电路模块安装支架上，当防拆磁铁与霍尔传感器或干簧管的距离发生改变时，触发报警信号； 在所述电路模块安装支架上还连接有微动开关，所述微动开关设置于电路模块安装支架和防水盒套之间，且处于被按压状态，当防水盒套被拆除时，微动开关的动作簧片产生动作，触发报警信号。
7.如权利要求2所述的一种基于无线传感技术的智能船载0BU，其特征在于:所述电路模块安装支架上还安装有防水盒套，所述防水盒套与电路模块安装支架密封连接，将电路模块包裹在其中。
8.如权利要求2所述的一种基于无线传感技术的智能船载0BU，其特征在于:所述底部钣金件为长方形，长方形的两端设置成向上翻起的翻边，与之相对应的，所述内层壳体下部底端的对应位置设置有容纳翻边的凹槽。
9.如权利要求2所述的一种基于无线传感技术的智能船载0BU，其特征在于:所述内层壳体下部的底部设置有排水孔，所述内层壳体顶部设置有排气孔。
10.如权利要求2所述的一种基于无线传感技术的智能船载OBU，其特征在于:在内层壳体上部与外壳的连接处，设置硅胶堵头封闭连接处的缝隙。
11.如权利要求2所述的一种基于无线传感技术的智能船载OBU，其特征在于:在所述电路模块安装支架上还分别设置有温度、湿度和气体传感器，所述传感器与主处理器相连接，传感器监测对应的环境参数，当实时检测到的环境参数超过设定的阈值时，通过主处理器，触发报警信号。
【文档编号】B63B49/00GK104176206SQ201410445306
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年9月3日 优先权日:2014年9月3日
【发明者】刘维超 申请人:南京诺依曼智能科技有限公司