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小型船舶预警避障系统的设计
崔峻铭
（中国人民解放军陆军军事交通学院镇江校区 江苏镇江 212000）
摘 要 随着海运事业的迅速发展,海上船只越来越多,船舶航行的安全管理工作也迎来了新挑战.大型船舶一般装有先进的雷达或AIS系统,但小型船舶出于成本考虑往往没有任何避障措施.因此急需研发一种针对小型船舶的预警避障系统.文章设计了一种以单片机为核心,以红外测距和超声测距为主要功能部件的小型船舶的预警避障系统,并通过原型模型对自动控制系统进行了实验验证,实验表明,文章设计的小型船舶预警避障系统完全满足实际需求.
关键词 小型船舶；预警避障；原型模型验证
中图分类号：U666.7
文献标识码：C
文章编号：2095-1205(2018)01-34-01
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系统的研究背景
目前国内外正在使用的船舶避碰系统主要有自动雷达测绘仪（APRA）、全球船载自动识别系统（AIS）.AIS与APRA系统可以相互结合使用,但对于环境的测量与船舶间的通信有着很强的依赖性,且安装费用较高.目前船舶避碰的研究方向为全自动化系统,继船舶避碰专家系统,但这一系统必须要建立庞大的知识库来进行支撑,目前还在模型建立和实验室仿真阶段.所以这种方法普遍性不强,针对这种情况,我们化繁为简,避开大型仪器、庞大的计算量和复杂的避碰规则,研究一种针对小型船只的在紧急状态下的控制系统.
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系统的功能设计
2.1 系统的硬件设计
系统的硬件主要由红外测距装置、超声波测距预警装置、单片机平台、驱动模块、电机、螺旋桨和电源等部分组成.
2.2 系统的软件设计
采用visual C++对单片机的程序进行设计,超声波测距显示屏显示实时距离,设定警戒距离,小于警戒值时发出报警,红外装置设定紧急距离,警戒距离大于紧急距离,两种临界距离均可通过手动调节,通过单片机对螺旋桨的转向进行控制,从而实现躲避障碍.
2.3 系统的主要功能
由超声波测距模块控制预警系统,当超声波测距显示器显示的障碍物距离小于设定的报警距离时,超声波模块控制蜂鸣器发出警报,进行初步预警.由红外测距模块控制制动系统,当障碍物距离继续缩短,小于设定的紧急距离时,红外模块发出信号,由单片机进行处理,驱动模块驱动螺旋桨实现船体转向躲避障碍物.当距离回复到紧急距离以外时,恢复正常航行.
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系统的原型模型验证
由于条件的限制,我们主要通过研制缩小比例的系统原理模型装置,对设计的自动控制系统进行验证.
3.1 原理模型的的制作
船身模型的主要材质为亚克力板,船体长约40 公分,最大宽度约14 公分,型深约7 公分,底面略平,基本按某型登陆艇等比例缩小而成,基本反映大部分小型船舶的实际结构.船身所使用的塑料板便于加工,而且在水中的状态与实际船舶近似,可以较好的模拟出船舶在水中的情况,以及本控制装置对船体的控制情况.船首设置红外及超声波的发射接收装置.船身内部安放单片机控制系统及驱动模块,船尾设置双机螺旋桨.
电路部分主要采用成熟的工业化产品,以提高系统稳定性与实用性.采用超声波预警模块和HJ-IR2红外作为测距模块,测量距离并设置警戒区域；采用红光和蜂鸣器作为报警系统；采用LED显示器显示距离；采用ATMEGA328P单片机作为控制中心,接收分析测距模块的数据并对驱动下达指令；采用L298N驱动芯片作为驱动模块,根据单片机发出的指令驱动相应电机工作；采用常规电源对系统供电.
3.2 原理模型的验证试验
原理模型组装完成后,主要进行了程序主体及相关数据的调试和修改,最终完成软硬件的协调整合工作,并顺利进行了相关实验验证.验证实验表明原理模型能够实现预期的通过控制系统对障碍物进行预警和躲避.
试验开始时船身处于正直方向前进,遇到前方障碍物显示器开始显示距离,当距离小于报警距离是蜂鸣器与红灯开始工作,进行初步的声光预警,当距离小于紧急距离时单片机控制驱动模块工作,使船体转向躲避障碍物.当避开障碍物时,电机恢复正常,正常行驶.
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小结
通过原理模型的试验,初步验证了系统设计的可行性,表明系统设计基本合理.当然,作为针对小型船只设计的预警避障系统的初步研究本系统在设计及功能上还有进一步提升扩展的空间,待进一步优化设计、完善功能后,可进行实船改装实验,争取早日服务大众,发挥保障行船安全的作用.
参考文献
[1]陆洋.基于单片机的船舶防撞预警系统设计与实现[D].浙江海洋学院,2014.
[2]陆洋,单海校,刘叶华,周东柳.基于单片机的船舶避碰预警系统设计与实现[J].船电技术,2014,34(1):70-73.
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参考文献：
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