CN107128456A - 基于fpga的船舶防撞预警*** - Google Patents

基于fpga的船舶防撞预警*** Download PDF

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周新聪
蔡佰辰
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Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的船舶防撞预警***，包括激光接收模块、旋转控制模块、信号转换电路模块、FPGA控制模块、报警模块、数据输入模块、液晶显示模块、以及电池模块；激光接收模块的激光信号输出端与信号转换电路模块的激光信号输入端连接，信号转换电路模块的电信号输出端与FPGA控制模块的电信号输入端连接，FPGA控制模块的报警信号输出端与报警模块的报警信号输入端连接，FPGA控制模块的旋转信号输出端与旋转控制模块的旋转信号输入端连接，数据输入模块的数据输出端与FPGA控制模块的数据输入端连接。本发明可以实时检测船舶至附近距离以及测量是否可以安全通过桥梁，提高船舶航行可靠性，减少船舶碰撞事故。

Description

基于FPGA的船舶防撞预警***
技术领域
本发明涉及预警***，具体地指一种基于FPGA的船舶防撞预警***。
背景技术
在全球经济快速发展的今天，船舶作为重要的交通运输工具承载大量的货物运输，船舶的安全航行具有重要意义。然而，在航行中除了船舶之间的碰撞时而发生，还有船舶与礁石、暗礁的碰撞以及船舶与大桥之间的碰撞等等。随着现代船舶向着不断大型和专业化发展，其数量日益增多导致水域交通密集度增大，很容易发生碰撞等事故，导致的人员伤亡、财产损失相当巨大。
此外，还有一些化学品船、油船等专业化船舶的危险货物装载量不断增加，事故后造成海洋和河流污染、海上资源及生态环境的破坏等严重的后果。我国正建造数量更多规模更大的桥梁，再加上船舶的尺寸和排水量也趋于大型化，造成船舶和桥梁的横梁﹑桥梁的桥墩等相撞的事故不断发生，并呈日益增多的趋势。与船舶之间相撞事故相比，船撞桥问题有着更为严重的后果和经济损失。船桥碰撞会造成桥梁损毁﹑船舶沉没﹑人员伤亡﹑货物原油泄露导致环境污染和水路运输干线长时间拥堵等严重后果，维修或者重建桥梁﹑疏浚航道﹑维修船只所需的人力物力相当巨大，因此需要迫切需要一种船舶防撞预警***来避免船舶碰撞事故的发生。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种基于FPGA的船舶防撞预警***，该***可以实时检测船舶至附近距离以及测量是否可以安全通过桥梁，提高船舶航行可靠性，减少船舶碰撞事故。
为实现上述目的，本发明所设计的基于FPGA的船舶防撞预警***，包括激光接收模块、旋转控制模块、信号转换电路模块、FPGA控制模块、报警模块、数据输入模块、液晶显示模块、以及电池模块；
所述激光接收模块的激光信号输出端与信号转换电路模块的激光信号输入端连接，所述信号转换电路模块的电信号输出端与FPGA控制模块的电信号输入端连接，所述FPGA控制模块的报警信号输出端与报警模块的报警信号输入端连接，所述FPGA控制模块的旋转信号输出端与旋转控制模块的旋转信号输入端连接，所述数据输入模块的数据输出端与FPGA控制模块的数据输入端连接，所述电池模块的供电输出端与FPGA控制模块的供电输入端连接。
进一步地，所述激光接收模块包括第一激光测距仪、第二激光测距仪、第三激光测距仪、以及第四激光测距仪，所述第一激光测距仪、第二激光测距仪、第三激光测距仪、以及第四激光测距仪的激光信号输出端分别与信号转换电路模块的激光信号输入端连接。这样，激光测距仪可以实时检测船舶至附近距离以及测量是否可以安全通过桥梁，提高船舶航行可靠性，减少船舶碰撞事故。
进一步地，所述旋转控制模块包括分别安装在船舶的正前方、正后方、正左方、正右方的第一电动旋转底座、第二电动旋转底座、第三电动旋转底座、第四电动旋转底座；所述第一激光测距仪、第二激光测距仪、第三激光测距仪、以及第四激光测距仪分别对应安装在第一电动旋转底座、第二电动旋转底座、第三电动旋转底座、第四电动旋转底座上，所述FPGA控制模块旋转信号输出端分别与第一电动旋转底座、第二电动旋转底座、第三电动旋转底座、第四电动旋转底座旋转信号输出端连接。
进一步地，所述报警模块由发光二极管和蜂鸣器组成，所述发光二极管和蜂鸣器的报警信号输入端分别与FPGA控制模块的报警信号输出端连接。
进一步地，所述发光二极管的数量为6～10个，且均为红色发光二极管。
进一步地，所述数据输入模块由用于输入命令信息的键盘和语音输入设备组成，所述键盘和语音输入设备的数据输出端分别与FPGA控制模块的数据输入端连接。这样，可以由键盘或者语音输入设备输入本船的提示报警安全距离，方便在任意船上安装使用，实用性强。
再进一步地，所述FPGA控制模块为型号EP1C12Q240C8的芯片。
更进一步地，所述液晶显示模块为型号196128的液晶显示屏。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
其一，本发明设计有四个激光测距仪分别安装在船舶的正前方、正后方、正左方、正右方的，而且还可以通过电动旋转底座带动旋转，可以测量出船舶到四周障碍物和船舶到上方障碍物的距离，距离船体上方的障碍物距离由具有两个自由度的可以旋转的激光测距仪，根据探测到的距离和旋转角度测量得出垂直高度，得到的数据更加精准、全面，定位误差小，可以有效减少船舶碰撞事故。
其二，本发明设计有FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)控制模块，作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
其三，本发明设计有报警模块，当实际距离低于设定的安全距离时，发光二极管闪烁，蜂鸣器响起提示报警，双重报警方式，保障了船舶和船员的生命安全。
其四，本发明的电器元件成本低、设计合理、安全可靠、实用性强、适用范围广。
附图说明
图1为一种基于FPGA的船舶防撞预警***的结构示意图；
图中，激光接收模块1、第一激光测距仪1.1、第二激光测距仪1.2、第三激光测距仪1.3、第四激光测距仪1.4、旋转控制模块2、第一电动旋转底座2.1、第二电动旋转底座2.2、第三电动旋转底座2.3、第四电动旋转底座2.4、信号转换电路模块3、FPGA控制模块4、报警模块5、发光二极管5.1、蜂鸣器5.2数据输入模块6、键盘6.1、语音输入设备6.2、液晶显示模块7、电池模块8。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
如图所示一种基于FPGA的船舶防撞预警***，包括激光接收模块1、旋转控制模块2、信号转换电路模块3、FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)控制模块4、报警模块5、数据输入模块6、液晶显示模块7、以及电池模块8；激光接收模块1的激光信号输出端与信号转换电路模块3的激光信号输入端连接，信号转换电路模块3的电信号输出端与FPGA控制模块4的电信号输入端连接，FPGA控制模块4的报警信号输出端与报警模块5的报警信号输入端连接，FPGA控制模块4的旋转信号输出端与旋转控制模块2的旋转信号输入端连接，数据输入模块6的数据输出端与FPGA控制模块4的数据输入端连接，电池模块8的供电输出端与FPGA控制模块4的供电输入端连接。
激光接收模块1包括第一激光测距仪1.1、第二激光测距仪1.2、第三激光测距仪1.3、以及第四激光测距仪1.4，第一激光测距仪1.1、第二激光测距仪1.2、第三激光测距仪1.3、以及第四激光测距仪1.4的激光信号输出端分别与信号转换电路模块3的激光信号输入端连接。旋转控制模块2包括分别安装在船舶的正前方、正后方、正左方、正右方的第一电动旋转底座2.1、第二电动旋转底座2.2、第三电动旋转底座2.3、第四电动旋转底座2.4；第一激光测距仪1.1、第二激光测距仪1.2、第三激光测距仪1.3、以及第四激光测距仪1.4分别对应安装在第一电动旋转底座2.1、第二电动旋转底座2.2、第三电动旋转底座2.3、第四电动旋转底座2.4上，FPGA控制模块4旋转信号输出端分别与第一电动旋转底座2.1、第二电动旋转底座2.2、第三电动旋转底座2.3、第四电动旋转底座2.4旋转信号输出端连接。将四台激光测距仪分别安装于船舶的正前方、正后方、正左方、正右方的旋转底座上，正前方的电动旋转底座可以从船体水平方向向上旋转90°至垂直方向，其他三个动旋转底座可180°转动，确保任何方向上都可被检测到；安装在船舶上的激光测距仪可以测量出船舶到四周障碍物和船舶到上方障碍物(一般为桥梁)的距离，距离船体上方的障碍物距离由具有两个自由度的可以旋转的激光测距仪，根据探测到的距离和旋转角度测量得出垂直高度，经过信号转换电路模块讲其转换为电信号输入到FPGA控制***，输出信号显示在液晶屏上，显示五个方向的距离。
报警模块5由发光二极管5.1和蜂鸣器5.2组成，发光二极管5.1和蜂鸣器5.2的报警信号输入端分别与FPGA控制模块4的报警信号输出端连接。发光二极管5.1的数量为6～10个，且均为红色发光二极管。当距离低于设定的安全距离时，发光二极管5.1闪烁，蜂鸣器5.2响起提示报警。数据输入模块6由用于输入命令信息的键盘6.1和语音输入设备6.2组成，键盘6.1和语音输入设备6.2的数据输出端分别与FPGA控制模块4的数据输入端连接，可以由键盘输入本船的提示报警安全距离，方便在任意船上安装使用，实用性强。FPGA控制模块4为型号EP1C12Q240C8的芯片。液晶显示模块7为型号196128的液晶显示屏。
本发明的工作过程是：将四台激光测距仪分别安装于船舶的正前方、正后方、正左方、正右方的旋转底座上，正前方的电动旋转底座可以从船体水平方向向上旋转90°至垂直方向，其他三个动旋转底座可180°转动，确保任何方向上都可被检测到；安装好激光测距仪后，将***的模块连接，通过键盘6.1或者语音输入设备6.2输入设定的安全距离和安全高度。在船舶航行中，四个激光测距仪的电动底座分别以一定速度带动激光测距仪转动，激光测距仪接收到的信号经过信号转换模块进入FPGA控制模块4，然后将四个方向的距离输出显示在液晶显示屏上面，其中测船舶能否通过桥梁是通过记录距离与角度，经过FPGA进行计算输出测量高度，当距离达到设定的距离值，报警模块5启动，即发光二极管5.1闪烁，蜂鸣器5.2发出报警提示音。当驾驶员观察到发光二极管5.1或者蜂鸣器5.2报警后，可以通过键盘6.1或者语音输入设备6.2进行应答操作，取消蜂鸣器5.2报警，对船舶航行进行及时调整，使船舶恢复到安全距离状态。
以上，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭示的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于FPGA的船舶防撞预警***，其特征在于：包括激光接收模块(1)、旋转控制模块(2)、信号转换电路模块(3)、FPGA控制模块(4)、报警模块(5)、数据输入模块(6)、液晶显示模块(7)、以及电池模块(8)；
所述激光接收模块(1)的激光信号输出端与信号转换电路模块(3)的激光信号输入端连接，所述信号转换电路模块(3)的电信号输出端与FPGA控制模块(4)的电信号输入端连接，所述FPGA控制模块(4)的报警信号输出端与报警模块(5)的报警信号输入端连接，所述FPGA控制模块(4)的旋转信号输出端与旋转控制模块(2)的旋转信号输入端连接，所述数据输入模块(6)的数据输出端与FPGA控制模块(4)的数据输入端连接，所述电池模块(8)的供电输出端与FPGA控制模块(4)的供电输入端连接。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的船舶防撞预警***，其特征在于：所述激光接收模块(1)包括第一激光测距仪(1.1)、第二激光测距仪(1.2)、第三激光测距仪(1.3)、以及第四激光测距仪(1.4)，所述第一激光测距仪(1.1)、第二激光测距仪(1.2)、第三激光测距仪(1.3)、以及第四激光测距仪(1.4)的激光信号输出端分别与信号转换电路模块(3)的激光信号输入端连接。
3.根据权利要求2所述的基于FPGA的船舶防撞预警***，其特征在于：所述旋转控制模块(2)包括分别安装在船舶的正前方、正后方、正左方、正右方的第一电动旋转底座(2.1)、第二电动旋转底座(2.2)、第三电动旋转底座(2.3)、第四电动旋转底座(2.4)；所述第一激光测距仪(1.1)、第二激光测距仪(1.2)、第三激光测距仪(1.3)、以及第四激光测距仪(1.4)分别对应安装在第一电动旋转底座(2.1)、第二电动旋转底座(2.2)、第三电动旋转底座(2.3)、第四电动旋转底座(2.4)上；所述FPGA控制模块(4)旋转信号输出端分别与第一电动旋转底座(2.1)、第二电动旋转底座(2.2)、第三电动旋转底座(2.3)、第四电动旋转底座(2.4)旋转信号输出端连接。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于FPGA的船舶防撞预警***，其特征在于：所述报警模块(5)由发光二极管(5.1)和蜂鸣器(5.2)组成，所述发光二极管(5.1)和蜂鸣器(5.2)的报警信号输入端分别与FPGA控制模块(4)的报警信号输出端连接。
5.根据权利要求4所述的基于FPGA的船舶防撞预警***，其特征在于：所述发光二极管(5.1)的数量为6～10个，且均为红色发光二极管。
6.根据权利要求1或2或3所述的基于FPGA的船舶防撞预警***，其特征在于：所述数据输入模块(6)由用于输入命令信息的键盘(6.1)和语音输入设备(6.2)组成，所述键盘(6.1)和语音输入设备(6.2)的数据输出端分别与FPGA控制模块(4)的数据输入端连接。
7.根据权利要求1或2或3所述的基于FPGA的船舶防撞预警***，其特征在于：所述FPGA控制模块(4)采用型号EP1C12Q240C8的芯片。
8.根据权利要求1或2或3所述的基于FPGA的船舶防撞预警***，其特征在于：所述液晶显示模块(7)采用型号196128的液晶显示屏。
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