本發(fā)明涉及預(yù)警系統(tǒng)，具體地指一種基于fpga的船舶防撞預(yù)警系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在全球經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，船舶作為重要的交通運(yùn)輸工具承載大量的貨物運(yùn)輸，船舶的安全航行具有重要意義。然而，在航行中除了船舶之間的碰撞時(shí)而發(fā)生，還有船舶與礁石、暗礁的碰撞以及船舶與大橋之間的碰撞等等。隨著現(xiàn)代船舶向著不斷大型和專業(yè)化發(fā)展，其數(shù)量日益增多導(dǎo)致水域交通密集度增大，很容易發(fā)生碰撞等事故，導(dǎo)致的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失相當(dāng)巨大。

此外，還有一些化學(xué)品船、油船等專業(yè)化船舶的危險(xiǎn)貨物裝載量不斷增加，事故后造成海洋和河流污染、海上資源及生態(tài)環(huán)境的破壞等嚴(yán)重的后果。我國正建造數(shù)量更多規(guī)模更大的橋梁，再加上船舶的尺寸和排水量也趨于大型化，造成船舶和橋梁的橫梁﹑橋梁的橋墩等相撞的事故不斷發(fā)生，并呈日益增多的趨勢(shì)。與船舶之間相撞事故相比，船撞橋問題有著更為嚴(yán)重的后果和經(jīng)濟(jì)損失。船橋碰撞會(huì)造成橋梁損毀﹑船舶沉沒﹑人員傷亡﹑貨物原油泄露導(dǎo)致環(huán)境污染和水路運(yùn)輸干線長時(shí)間擁堵等嚴(yán)重后果，維修或者重建橋梁﹑疏浚航道﹑維修船只所需的人力物力相當(dāng)巨大，因此需要迫切需要一種船舶防撞預(yù)警系統(tǒng)來避免船舶碰撞事故的發(fā)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是要提供一種基于fpga的船舶防撞預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)檢測(cè)船舶至附近距離以及測(cè)量是否可以安全通過橋梁，提高船舶航行可靠性，減少船舶碰撞事故。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的基于fpga的船舶防撞預(yù)警系統(tǒng)，包括激光接收模塊、旋轉(zhuǎn)控制模塊、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路模塊、fpga控制模塊、報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)輸入模塊、液晶顯示模塊、以及電池模塊；

所述激光接收模塊的激光信號(hào)輸出端與信號(hào)轉(zhuǎn)換電路模塊的激光信號(hào)輸入端連接，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換電路模塊的電信號(hào)輸出端與fpga控制模塊的電信號(hào)輸入端連接，所述fpga控制模塊的報(bào)警信號(hào)輸出端與報(bào)警模塊的報(bào)警信號(hào)輸入端連接，所述fpga控制模塊的旋轉(zhuǎn)信號(hào)輸出端與旋轉(zhuǎn)控制模塊的旋轉(zhuǎn)信號(hào)輸入端連接，所述數(shù)據(jù)輸入模塊的數(shù)據(jù)輸出端與fpga控制模塊的數(shù)據(jù)輸入端連接，所述電池模塊的供電輸出端與fpga控制模塊的供電輸入端連接。

進(jìn)一步地，所述激光接收模塊包括第一激光測(cè)距儀、第二激光測(cè)距儀、第三激光測(cè)距儀、以及第四激光測(cè)距儀，所述第一激光測(cè)距儀、第二激光測(cè)距儀、第三激光測(cè)距儀、以及第四激光測(cè)距儀的激光信號(hào)輸出端分別與信號(hào)轉(zhuǎn)換電路模塊的激光信號(hào)輸入端連接。這樣，激光測(cè)距儀可以實(shí)時(shí)檢測(cè)船舶至附近距離以及測(cè)量是否可以安全通過橋梁，提高船舶航行可靠性，減少船舶碰撞事故。

進(jìn)一步地，所述旋轉(zhuǎn)控制模塊包括分別安裝在船舶的正前方、正后方、正左方、正右方的第一電動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座、第二電動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座、第三電動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座、第四電動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座；所述第一激光測(cè)距儀、第二激光測(cè)距儀、第三激光測(cè)距儀、以及第四激光測(cè)距儀分別對(duì)應(yīng)安裝在第一電動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座、第二電動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座、第三電動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座、第四電動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座上，所述fpga控制模塊旋轉(zhuǎn)信號(hào)輸出端分別與第一電動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座、第二電動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座、第三電動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座、第四電動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座旋轉(zhuǎn)信號(hào)輸出端連接。

進(jìn)一步地，所述報(bào)警模塊由發(fā)光二極管和蜂鳴器組成，所述發(fā)光二極管和蜂鳴器的報(bào)警信號(hào)輸入端分別與fpga控制模塊的報(bào)警信號(hào)輸出端連接。

進(jìn)一步地，所述發(fā)光二極管的數(shù)量為6～10個(gè)，且均為紅色發(fā)光二極管。

進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)輸入模塊由用于輸入命令信息的鍵盤和語音輸入設(shè)備組成，所述鍵盤和語音輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)輸出端分別與fpga控制模塊的數(shù)據(jù)輸入端連接。這樣，可以由鍵盤或者語音輸入設(shè)備輸入本船的提示報(bào)警安全距離，方便在任意船上安裝使用，實(shí)用性強(qiáng)。

再進(jìn)一步地，所述fpga控制模塊為型號(hào)ep1c12q240c8的芯片。

更進(jìn)一步地，所述液晶顯示模塊為型號(hào)196128的液晶顯示屏。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

其一，本發(fā)明設(shè)計(jì)有四個(gè)激光測(cè)距儀分別安裝在船舶的正前方、正后方、正左方、正右方的，而且還可以通過電動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，可以測(cè)量出船舶到四周障礙物和船舶到上方障礙物的距離，距離船體上方的障礙物距離由具有兩個(gè)自由度的可以旋轉(zhuǎn)的激光測(cè)距儀，根據(jù)探測(cè)到的距離和旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量得出垂直高度，得到的數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)、全面，定位誤差小，可以有效減少船舶碰撞事故。

其二，本發(fā)明設(shè)計(jì)有fpga(field-programmablegatearray，現(xiàn)場可編程門陣列)控制模塊，作為專用集成電路(asic)領(lǐng)域中的一種半定制電路，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。

其三，本發(fā)明設(shè)計(jì)有報(bào)警模塊，當(dāng)實(shí)際距離低于設(shè)定的安全距離時(shí)，發(fā)光二極管閃爍，蜂鳴器響起提示報(bào)警，雙重報(bào)警方式，保障了船舶和船員的生命安全。

其四，本發(fā)明的電器元件成本低、設(shè)計(jì)合理、安全可靠、實(shí)用性強(qiáng)、適用范圍廣。

附圖說明

圖1為一種基于fpga的船舶防撞預(yù)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，激光接收模塊1、第一激光測(cè)距儀1.1、第二激光測(cè)距儀1.2、第三激光測(cè)距儀1.3、第四激光測(cè)距儀1.4、旋轉(zhuǎn)控制模塊2、第一電動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座2.1、第二電動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座2.2、第三電動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座2.3、第四電動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座2.4、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路模塊3、fpga控制模塊4、報(bào)警模塊5、發(fā)光二極管5.1、蜂鳴器5.2數(shù)據(jù)輸入模塊6、鍵盤6.1、語音輸入設(shè)備6.2、液晶顯示模塊7、電池模塊8。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述：

如圖所示一種基于fpga的船舶防撞預(yù)警系統(tǒng)，包括激光接收模塊1、旋轉(zhuǎn)控制模塊2、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路模塊3、fpga(field-programmablegatearray，現(xiàn)場可編程門陣列)控制模塊4、報(bào)警模塊5、數(shù)據(jù)輸入模塊6、液晶顯示模塊7、以及電池模塊8；激光接收模塊1的激光信號(hào)輸出端與信號(hào)轉(zhuǎn)換電路模塊3的激光信號(hào)輸入端連接，信號(hào)轉(zhuǎn)換電路模塊3的電信號(hào)輸出端與fpga控制模塊4的電信號(hào)輸入端連接，fpga控制模塊4的報(bào)警信號(hào)輸出端與報(bào)警模塊5的報(bào)警信號(hào)輸入端連接，fpga控制模塊4的旋轉(zhuǎn)信號(hào)輸出端與旋轉(zhuǎn)控制模塊2的旋轉(zhuǎn)信號(hào)輸入端連接，數(shù)據(jù)輸入模塊6的數(shù)據(jù)輸出端與fpga控制模塊4的數(shù)據(jù)輸入端連接，電池模塊8的供電輸出端與fpga控制模塊4的供電輸入端連接。

激光接收模塊1包括第一激光測(cè)距儀1.1、第二激光測(cè)距儀1.2、第三激光測(cè)距儀1.3、以及第四激光測(cè)距儀1.4，第一激光測(cè)距儀1.1、第二激光測(cè)距儀1.2、第三激光測(cè)距儀1.3、以及第四激光測(cè)距儀1.4的激光信號(hào)輸出端分別與信號(hào)轉(zhuǎn)換電路模塊3的激光信號(hào)輸入端連接。旋轉(zhuǎn)控制模塊2包括分別安裝在船舶的正前方、正后方、正左方、正右方的第一電動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座2.1、第二電動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座2.2、第三電動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座2.3、第四電動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座2.4；第一激光測(cè)距儀1.1、第二激光測(cè)距儀1.2、第三激光測(cè)距儀1.3、以及第四激光測(cè)距儀1.4分別對(duì)應(yīng)安裝在第一電動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座2.1、第二電動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座2.2、第三電動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座2.3、第四電動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座2.4上，fpga控制模塊4旋轉(zhuǎn)信號(hào)輸出端分別與第一電動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座2.1、第二電動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座2.2、第三電動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座2.3、第四電動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座2.4旋轉(zhuǎn)信號(hào)輸出端連接。將四臺(tái)激光測(cè)距儀分別安裝于船舶的正前方、正后方、正左方、正右方的旋轉(zhuǎn)底座上，正前方的電動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座可以從船體水平方向向上旋轉(zhuǎn)90°至垂直方向，其他三個(gè)動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座可180°轉(zhuǎn)動(dòng)，確保任何方向上都可被檢測(cè)到；安裝在船舶上的激光測(cè)距儀可以測(cè)量出船舶到四周障礙物和船舶到上方障礙物(一般為橋梁)的距離，距離船體上方的障礙物距離由具有兩個(gè)自由度的可以旋轉(zhuǎn)的激光測(cè)距儀，根據(jù)探測(cè)到的距離和旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量得出垂直高度，經(jīng)過信號(hào)轉(zhuǎn)換電路模塊講其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸入到fpga控制系統(tǒng)，輸出信號(hào)顯示在液晶屏上，顯示五個(gè)方向的距離。

報(bào)警模塊5由發(fā)光二極管5.1和蜂鳴器5.2組成，發(fā)光二極管5.1和蜂鳴器5.2的報(bào)警信號(hào)輸入端分別與fpga控制模塊4的報(bào)警信號(hào)輸出端連接。發(fā)光二極管5.1的數(shù)量為6～10個(gè)，且均為紅色發(fā)光二極管。當(dāng)距離低于設(shè)定的安全距離時(shí)，發(fā)光二極管5.1閃爍，蜂鳴器5.2響起提示報(bào)警。數(shù)據(jù)輸入模塊6由用于輸入命令信息的鍵盤6.1和語音輸入設(shè)備6.2組成，鍵盤6.1和語音輸入設(shè)備6.2的數(shù)據(jù)輸出端分別與fpga控制模塊4的數(shù)據(jù)輸入端連接，可以由鍵盤輸入本船的提示報(bào)警安全距離，方便在任意船上安裝使用，實(shí)用性強(qiáng)。fpga控制模塊4為型號(hào)ep1c12q240c8的芯片。液晶顯示模塊7為型號(hào)196128的液晶顯示屏。

本發(fā)明的工作過程是：將四臺(tái)激光測(cè)距儀分別安裝于船舶的正前方、正后方、正左方、正右方的旋轉(zhuǎn)底座上，正前方的電動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座可以從船體水平方向向上旋轉(zhuǎn)90°至垂直方向，其他三個(gè)動(dòng)旋轉(zhuǎn)底座可180°轉(zhuǎn)動(dòng)，確保任何方向上都可被檢測(cè)到；安裝好激光測(cè)距儀后，將系統(tǒng)的模塊連接，通過鍵盤6.1或者語音輸入設(shè)備6.2輸入設(shè)定的安全距離和安全高度。在船舶航行中，四個(gè)激光測(cè)距儀的電動(dòng)底座分別以一定速度帶動(dòng)激光測(cè)距儀轉(zhuǎn)動(dòng)，激光測(cè)距儀接收到的信號(hào)經(jīng)過信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)入fpga控制模塊4，然后將四個(gè)方向的距離輸出顯示在液晶顯示屏上面，其中測(cè)船舶能否通過橋梁是通過記錄距離與角度，經(jīng)過fpga進(jìn)行計(jì)算輸出測(cè)量高度，當(dāng)距離達(dá)到設(shè)定的距離值，報(bào)警模塊5啟動(dòng)，即發(fā)光二極管5.1閃爍，蜂鳴器5.2發(fā)出報(bào)警提示音。當(dāng)駕駛員觀察到發(fā)光二極管5.1或者蜂鳴器5.2報(bào)警后，可以通過鍵盤6.1或者語音輸入設(shè)備6.2進(jìn)行應(yīng)答操作，取消蜂鳴器5.2報(bào)警，對(duì)船舶航行進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，使船舶恢復(fù)到安全距離狀態(tài)。

以上，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明所揭示的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。