水下潜器人员监测与定位系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种水下潜器人员监测与定位系统，包括接收装置、发射装置、主控装置及水下无线光通信装置；主控装置的输出端分别与接收装置及发射装置的输入端连接，发射装置的输出端与接收装置的输入端连接；接收装置包括传感电子标签、阅读器及数据库管理装置。本发明采用无线传感器网络技术不但能够及时获得各个节点乃至整个网络的信息，而且可以保证所获得的信息更加精确，对监控中心及时采取措施起了很大的作用；同时在水下通信方面，采用水下光通信技术大大加快了水下信息传输速度，提高了数据的准确性，使指挥人员更加高效、合理的对水下人员进行指挥。
【专利说明】
水下潜器人员监测与定位系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种电子显示设备，尤其涉及一种水下潜器人员监测与定位系统。
【背景技术】
[0002]在维护国家领海安全过程中，水下潜器扮演着极其重要的角色。水下潜器虽然内部空间狭小，但舱室较多。有的舱室又分二、三层甲板室，并且水下潜器里人员少则50人，多贝1J140人左右，人员相对分散，不易定位。同时，由于水下潜器内部结构的特殊，各个舱室中的温度、压力均不同，各种气体管道等分布于水下潜器的各个舱室，这些都对艇员人身安全造成一定的威胁。
[0003]近年来，随着射频识别(RFID)技术的迅猛发展，RFID技术在我军后勤管理中得到了全面推广和应用。RFID无线传感器网络和光通信技术进一步融合，形成了一个将物流与信息流相连通的RFID无线通信网络。与传统的水下声学通信相比，光学通信技术克服了水下声学通信的带宽窄、受环境影响大、可适用的载波频率低、传输的时延大等缺陷。RFID技术的人员定位系统现已应用于生活的各个方面，但是将RFID与WSN相结合并用光通信进行水下潜器内部人员监测定位与指挥的研究和应用还属少数。水下潜器内部结构复杂，舱室较多，环境恶劣，现有的水下潜器内部还没有一套行之有效的医疗通讯救护网络。
[0004]当前国内外环境监测系统数不胜数，大多数采用的是有线监测系统。这类系统中使用的传感器硬件必须预先进行位置设定，对线路的选材、布置等具有很强的依赖性，并且在所检测的范围内会出现大量的盲区，最重要的是如果某一个传感器发生故障，其监测范围的数据将无法发送给观测者，使得局部范围失去监测功能。
【发明内容】
[0005]本发明的目的:提供一种水下潜器人员监测与定位系统，采用无线传感器网络技术不但能够及时获得各个节点乃至整个网络的信息，而且可以保证所获得的信息更加精确，对监控中心及时采取措施起了很大的作用；同时在水下通信方面，采用水下光通信技术大大加快了水下信息传输速度，提高了数据的准确性，使指挥人员更加高效、合理的对水下人员进行指挥。
[0006]为了实现上述目的，本发明的技术方案是:
[0007]—种水下潜器人员监测与定位系统，包括接收装置、发射装置、主控装置及水下无线光通信装置;所述的主控装置的输出端分别与所述的接收装置及发射装置的输入端连接，所述的发射装置的输出端与所述的接收装置的输入端连接;所述的接收装置包括传感电子标签、阅读器及数据库管理装置，所述的传感电子标签的输出端与所述的阅读器的输入端连接，所述的阅读器的输出端与所述的数据库管理装置的输入端连接，所述的数据库管理装置的输出端与所述的主控装置的输入端连接，所述的水下无线光通信装置分别与所述的阅读器及传感电子标签双向连接。
[0008]上述的水下潜器人员监测与定位系统，其中，所述的阅读器包括接口装置、控制装置、射频装置及阅读器天线，所述的接口装置的一端与所述的控制装置的一端双向连接，所述的控制装置的另一端与所述的射频装置的一端双向连接，所述的射频装置的另一端与所述的阅读器天线的一端双向连接。
[0009]上述的水下潜器人员监测与定位系统，其中，所述的接口装置包括RS232及RS485通讯接口。
[0010]上述的水下潜器人员监测与定位系统，其中，所述的传感电子标签包括标签天线、供电电源、控制器、存储器、时钟、传感器信息装置、编码器及调节器;所述的标签天线的一端与所述的阅读器天线的另一端双向连接，所述的标签天线的输出端与所述的控制器的输入端连接，所述的控制器的输出端与所述的存储器的输入端连接，所述的存储器的输出端与所述的编码器的输入端连接，所述的编码器的输出端与所述的调节器的输入端连接，所述的调节器的输出端与所述的标签天线的输入端连接;所述的时钟的输出端与所述的存储器连接，所述的传感器信息装置的输出端与所述的编码器连接。
[0011]上述的水下潜器人员监测与定位系统，其中，所述的控制器包括报警装置、温度传感器、主控单片机及RFID射频装置，所述的报警装置与所述的主控单片机双向连接，所述的温度传感器及RFID射频装置的输出端分别与所述的主控单片机的输入端连接。
[0012]上述的水下潜器人员监测与定位系统，其中，所述的水下无线光通信装置包括主控装置、光调制驱动装置、绿光光源、滤光片、光电倍增管、光电接收装置及硅光电二极管，所述的主控装置的输出端与所述的光调制驱动装置的输入端连接，所述的光调制驱动装置的输出端与所述的绿光光源的输入端连接，所述的绿光光源的输出端通过所述的滤光片分别与所述的光电倍增管及硅光电二极管的输入端连接，所述的光电倍增管及硅光电二极管的输出端分别与所述的光电接收装置的输入端连接，所述的光电接收装置的输出端与所述的主控装置的输入端连接。
[0013]本发明结合空间无线激光通信技术和现有水下通信技术实现了水下无线传感网络节点间的相互通信，相比于传统水下声学通信装置而言，不仅具有体积小、成本低的特点，还可以提供相对于水声通信较高的带宽和传输速度;将RFID技术和光通信技术进一步融合，形成了一个将物流与信息流相连通的RFID无线传感器网络，不但使用射频信号实现目标自动识别的功能，而且克服了水下声学通道受环境影响较大的缺陷；RFID技术以射频方式进行双向通信，自动获取移动目标的相关数据，由于射频方式是非接触性的即使在污染、潮湿等恶劣环境下，射频识别工作也不需要人工干预且不会干扰水下潜器中其它仪器的正常工作；相比于传统芯片而言，RFID识别技术更为精确，识别的距离更灵活，而且相对于其他定位技术开说成本较低，使用寿命较长。
【附图说明】
[0014]图1是本发明水下潜器人员监测与定位系统的连接框图。
[0015]图2是本发明水下潜器人员监测与定位系统的传感电子标签与阅读器的连接框图。
[0016]图3是本发明水下潜器人员监测与定位系统的控制器的连接框图。
[0017]图4是本发明水下潜器人员监测与定位系统的水下无线光通信装置的连接框图。
【具体实施方式】
[0018]以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
[0019]请参见附图1所示，一种水下潜器人员监测与定位系统，包括接收装置1、发射装置
2、主控装置3及水下无线光通信装置4;所述的主控装置3的输出端分别与所述的接收装置I及发射装置2的输入端连接，所述的发射装置2的输出端与所述的接收装置I的输入端连接；所述的接收装置I包括传感电子标签11、阅读器12及数据库管理装置13，所述的传感电子标签11的输出端与所述的阅读器12的输入端连接，所述的阅读器12的输出端与所述的数据库管理装置13的输入端连接，所述的数据库管理装置13的输出端与所述的主控装置3的输入端连接，所述的水下无线光通信装置4分别与所述的阅读器12及传感电子标签11双向连接。
[0020]请参见附图2所示，所述的阅读器12包括接口装置121、控制装置122、射频装置123及阅读器天线124，所述的接口装置121的一端与所述的控制装置122的一端双向连接，所述的控制装置122的另一端与所述的射频装置123的一端双向连接，所述的射频装置123的另一端与所述的阅读器天线124的一端双向连接。
[0021]所述的接口装置121包括RS232及RS485通讯接口。
[0022]所述的传感电子标签11包括标签天线111、供电电源112、控制器113、存储器114、时钟115、传感器信息装置116、编码器117及调节器118;所述的标签天线111的一端与所述的阅读器天线124的另一端双向连接，所述的标签天线111的输出端与所述的控制器113的输入端连接，所述的控制器113的输出端与所述的存储器114的输入端连接，所述的存储器114的输出端与所述的编码器117的输入端连接，所述的编码器117的输出端与所述的调节器118的输入端连接，所述的调节器118的输出端与所述的标签天线111的输入端连接;所述的时钟115的输出端与所述的存储器114连接，所述的传感器信息装置116的输出端与所述的编码器117连接。
[0023]请参见附图3所示，所述的控制器113包括报警装置1131、温度传感器1132、主控单片机1133及RFID射频装置1134，所述的报警装置1131与所述的主控单片机1133双向连接，所述的温度传感器1132及RFID射频装置1134的输出端分别与所述的主控单片机1133的输入端连接。
[0024]请参见附图4所示，所述的水下无线光通信装置4包括主控装置41、光调制驱动装置42、绿光光源43、滤光片44、光电倍增管45、光电接收装置46及硅光电二极管47，所述的主控装置41的输出端与所述的光调制驱动装置42的输入端连接，所述的光调制驱动装置42的输出端与所述的绿光光源43的输入端连接，所述的绿光光源43的输出端通过所述的滤光片44分别与所述的光电倍增管45及硅光电二极管47的输入端连接，所述的光电倍增管45及硅光电二极管47的输出端分别与所述的光电接收装置46的输入端连接，所述的光电接收装置46的输出端与所述的主控装置41的输入端连接。
[0025]本发明通过对水下潜器内部环境监测与人员定位系统总体框架进行分析和设计可知，系统的硬件主要由传感电子标签11、阅读器12、警铃、水下无线光通信装置4组成。具有唯一ID号的传感电子标签11由艇员随身携带；阅读器12分布在水下潜器内部各个舱室的重要监控点；警铃安装在监控室，当出现报警情况是报警，提醒操作员注意。根据RFID无线传感器网络系统的模型，通过耦合元件实现传感电子标签11与阅读器12之间射频信号的空间耦合，并根据时序关系，在耦合通道内传递能量和交换数据。
[0026]阅读器12是负责写入或者读取传感电子标签11信息的设备，主要功能是为传感电子标签11与其进行数据传送提供有效途径。
[0027]传感电子标签11是本系统真正的数据载体。以射频识别作为基本功能，并包含其他传感器设备以提供辅助功能。将普通的RFID电子标签与传感器融合，使其具有传感功能，实时监测佩戴者所处舱室环境，并通过人员的不同分布，达到对整个水下潜器内部各个舱室环境进行监测的目的。主控单片机1133作为控制核心;RFID射频装置1134可以完成发送端和接收端的射频识别;温度传感器1132主要完成对水下潜器内部温度的监测;报警装置1131可以进行人员的主动报警。
[0028]水下无线光通信装置4将光信号中的蓝绿光波段成分通过滤光片44的过滤，照射到达光探测元件(可以选择硅光电二极管47或者光电倍增管45)。光信号通过光电探测元件转换为电信号，经过光电接收装置46后对其进行放大和滤波处理，变为可被主控装置41识别的信息。主控装置41将信息转变为电平信号输入至光调制驱动装置42，光调制驱动装置42通过改变光波的某项参数(幅值、频率、相位)把信号加载到光源上，完成电信号到光信号的转变。光源根据应用场合选择小体积的发光器件，本发明选用了绿光半导体二极管(LED)和绿光激光器(LD)。此外，本发明设计的装置还包含有与上位机进行通信的串行接口，用于现场显示的液晶屏模块，和为不同单元提供电压的供电模块等。光信号通过光电探测元件转换为电信号，经过光电接收装置46后对其进行放大和滤波处理，变为可被主控装置41识别的信息。主控装置41将信息转变为电平信号输入至光调制驱动装置42，光调制驱动装置42通过改变光波的某项参数(幅值、频率、相位)把信号加载到绿光光源43上，完成电信号到光信号的转变。
[0029]综上所述，本发明结合空间无线激光通信技术和现有水下通信技术实现了水下无线传感网络节点间的相互通信，相比于传统水下声学通信装置而言，不仅具有体积小、成本低的特点，还可以提供相对于水声通信较高的带宽和传输速度;将RFID技术和光通信技术进一步融合，形成了一个将物流与信息流相连通的RFID无线传感器网络，不但使用射频信号实现目标自动识别的功能，而且克服了水下声学通道受环境影响较大的缺陷；RFID技术以射频方式进行双向通信，自动获取移动目标的相关数据，由于射频方式是非接触性的即使在污染、潮湿等恶劣环境下，射频识别工作也不需要人工干预且不会干扰水下潜器中其它仪器的正常工作；相比于传统芯片而言，RFID识别技术更为精确，识别的距离更灵活，而且相对于其他定位技术开说成本较低，使用寿命较长。
[0030]以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种水下潜器人员监测与定位系统，其特征在于:包括接收装置、发射装置、主控装置及水下无线光通信装置;所述的主控装置的输出端分别与所述的接收装置及发射装置的输入端连接，所述的发射装置的输出端与所述的接收装置的输入端连接;所述的接收装置包括传感电子标签、阅读器及数据库管理装置，所述的传感电子标签的输出端与所述的阅读器的输入端连接，所述的阅读器的输出端与所述的数据库管理装置的输入端连接，所述的数据库管理装置的输出端与所述的主控装置的输入端连接，所述的水下无线光通信装置分别与所述的阅读器及传感电子标签双向连接。2.根据权利要求1所述的水下潜器人员监测与定位系统，其特征在于:所述的阅读器包括接口装置、控制装置、射频装置及阅读器天线，所述的接口装置的一端与所述的控制装置的一端双向连接，所述的控制装置的另一端与所述的射频装置的一端双向连接，所述的射频装置的另一端与所述的阅读器天线的一端双向连接。3.根据权利要求2所述的水下潜器人员监测与定位系统，其特征在于:所述的接口装置包括RS232及RS485通讯接口。4.根据权利要求2所述的水下潜器人员监测与定位系统，其特征在于:所述的传感电子标签包括标签天线、供电电源、控制器、存储器、时钟、传感器信息装置、编码器及调节器;所述的标签天线的一端与所述的阅读器天线的另一端双向连接，所述的标签天线的输出端与所述的控制器的输入端连接，所述的控制器的输出端与所述的存储器的输入端连接，所述的存储器的输出端与所述的编码器的输入端连接，所述的编码器的输出端与所述的调节器的输入端连接，所述的调节器的输出端与所述的标签天线的输入端连接;所述的时钟的输出端与所述的存储器连接，所述的传感器信息装置的输出端与所述的编码器连接。5.根据权利要求4所述的水下潜器人员监测与定位系统，其特征在于:所述的控制器包括报警装置、温度传感器、主控单片机及RFID射频装置，所述的报警装置与所述的主控单片机双向连接，所述的温度传感器及RFID射频装置的输出端分别与所述的主控单片机的输入端连接。6.根据权利要求1所述的水下潜器人员监测与定位系统，其特征在于:所述的水下无线光通信装置包括主控装置、光调制驱动装置、绿光光源、滤光片、光电倍增管、光电接收装置及硅光电二极管，所述的主控装置的输出端与所述的光调制驱动装置的输入端连接，所述的光调制驱动装置的输出端与所述的绿光光源的输入端连接，所述的绿光光源的输出端通过所述的滤光片分别与所述的光电倍增管及硅光电二极管的输入端连接，所述的光电倍增管及硅光电二极管的输出端分别与所述的光电接收装置的输入端连接，所述的光电接收装置的输出端与所述的主控装置的输入端连接。
【文档编号】H04W4/00GK105939168SQ201610207638
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年3月23日
【发明人】金冬子, 吴琦
【申请人】安徽大学