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在建船舶員工安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文檔作者：魯鳳蓮文檔來(lái)源：威海職業(yè)學(xué)院船舶工程系		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)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(shè)計(jì)
魯鳳蓮
(威海職業(yè)學(xué)院船舶工程系，山東威海264210)
摘要：為實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶建造中的員工進(jìn)行包括考勤等動(dòng)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(guān)鍵崗位布控等情況，保障工程人員的施工安全，開(kāi)發(fā)應(yīng)用RFID技術(shù)的在建船舶人員
監(jiān)控系統(tǒng)，介紹系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：船舶安全；射頻識(shí)別；信息監(jiān)控
中圖分類號(hào)：U673．2；TP391．8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1671-7953(2012)06-0038-04
現(xiàn)代船舶建造是資金、技術(shù)、勞動(dòng)力密集型產(chǎn)
業(yè)。船舶工業(yè)生產(chǎn)具有生產(chǎn)周期長(zhǎng)、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(diǎn)。建造員工的安全管理問(wèn)
題尤顯突出。為此，利用HF高頻RFID技術(shù)，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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
基于RFID技術(shù)的在建船舶員工安全監(jiān)控系
統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)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(jì)算機(jī)，并連接
GPRS無(wú)線模塊。
圖1基于RDID技術(shù)的在建船舶施工
人員監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
監(jiān)控器終端放置于船舶建造的關(guān)鍵崗位，如：
放置于在建船舶的舷梯人口。監(jiān)控器終端通過(guò)
RFID門型天線，讀取置于施工人員安全帽上的電
子標(biāo)簽信息，識(shí)別確認(rèn)后可以通過(guò)安全門閘，并將
檢測(cè)信息通過(guò)GPRS無(wú)線模塊傳輸?shù)街骺刂行倪M(jìn)
38
收稿日期：2012—05—28
修回日期：2012—06—13
第一作者簡(jiǎn)介：魯鳳蓮(1962一)，女，學(xué)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(guò)GPRS無(wú)線模塊與外圍監(jiān)控器
終端進(jìn)行通信，監(jiān)控器終端見(jiàn)圖2。
l實(shí)時(shí)時(shí)鐘卜_一l電子標(biāo)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(jié)構(gòu)示惹
監(jiān)控器終端采用STC89C52RD+處理器，并
包含有RS232接口、SDRAM存儲(chǔ)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電
路、GPRS無(wú)線模塊、HF頻段RFID讀寫器、天線、
以及其它控制電路等。
GPRS無(wú)線模塊采用SIMCOM公司生產(chǎn)的
SIM300模塊。該模塊與MCU間采用3．6 V電平
的標(biāo)準(zhǔn)異步串行口協(xié)議進(jìn)行通信。
由于船舶建造現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較復(fù)雜，本系統(tǒng)設(shè)
備工作環(huán)境比較惡劣，外界干擾較多，在硬件設(shè)計(jì)
中，采用多種抗干擾措施，主要有：信號(hào)傳輸屏蔽、
減少電源共模干擾、設(shè)備機(jī)殼屏蔽隔離、輸人信號(hào)
濾波、電路板合理分區(qū)等，同時(shí)考慮到信息傳遞距
離較遠(yuǎn)，在軟件設(shè)計(jì)中采取了數(shù)據(jù)重發(fā)機(jī)制和信
號(hào)斷點(diǎn)續(xù)傳等技術(shù)，避免通信過(guò)程中信息丟失。
為確保系統(tǒng)可靠工作，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采取防水、防
潮、防撞擊等措施¨“。
2安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．1 監(jiān)控器終端處理器硬件設(shè)計(jì)
監(jiān)控器終端的主控器采用STC89C54RD+單
片機(jī)。STC89C52RC單片機(jī)工作電壓5．5～3．4 V
(5 V單片機(jī))或3．8～2．0 V(3 V單片機(jī))，最高
一一一；一一一一一
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
在建船舶員工安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)——魯鳳蓮
頻率時(shí)鐘為80 MHz，flash存儲(chǔ)器為8 kb，RAM為
512 b，可反復(fù)擦寫編程；工作溫度范圍是40～80
℃，內(nèi)置看門狗電路，內(nèi)部電源供電系統(tǒng)、時(shí)鐘電
路和復(fù)位電路都經(jīng)過(guò)特殊處理；“6時(shí)鐘／機(jī)器周
期”和“12時(shí)鐘／機(jī)器周期”可在ISP編程時(shí)反復(fù)
設(shè)置。其突出的優(yōu)點(diǎn)是：性價(jià)比高，完全兼容AT—
MEL公司的51單片機(jī)，無(wú)法解密、低功耗、高速、
高可靠、強(qiáng)抗靜電、強(qiáng)抗干擾等。
綜合考慮處理器、GPRS無(wú)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(wú)線模塊通信網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)計(jì)
GPRS無(wú)線模塊采用SIMcOM公司生產(chǎn)的
GPRS模塊SIM300。此模塊內(nèi)嵌標(biāo)準(zhǔn)TCP／IP協(xié)
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(dòng)關(guān)閉模塊，而且在進(jìn)行TCP／IP傳輸
時(shí)，消耗的功率很大。電源采用低壓差可調(diào)穩(wěn)壓
芯片MIC29302bu，可以提供3 A輸出能力。
SIM300模塊需外置一個(gè)sim卡座，插入申請(qǐng)
GPRS服務(wù)的手機(jī)卡；天線采用MM9329—2700B
射頻轉(zhuǎn)接器和通用的棒形天線。
SIM300模塊接口采用1TrL電平，單片機(jī)采用
串行通信方式控制SIM300模塊。
2．3 RFID遠(yuǎn)距離讀取器設(shè)計(jì)
RFID遠(yuǎn)距離讀寫器采用1rI的TRF7960前端
ASIC。TRF7960是德州儀器公司生產(chǎn)的一款高集
成度的讀寫芯片，支持ISO／IECl4443(Type A和
Type B)協(xié)議、ISO／IECl5693協(xié)議和Tag—it協(xié)議，
工作頻率為13．56 MHz。它內(nèi)部集成調(diào)制、解調(diào)和
解碼電路，可直接驅(qū)動(dòng)近操作距離的天線，其中調(diào)
制電路可調(diào)制控制器發(fā)送來(lái)的命令和數(shù)據(jù)，并將其
傳送給射頻系列電子標(biāo)簽；解調(diào)電路用于解調(diào)射頻
系列電子標(biāo)簽送來(lái)的調(diào)制信號(hào)，處理數(shù)據(jù)幀和進(jìn)行
錯(cuò)誤檢測(cè)。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(wèn)
題。其他集成功能還包括故障檢查、數(shù)據(jù)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(jiàn)圖3。
AGND
圖3 TRF7960外圍基本電路
為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離RFID電子標(biāo)簽識(shí)別的目的，
除了采用不同的天線結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)見(jiàn)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(shè)計(jì)為c類放大狀態(tài)，中心頻率為13．56 MHz，
輸出功率4 w。兩級(jí)濾波匹配網(wǎng)絡(luò)的Q值設(shè)定
在4～8之間。
TRF7960在單片機(jī)的控制下，將命令信號(hào)通
過(guò)天線發(fā)送給RFID電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽接收到
命令信號(hào)后作出響應(yīng)。響應(yīng)信號(hào)被天線接收后，
進(jìn)入射頻接收電路進(jìn)行處理。發(fā)射的射頻載波幅
度非常大，而接收信號(hào)幅度是非常微弱的。為保
39
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
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(biāo)簽返回的響應(yīng)
信號(hào)，系統(tǒng)采用ASIC外部電路實(shí)現(xiàn)解調(diào)功能，將
解調(diào)的基帶信號(hào)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(wú)源帶通濾波、射隨器、4級(jí)有源濾波器等電
路組成。射頻接收電路見(jiàn)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(dú)立地線處理方式，分別在TRF7960芯片
處通過(guò)磁珠與系統(tǒng)地線連接，以降低相互干擾。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
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(shè)計(jì)
主控系統(tǒng)軟件是由Visual Basic和數(shù)據(jù)庫(kù)
ACCESS共同編寫的管理軟件，主要實(shí)現(xiàn)在職員
工信息登記、安全信息查詢和數(shù)據(jù)打印、員工在崗
信息等。通信流程見(jiàn)圖6。
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
————————————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(shù)據(jù)庫(kù)，．褒幢電子
標(biāo)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(shè)計(jì)
終端CPU控制TRF7960，按照IS015693協(xié)
議發(fā)送射頻信號(hào)，經(jīng)功率放大電路送至l'-J型天線，
處于天線電磁場(chǎng)范圍的員工所附的電子標(biāo)簽響
應(yīng)，返回相關(guān)電子信息經(jīng)接收電路送至TRF7960，
經(jīng)CPU變換為對(duì)應(yīng)員工的編號(hào)、姓名、部門、工作
崗位、安全等級(jí)等信息。此信息經(jīng)無(wú)線模塊發(fā)送
到主控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。終端程序的核心是對(duì)
TRF7960進(jìn)行讀／寫電子標(biāo)簽操作。CPU讀／寫1
個(gè)Byte的c語(yǔ)言程序代碼如下。
／／從1個(gè)地址讀出1個(gè)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(gè)
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(dāng)CLK為高電平時(shí)輸出有效數(shù)據(jù)
bur=P1；
CLK=0；
PI=0x00；
P1 I=0x80；
CLK=1；
P1=0x00；
CLK=0；
／／向1個(gè)地址寫入1個(gè)數(shù)據(jù)
void．Writesinde(uns‘lgned chat address，unsigned char
data){
PI=0x00；
CLK=1；
P1=OxFF；
CLK=0：
address=(OxlF&amp;amp;address)；
／／設(shè)置地址為非連續(xù)寫register address
P1：address：／／發(fā)送命令和數(shù)據(jù)
CLK=1：
CLK=0：
P1=data；／／發(fā)送命令和數(shù)據(jù)
CLK=1：
CLK=0：
PIl=0x80：
CLK=1：
P1=0x00：
CLK=0：
4 結(jié)論
本研究的創(chuàng)新點(diǎn)在于結(jié)合了RFID和GPRS
技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，在RFID通信鏈路中使用了射頻功
率放大、預(yù)檢波技術(shù)及加密算法，提高了數(shù)據(jù)通
信的安全性，具有成本低、可靠性高、穩(wěn)定性好
等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)上面所述工作原理及實(shí)施方案，
很好地實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到
設(shè)計(jì)的要求。若采用l對(duì)門型天線，電子標(biāo)簽
的有效檢測(cè)距離可達(dá)3 m以上，有很廣闊的應(yīng)
用前景。
參考文獻(xiàn)
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處理系統(tǒng)[J]．船海工程，2007(6)：35-38．
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的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]．計(jì)算機(jī)時(shí)代，2011(9)：19-21．
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射頻識(shí)別系統(tǒng)[J]．通信技術(shù)，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
1_
一怫哺 行信 員發(fā)登模工卡記塊 甄一
一
監(jiān)控器終端 G午
信查 息詢
萬(wàn)方數(shù)據(jù)

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