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在建船舶員工安全監(jiān)控系統(tǒng)設計

文檔作者：魯鳳蓮文檔來源：威海職業(yè)學院船舶工程系		點擊數：	更新時間： 2021年09月03日
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第41卷第6期
2012年12月
船海工程
SHIP&amp;amp;0CEAN ENGINEERING
V01．4l NO．6
Dec．2012
DOI：10．3963／i．issn．1671-7953．2012．06．012
在建船舶員工安全監(jiān)控系統(tǒng)設計
魯鳳蓮
(威海職業(yè)學院船舶工程系，山東威海264210)
摘要：為實現對船舶建造中的員工進行包括考勤等動態(tài)信息的監(jiān)控，以滿足管理控制中心掌控員工的
在崗、登船建造考勤、關鍵崗位布控等情況，保障工程人員的施工安全，開發(fā)應用RFID技術的在建船舶人員
監(jiān)控系統(tǒng)，介紹系統(tǒng)的結構和功能設計。
關鍵詞：船舶安全；射頻識別；信息監(jiān)控
中圖分類號：U673．2；TP391．8 文獻標志碼：A 文章編號：1671-7953(2012)06-0038-04
現代船舶建造是資金、技術、勞動力密集型產
業(yè)。船舶工業(yè)生產具有生產周期長、高處作業(yè)多、
立體交叉作業(yè)多、大件吊裝作業(yè)多、密閉艙室作業(yè)
多、水上作業(yè)多等特點。建造員工的安全管理問
題尤顯突出。為此，利用HF高頻RFID技術，建
立船舶建造施工人員監(jiān)控系統(tǒng)，以期提高船舶建
造的安全管理水平。
1 員工安全監(jiān)控系統(tǒng)結構簡介
基于RFID技術的在建船舶員工安全監(jiān)控系
統(tǒng)的結構見圖1。監(jiān)控系統(tǒng)主要由主控系統(tǒng)、監(jiān)
控器終端組成。主控系統(tǒng)采用計算機，并連接
GPRS無線模塊。
圖1基于RDID技術的在建船舶施工
人員監(jiān)控系統(tǒng)結構
監(jiān)控器終端放置于船舶建造的關鍵崗位，如：
放置于在建船舶的舷梯人口。監(jiān)控器終端通過
RFID門型天線，讀取置于施工人員安全帽上的電
子標簽信息，識別確認后可以通過安全門閘，并將
檢測信息通過GPRS無線模塊傳輸到主控中心進
38
收稿日期：2012—05—28
修回日期：2012—06—13
第一作者簡介：魯鳳蓮(1962一)，女，學士，副教授
研究方向：船舶工程
E-mail：jwcltl@163．eom
行集中管理。
主控系統(tǒng)通過GPRS無線模塊與外圍監(jiān)控器
終端進行通信，監(jiān)控器終端見圖2。
l實時時鐘卜_一l電子標簽l
lRS232接口卜_一STC89 T
C52RD
SDRAM}卜一甲
lGPRS模塊：I卜_． 砷FIDi賣寫模塊l
圖2監(jiān)控器終端結構示惹
監(jiān)控器終端采用STC89C52RD+處理器，并
包含有RS232接口、SDRAM存儲器、實時時鐘電
路、GPRS無線模塊、HF頻段RFID讀寫器、天線、
以及其它控制電路等。
GPRS無線模塊采用SIMCOM公司生產的
SIM300模塊。該模塊與MCU間采用3．6 V電平
的標準異步串行口協議進行通信。
由于船舶建造現場環(huán)境比較復雜，本系統(tǒng)設
備工作環(huán)境比較惡劣，外界干擾較多，在硬件設計
中，采用多種抗干擾措施，主要有：信號傳輸屏蔽、
減少電源共模干擾、設備機殼屏蔽隔離、輸人信號
濾波、電路板合理分區(qū)等，同時考慮到信息傳遞距
離較遠，在軟件設計中采取了數據重發(fā)機制和信
號斷點續(xù)傳等技術，避免通信過程中信息丟失。
為確保系統(tǒng)可靠工作，在結構設計上采取防水、防
潮、防撞擊等措施¨“。
2安全監(jiān)控系統(tǒng)設計
2．1 監(jiān)控器終端處理器硬件設計
監(jiān)控器終端的主控器采用STC89C54RD+單
片機。STC89C52RC單片機工作電壓5．5～3．4 V
(5 V單片機)或3．8～2．0 V(3 V單片機)，最高
一一一；一一一一一
萬方數據
在建船舶員工安全監(jiān)控系統(tǒng)設計——魯鳳蓮
頻率時鐘為80 MHz，flash存儲器為8 kb，RAM為
512 b，可反復擦寫編程；工作溫度范圍是40～80
℃，內置看門狗電路，內部電源供電系統(tǒng)、時鐘電
路和復位電路都經過特殊處理；“6時鐘／機器周
期”和“12時鐘／機器周期”可在ISP編程時反復
設置。其突出的優(yōu)點是：性價比高，完全兼容AT—
MEL公司的51單片機，無法解密、低功耗、高速、
高可靠、強抗靜電、強抗干擾等。
綜合考慮處理器、GPRS無線模塊、RFID讀
寫器部分，電源電路分別輸出3．6 V、5 V、24 V。
2．2 GPI峪無線模塊通信網絡硬件設計
GPRS無線模塊采用SIMcOM公司生產的
GPRS模塊SIM300。此模塊內嵌標準TCP／IP協
議，接口采用1TrL電平，外圍具有A／D、SPI、音
頻、MIC接口等。
SIM300電源電壓范圍是3．4～4．5 V，低于
3．4 V自動關閉模塊，而且在進行TCP／IP傳輸
時，消耗的功率很大。電源采用低壓差可調穩(wěn)壓
芯片MIC29302bu，可以提供3 A輸出能力。
SIM300模塊需外置一個sim卡座，插入申請
GPRS服務的手機卡；天線采用MM9329—2700B
射頻轉接器和通用的棒形天線。
SIM300模塊接口采用1TrL電平，單片機采用
串行通信方式控制SIM300模塊。
2．3 RFID遠距離讀取器設計
RFID遠距離讀寫器采用1rI的TRF7960前端
ASIC。TRF7960是德州儀器公司生產的一款高集
成度的讀寫芯片，支持ISO／IECl4443(Type A和
Type B)協議、ISO／IECl5693協議和Tag—it協議，
工作頻率為13．56 MHz。它內部集成調制、解調和
解碼電路，可直接驅動近操作距離的天線，其中調
制電路可調制控制器發(fā)送來的命令和數據，并將其
傳送給射頻系列電子標簽；解調電路用于解調射頻
系列電子標簽送來的調制信號，處理數據幀和進行
錯誤檢測。南于組件很少，讀卡器IC耗電、占用的
空間也很少，因此可以解決敏感度和噪聲衰減問
題。其他集成功能還包括故障檢查、數據格式化、
成幀以及適合多讀卡器環(huán)境的防碰撞支持等。
TRF7960具有寬泛操作電壓(2．7—5．5 V)，
與微控制器之間通信使用8位并行或者串行(
SPI)靈活的通信方式。本系統(tǒng)TRF7960的基本
外圍電路見圖3。
AGND
圖3 TRF7960外圍基本電路
為實現遠距離RFID電子標簽識別的目的，
除了采用不同的天線結構外，必須在射頻ASIC
與天線之間加入射頻功率放大電路。本系統(tǒng)硬
件設計見圖4。功率放大電路由放大器輸入端
濾波匹配、射頻放大、放大器輸出濾波匹配、
50 Q天線接口等電路組成。射頻功率放大電路
設計為c類放大狀態(tài)，中心頻率為13．56 MHz，
輸出功率4 w。兩級濾波匹配網絡的Q值設定
在4～8之間。
TRF7960在單片機的控制下，將命令信號通
過天線發(fā)送給RFID電子標簽，電子標簽接收到
命令信號后作出響應。響應信號被天線接收后，
進入射頻接收電路進行處理。發(fā)射的射頻載波幅
度非常大，而接收信號幅度是非常微弱的。為保
39
萬方數據
第6期船海工程第41卷
GND
圖4射頻功率放大電路
證TRF7960能夠有效接收電子標簽返回的響應
信號，系統(tǒng)采用ASIC外部電路實現解調功能，將
解調的基帶信號輸人給TRF7960的RX—AM端。
C 匱巫引
外部射頻接收電路由接收輸入匹配、衰減、檢波
器、無源帶通濾波、射隨器、4級有源濾波器等電
路組成。射頻接收電路見圖5。
口匣引C
圖5射頻接收電路
射頻發(fā)射功率放大電路與射頻接收電路采用
大面積獨立地線處理方式，分別在TRF7960芯片
處通過磁珠與系統(tǒng)地線連接，以降低相互干擾。
3 系統(tǒng)軟件設計
員工安全監(jiān)控系統(tǒng)的程序包括：主控系統(tǒng)程
40
序、監(jiān)控器終端程序口1。
3．1主控系統(tǒng)程序設計
主控系統(tǒng)軟件是由Visual Basic和數據庫
ACCESS共同編寫的管理軟件，主要實現在職員
工信息登記、安全信息查詢和數據打印、員工在崗
信息等。通信流程見圖6。
萬方數據
————————————一————————在—建—船——舶—員—工—莖——全—竺—蘭—一至一墊墾蘭二二墨璺苧一
存入員T
在崗信息
蟊蘺
監(jiān)
控
器
終
端
存入員工
基本信息
頂-ACCEss為載體的數據庫，．褒幢電子
標簽信息和員工在崗安全信息
圖6主控系統(tǒng)通信流程
3．2監(jiān)控器終端程序設計
終端CPU控制TRF7960，按照IS015693協
議發(fā)送射頻信號，經功率放大電路送至l'-J型天線，
處于天線電磁場范圍的員工所附的電子標簽響
應，返回相關電子信息經接收電路送至TRF7960，
經CPU變換為對應員工的編號、姓名、部門、工作
崗位、安全等級等信息。此信息經無線模塊發(fā)送
到主控系統(tǒng)進行數據處理。終端程序的核心是對
TRF7960進行讀／寫電子標簽操作。CPU讀／寫1
個Byte的c語言程序代碼如下。
／／從1個地址讀出1個字節(jié)
uehar ReadSingle(unsigned char address){
uchar bur；
P1=Ox00；
CLK=1；
P1=Oxff；
CLK=0；
address=(0x40 f address)；／／地址，讀單個
address=(0xSf&amp;amp;addr ess)；／／寄存器地址
P1=addr ess；／／發(fā)送命令
CLK=1；
CLK=0；
CLK=1；／／當CLK為高電平時輸出有效數據
bur=P1；
CLK=0；
PI=0x00；
P1 I=0x80；
CLK=1；
P1=0x00；
CLK=0；
／／向1個地址寫入1個數據
void．Writesinde(uns‘lgned chat address，unsigned char
data){
PI=0x00；
CLK=1；
P1=OxFF；
CLK=0：
address=(OxlF&amp;amp;address)；
／／設置地址為非連續(xù)寫register address
P1：address：／／發(fā)送命令和數據
CLK=1：
CLK=0：
P1=data；／／發(fā)送命令和數據
CLK=1：
CLK=0：
PIl=0x80：
CLK=1：
P1=0x00：
CLK=0：
4 結論
本研究的創(chuàng)新點在于結合了RFID和GPRS
技術的優(yōu)點，在RFID通信鏈路中使用了射頻功
率放大、預檢波技術及加密算法，提高了數據通
信的安全性，具有成本低、可靠性高、穩(wěn)定性好
等優(yōu)點。根據上面所述工作原理及實施方案，
很好地實現了系統(tǒng)的各項功能，各項指標達到
設計的要求。若采用l對門型天線，電子標簽
的有效檢測距離可達3 m以上，有很廣闊的應
用前景。
參考文獻
[1]李鶴鳴，王厚華．基于單片機的船舶設備信號采集及
處理系統(tǒng)[J]．船海工程，2007(6)：35-38．
[2]吳紅娉，楊森．基于3G的無線視頻監(jiān)控傳輸系統(tǒng)
的設計與應用[J]．計算機時代，2011(9)：19-21．
[3]潘麗麗，霍修坤，方榮富，等．基于無源標簽的遠距離
射頻識別系統(tǒng)[J]．通信技術，2011(6)：102．104．
Design of the Shipbuilding Employee Safety Monitoring System
LU Feng-lima
(Weihai Vocational College，Weihai Shandong 264210，China)
Abstract：A safety monitoring system was developed based on the RFlD technology for the personnel in construction of ship．
The system can implement for the personnel dynamic information monitoring including staff attendance during ship construction，
in order to meet the requirements for the management control center to control staff on board，construction，key position control
attendance，security personnel of engineering safety．The structure and functions of the system were introduced．
Key words：ship safety；radio frequency identification；information monitoring
41
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監(jiān)控器終端 G午
信查 息詢
萬方數據

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