多功能太阳能一体化航标灯研究与应用

论文摘要

随着我国水路运输系统的迅速发展,内河航运规模变得越来越大,航道监控不力带来的经济损失也日益严重。作为江河与海洋船舶航行的重要助航标志,航标灯为船舶安全便利地航行提供了信息服务。航标灯技术在水运业创造了巨大的安全效益,随着信息技术的发展,由早期的煤油航标灯到现在的太阳能航标灯,它的发展跟随社会的需求与科学技术的进步而进步。太阳能航标灯作为当前较先进的航标灯,仍存在功能单一、易被过往船舶撞损、需人工定期逐一检查、管理维护成本高等缺陷。如何实现航标灯工作状态的远程监测、避免被撞击以及被撞击后报警成为广大航道人员十分关注的问题。本课题提出多功能太阳能一体化航标灯设计：采用高精度的GPS伪距差分定位和温度补偿大量程超声波测距技术,实现防撞预警功能；结合GPRS无线通信技术与虚拟仪器技术实现故障远程监测的功能。这种航标灯设计为基于物联网的数字化航道的建设提供有效的参考方案,对航道的安全和管理信息化水平的提高具有重要意义。本课题主要工作如下：1)采用模块化的设计方法,基于低功耗的设计原则,对电源管理单元、前端数据采集单元、防撞预警单元、GPRS无线传输单元和可视化管理单元进行了详细的设计,并实现了对系统的低功耗控制。2)采用温度补偿大量程超声波测距方法,完成能准确快速的超声波测距功能的开发(20m量程)。3)采用GPS伪距差分定位新方法,减小定位误差,实现误差范围<3米的设计目标。4)采用GPRS无线传输技术完成超声波测距数据、GPS定位数据、航标灯工作状态数据的传输。5)在服务端上位机构建SQL数据库LabVIEW软件编写友好人机交互界面,建立远程监控中心软件系统,能实时、形象的显示航标灯状态的功能,并及时反映状态变化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 国内外研究状况及发展趋势
• 1.2.1 航标灯的发展状况
• 1.2.2 GPS差分定位技术的发展状况
• 1.2.3 超声波测距技术的发展状况
• 1.2.4 无线通信系统的发展状况
• 1.3 本课题研究内容、目标及论文组织结构
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究目标
• 1.3.3 论文组织结构
• 第2章 系统总体方案设计
• 2.1 系统设计原则
• 2.2 系统的总体结构与功能概述
• 2.2.1 电源管理单元
• 2.2.2 前端数据采集单元
• 2.2.3 防撞预警单元
• 2.2.4 GPRS无线传输单元
• 2.2.5 可视化管理单元
• 2.3 系统低功耗设计
• 2.3.1 硬件低功耗设计
• 2.3.2 软件低功耗设计
• 2.4 系统可靠性设计
• 2.5 系统功耗计算
• 2.6 本章小结
• 第3章 GPS模块数据处理及算法改进
• 3.1 GPS概述
• 3.2 GPS接收机数据格式处理
• 3.2.1 GPS数据格式协议
• 3.2.2 GPS数据处理
• 3.3 多基站GPS伪距差分定位改进方法
• 3.3.1 GPS主要误差源分析
• 3.3.2 单基站GPS伪距差分定位模型
• 3.3.3 多基站GPS位置差分线性回归模型
• 3.4 测试结果处理与分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 超声波测距及防撞预警单元设计
• 4.1 测距方案选择与分析
• 4.2 超声波测距模块HM-UL20M系统介绍
• 4.2.1 HM-UL20M发射电路设计
• 4.2.2 HM-UL20M接收电路设计
• 4.2.3 HM-UL20M通信格式
• 4.3 超声波测距结果分析及温度补偿改进方法
• 4.3.1 超声波测距结果分析
• 4.3.2 超声波测距误差分析
• 4.3.3 温度补偿改进方法
• 4.4 防撞预警单元设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 GPRS无线数据收发及远程访问策略
• 5.1 GPRS技术特点
• 5.2 GPRS硬件电路设计
• 5.3 GPRS数据传输策略设计
• 5.3.1 GPRS数据包结构定义
• 5.3.2 GPRS接入网策略
• 5.3.3 GPRS通信协议策略
• 5.3.4 GPRS数据传输策略
• 5.3.5 GPRS数据传输软件设计
• 5.4 远程访问策略设计
• 5.4.1 基于SQL Serves数据库的服务端软件开发
• 5.4.2 基于SQL Serves数据库的客户端软件开发
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文