基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的船舶數(shù)據(jù)傳輸裝置設(shè)計(jì)探討

馬仁政

摘 要：本文給出了基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的船舶數(shù)據(jù)傳輸裝置整體設(shè)計(jì)方案，從硬件設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)兩個(gè)角度，對(duì)具體設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究與概括，并強(qiáng)調(diào)了設(shè)計(jì)過(guò)程中的注意事項(xiàng)，僅供參考。

關(guān)鍵詞：GPRS網(wǎng)絡(luò)；船舶數(shù)據(jù)傳輸裝置；設(shè)計(jì)

船舶需長(zhǎng)期出海，相對(duì)與陸上區(qū)域而言，數(shù)據(jù)傳輸便利性不足，解決數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題，一直是有關(guān)領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)。將無(wú)線GPRS網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到船舶數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題的解決過(guò)程中，建立數(shù)據(jù)傳輸裝置，可有效降低船舶數(shù)據(jù)傳輸?shù)某杀荆岣邤?shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性水平，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

1 基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的船舶數(shù)據(jù)傳輸裝置設(shè)計(jì)方案

在GPRS網(wǎng)絡(luò)的支持下，可采用STM32作為主要控制器，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，使各部分功能能夠統(tǒng)一發(fā)揮，以保證船舶數(shù)據(jù)傳輸可正常實(shí)現(xiàn)[1]。GPRS網(wǎng)絡(luò)在船舶數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用，要求以TCP/IP協(xié)議為基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)，需將多種類型的數(shù)據(jù)信息，全部存儲(chǔ)于TCP/IP中，提高數(shù)據(jù)與信息存儲(chǔ)的可靠性。在利用GPRS網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，將數(shù)據(jù)與陸基服務(wù)器之間建立聯(lián)系，使其可通過(guò)Internet實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸，能夠有效解決當(dāng)前船舶數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中穩(wěn)定性差的問(wèn)題[2]。

2 基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的船舶數(shù)據(jù)傳輸裝置設(shè)計(jì)

從硬件的設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)方向入手，全面闡述了基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的船舶數(shù)據(jù)傳輸裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程。

2.1 硬件設(shè)計(jì)

2.1.1 硬件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的船舶數(shù)據(jù)傳輸裝置的硬件，主要由三大部分所構(gòu)成，即電源模塊、通信模塊、微處理器。在通信模塊與微處理器之間，由RS232模塊連接。微處理器模塊下，包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、JIAG調(diào)試接口3個(gè)部分。在上述部分中，通信模塊以SIM900A為主，微處理器以STM32F107VC為主。

2.1.2 微處理器的設(shè)計(jì)

微處理器可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集以及存儲(chǔ)等功能，是數(shù)據(jù)傳輸裝置中的主要數(shù)據(jù)處理單元。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需選擇在運(yùn)行速度以及功耗方面均具有優(yōu)勢(shì)的硬件來(lái)使用，需保證運(yùn)行速度較高，同時(shí)與其他硬件相比，在相同運(yùn)行速度下，功耗更低。為進(jìn)一步提高微處理器的數(shù)據(jù)處理效果，采用硬件除法等方法，對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得其數(shù)據(jù)處理功能得到了提升。

在微處理器設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)電路的設(shè)計(jì)屬于重點(diǎn)問(wèn)題：（1）串口電路的設(shè)計(jì)：在船舶數(shù)據(jù)傳輸裝置中，串口電路的功能主要在于為數(shù)據(jù)的傳輸提供便利條件，為確保數(shù)據(jù)收發(fā)快速、準(zhǔn)確且穩(wěn)定，可將隔離性收發(fā)器應(yīng)用到串口電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，進(jìn)一步提高船舶的通信效率，改善其通信效果。（2）加速度計(jì)電路：船舶出海時(shí)所面臨的復(fù)雜環(huán)境，是導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性差的主要原因。加速度計(jì)電路的設(shè)計(jì)目的，正在于解決上述問(wèn)題?？刹捎肁DXL 345芯片，用于具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，使數(shù)據(jù)的傳輸以及通信過(guò)程的實(shí)現(xiàn)。該種設(shè)計(jì)方法能夠適應(yīng)更大的船舶加速度范圍，可有效提高船舶通信的穩(wěn)定性水平。（3）存儲(chǔ)電路的設(shè)計(jì)：船舶出海后，距離海岸越遠(yuǎn)，通信效果便越差，一旦超出了一定的范圍，網(wǎng)絡(luò)連接便很難實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)很容易丟失。存儲(chǔ)電路的功能，便在于實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，以避免受船舶網(wǎng)絡(luò)通信效果差的影響，而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失問(wèn)題發(fā)生。

2.1.3 通信模塊設(shè)計(jì)

可采用CPRS作為主要傳輸網(wǎng)絡(luò)，保證船舶通信可有效實(shí)現(xiàn)。本文以SIM900作為主要通信模塊，對(duì)船舶數(shù)據(jù)傳輸裝置的硬件系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，相對(duì)于其他模塊而言，SIM900在無(wú)線傳輸速率方面具有較高的優(yōu)勢(shì)，可為軟件設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)，降低軟件設(shè)計(jì)難度。

2.1.4 電路設(shè)計(jì)

將主控芯片的電壓設(shè)置為3.3V，將通信芯片的電壓設(shè)置為4V，降低了硬件工作所需要的電壓水平，可確保船舶通信能夠在低電壓的情況下更好的實(shí)現(xiàn)。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)

為使船舶數(shù)據(jù)傳輸能夠更好的實(shí)現(xiàn)，建立數(shù)據(jù)傳輸通道十分必要。

2.2.1 建立連接

可通過(guò)發(fā)送AT指令的方法，保證船舶的網(wǎng)絡(luò)連接可有效建立。通常情況下，AT指令一般由AT+命令字符所構(gòu)成，在船舶數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，指令的構(gòu)成情況主要包括以下幾種：（1）AT+CPIN？。該指令的功能在于實(shí)現(xiàn)對(duì)PIN碼的查詢，與SIM卡的通信狀態(tài)有關(guān)?？赏ㄟ^(guò)對(duì)指令的返回情況，判斷SIM卡是否能夠正常使用。如返回，則代表可正常使用，如未返回則否。（2）AT+CIPMUX=0。該指令同樣屬于AT常見(jiàn)指令的一種，功能在于實(shí)現(xiàn)對(duì)鏈接模式的設(shè)置，對(duì)于船舶通信而言，單鏈接模式最為適宜，因此可通過(guò)該指令，將鏈接模式設(shè)置為單鏈接。

在應(yīng)用AT指令的前提下，船舶便能夠?qū)崿F(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)的連接，進(jìn)而使數(shù)據(jù)傳輸成為可能。

2.2.2 斷開(kāi)重新連接

受船舶航行條件的影響，數(shù)據(jù)連接很容易斷開(kāi)，此時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)的情況下，自動(dòng)重新連接數(shù)據(jù)尤為重要。在AT指令中，存在AT+CIPSTART的形式，該形式的功能便在于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的重新連接，該指令發(fā)出后，根據(jù)是否可重新連接，可返回兩種指令，可將返回的指令，寫入到串口之中，并讀取返回值，進(jìn)而判斷是否能夠重新連接數(shù)據(jù)。

3 注意事項(xiàng)

船舶長(zhǎng)期在海上航行，通信環(huán)境不確定，如通信無(wú)法順利實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)無(wú)法有效傳輸，很容易影響船舶以及人員的安全，因此，必須在固定時(shí)間對(duì)相關(guān)硬件加以維護(hù)，保證其功能可正常實(shí)現(xiàn)，以提高船舶通信質(zhì)量，確保船舶安全。

4 結(jié)論

綜上所述，應(yīng)在借助GPRS網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，對(duì)船舶數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠布M(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)保證網(wǎng)絡(luò)的連接可正常實(shí)現(xiàn)，以提高船舶數(shù)據(jù)傳輸速度，提高其通信質(zhì)量，保證船舶通信能夠達(dá)到更加穩(wěn)定的水平。

參考文獻(xiàn)

[1]楊志豪，陳鳳英，陶則旭，等.基于GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量控制的四軸無(wú)人機(jī)的操作系統(tǒng)[J].電子世界，2016，（10）：188，190.

[2]吳杰，陳永冰，鐘斌，等.基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的船舶數(shù)據(jù)傳輸裝置設(shè)計(jì)[J].船電技術(shù)，2015，（11）：55-59.

（作者單位：四川省成都理工大學(xué)）