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)濟快速發(fā)展的今天，船舶作為重要的交通運輸工具承載大量的貨物運輸，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、財產(chǎn)損失相當巨大。

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。與船舶之間相撞事故相比，船撞橋問題有著更為嚴重的后果和經(jīng)濟損失。船橋碰撞會造成橋梁損毀﹑船舶沉沒﹑人員傷亡﹑貨物原油泄露導(dǎo)致環(huán)境污染和水路運輸干線長時間擁堵等嚴重后果，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)可以實時檢測船舶至附近距離以及測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。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計的基于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、信號轉(zhuǎn)換電路模塊、fpga控制模塊、報警模塊、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輸出端與信號轉(zhuǎn)換電路模塊的激光信號輸入端連接，所述信號轉(zhuǎn)換電路模塊的電信號輸出端與fpga控制模塊的電信號輸入端連接，所述fpga控制模塊的報警信號輸出端與報警模塊的報警信號輸入端連接，所述fpga控制模塊的旋轉(zhuǎn)信號輸出端與旋轉(zhuǎn)控制模塊的旋轉(zhuǎn)信號輸入端連接，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。

進一步地，所述激光接收模塊包括第一激光測距儀、第二激光測距儀、第三激光測距儀、以及第四激光測距儀，所述第一激光測距儀、第二激光測距儀、第三激光測距儀、以及第四激光測距儀的激光信號輸出端分別與信號轉(zhuǎn)換電路模塊的激光信號輸入端連接。這樣，激光測距儀可以實時檢測船舶至附近距離以及測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、正右方的第一電動旋轉(zhuǎn)底座、第二電動旋轉(zhuǎn)底座、第三電動旋轉(zhuǎn)底座、第四電動旋轉(zhuǎn)底座；所述第一激光測距儀、第二激光測距儀、第三激光測距儀、以及第四激光測距儀分別對應(yīng)安裝在第一電動旋轉(zhuǎn)底座、第二電動旋轉(zhuǎn)底座、第三電動旋轉(zhuǎn)底座、第四電動旋轉(zhuǎn)底座上，所述fpga控制模塊旋轉(zhuǎn)信號輸出端分別與第一電動旋轉(zhuǎn)底座、第二電動旋轉(zhuǎn)底座、第三電動旋轉(zhuǎn)底座、第四電動旋轉(zhuǎn)底座旋轉(zhuǎn)信號輸出端連接。

進一步地，所述報警模塊由發(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警信號輸入端分別與fpga控制模塊的報警信號輸出端連接。

進一步地，所述發(fā)光二極管的數(shù)量為6～10個，且均為紅色發(fā)光二極管。

進一步地，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警安全距離，方便在任意船上安裝使用，實用性強。

再進一步地，所述fpga控制模塊為型號ep1c12q240c8的芯片。

更進一步地，所述液晶顯示模塊為型號196128的液晶顯示屏。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

其一，本發(fā)明設(shè)計有四個激光測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旋轉(zhuǎn)底座帶動旋轉(zhuǎn)，可以測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自由度的可以旋轉(zhuǎn)的激光測距儀，根據(jù)探測到的距離和旋轉(zhuǎn)角度測量得出垂直高度，得到的數(shù)據(jù)更加精準、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。

其三，本發(fā)明設(shè)計有報警模塊，當實際距離低于設(shè)定的安全距離時，發(fā)光二極管閃爍，蜂鳴器響起提示報警，雙重報警方式，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)計合理、安全可靠、實用性強、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、第一激光測距儀1.1、第二激光測距儀1.2、第三激光測距儀1.3、第四激光測距儀1.4、旋轉(zhuǎn)控制模塊2、第一電動旋轉(zhuǎn)底座2.1、第二電動旋轉(zhuǎn)底座2.2、第三電動旋轉(zhuǎn)底座2.3、第四電動旋轉(zhuǎn)底座2.4、信號轉(zhuǎn)換電路模塊3、fpga控制模塊4、報警模塊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。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述：

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的激光信號輸出端與信號轉(zhuǎn)換電路模塊3的激光信號輸入端連接，信號轉(zhuǎn)換電路模塊3的電信號輸出端與fpga控制模塊4的電信號輸入端連接，fpga控制模塊4的報警信號輸出端與報警模塊5的報警信號輸入端連接，fpga控制模塊4的旋轉(zhuǎn)信號輸出端與旋轉(zhuǎn)控制模塊2的旋轉(zhuǎn)信號輸入端連接，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包括第一激光測距儀1.1、第二激光測距儀1.2、第三激光測距儀1.3、以及第四激光測距儀1.4，第一激光測距儀1.1、第二激光測距儀1.2、第三激光測距儀1.3、以及第四激光測距儀1.4的激光信號輸出端分別與信號轉(zhuǎn)換電路模塊3的激光信號輸入端連接。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、正右方的第一電動旋轉(zhuǎn)底座2.1、第二電動旋轉(zhuǎn)底座2.2、第三電動旋轉(zhuǎn)底座2.3、第四電動旋轉(zhuǎn)底座2.4；第一激光測距儀1.1、第二激光測距儀1.2、第三激光測距儀1.3、以及第四激光測距儀1.4分別對應(yīng)安裝在第一電動旋轉(zhuǎn)底座2.1、第二電動旋轉(zhuǎn)底座2.2、第三電動旋轉(zhuǎn)底座2.3、第四電動旋轉(zhuǎn)底座2.4上，fpga控制模塊4旋轉(zhuǎn)信號輸出端分別與第一電動旋轉(zhuǎn)底座2.1、第二電動旋轉(zhuǎn)底座2.2、第三電動旋轉(zhuǎn)底座2.3、第四電動旋轉(zhuǎn)底座2.4旋轉(zhuǎn)信號輸出端連接。將四臺激光測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，其他三個動旋轉(zhuǎn)底座可180°轉(zhuǎn)動，確保任何方向上都可被檢測到；安裝在船舶上的激光測距儀可以測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自由度的可以旋轉(zhuǎn)的激光測距儀，根據(jù)探測到的距離和旋轉(zhuǎn)角度測量得出垂直高度，經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換電路模塊講其轉(zhuǎn)換為電信號輸入到fpga控制系統(tǒng)，輸出信號顯示在液晶屏上，顯示五個方向的距離。

報警模塊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的報警信號輸入端分別與fpga控制模塊4的報警信號輸出端連接。發(fā)光二極管5.1的數(shù)量為6～10個，且均為紅色發(fā)光二極管。當距離低于設(shè)定的安全距離時，發(fā)光二極管5.1閃爍，蜂鳴器5.2響起提示報警。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警安全距離，方便在任意船上安裝使用，實用性強。fpga控制模塊4為型號ep1c12q240c8的芯片。液晶顯示模塊7為型號196128的液晶顯示屏。

本發(fā)明的工作過程是：將四臺激光測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，其他三個動旋轉(zhuǎn)底座可180°轉(zhuǎn)動，確保任何方向上都可被檢測到；安裝好激光測距儀后，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，四個激光測距儀的電動底座分別以一定速度帶動激光測距儀轉(zhuǎn)動，激光測距儀接收到的信號經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換模塊進入fpga控制模塊4，然后將四個方向的距離輸出顯示在液晶顯示屏上面，其中測船舶能否通過橋梁是通過記錄距離與角度，經(jīng)過fpga進行計算輸出測量高度，當距離達到設(shè)定的距離值，報警模塊5啟動，即發(fā)光二極管5.1閃爍，蜂鳴器5.2發(fā)出報警提示音。當駕駛員觀察到發(fā)光二極管5.1或者蜂鳴器5.2報警后，可以通過鍵盤6.1或者語音輸入設(shè)備6.2進行應(yīng)答操作，取消蜂鳴器5.2報警，對船舶航行進行及時調(diào)整，使船舶恢復(fù)到安全距離狀態(tài)。

以上，僅為本發(fā)明的具體實施方式，應(yīng)當指出，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)明的保護范圍之內(nèi)。