Hệ thống kiểm soát phao báo hiệu hàng hải từ xa qua mạng di động GSM

Từ khóa: phao báo hiệu hàng hải, GSM, GPS

Abstract: This article introduces the GSM-based remote control system for maritime buoys. The system have two equipments. The first one named “control equipment” was located in drift float to monitor the parameters of the float such as  on/off cycle of light, batteries,  charge current from solar to battery, position of float, … and it is set up to send status of parameters of float to the center  by periodical or instant message when had problems on float. Then second one named “manage equipment” was located in the center,  it is used to receive message from “control equipment” to analysis and display the status of float for office manager. It also allow the office manager to send  message request to the “control equipment” to check the status of the float.

Keywords: maritime buoys, GSM, GPS

1.    GIỚI THIỆU CHUNG

       Hiện nay, việc quản lý các phao báo hiệu hàng hải được thực hiện bằng phương pháp thủ công, định kỳ hàng ngày sẽ có các đợt kiểm tra tình trạng hoạt động của phao (tình trạng hoạt động của đèn, tình trạng hoạt động của ắc quy, solar,…) để đánh giá và xử lý bảo dưỡng để đảm bảo phao hoạt động bình thường. Phương pháp trên đơn giản về mặt kỹ thuật nhưng tiêu tốn nhiều nhân công, phương tiện, nguyên liệu dẫn đến chi phí bảo trì bảo dưỡng cao. Ở khía cạnh khác, phương pháp này tiềm ẩn nhiều rủi ro cho nhân công trong những mùa mưa bảo, khi đó việc kiểm tra thủ công như vậy gặp nhiều khó khăn, nguy hiểm.

      Từ thực tiễn trên, việc nghiên cứu xây dựng “Hệ thống kiểm soát phao báo hiệu hàng hải từ xa thông qua mạng di động GSM” để cải thiện phương pháp quản lý thủ công truyền thống, giảm chi phí duy trì bảo dưỡng và tăng hiệu quả quản lý là rất cần thiết. Hệ thống được phát triển trên nền tảng nghiên cứu, ứng dụng các công nghệ GPS, GSM và kết hợp kiến thức chuyên môn của lĩnh vực điện tử, công nghệ thông tin.
Hệ thống cho phép kiểm soát tất cả các thông số kỹ thuật hoạt động cần thiết của phao (chu kỳ chớp/tắt của đèn trên phao, năng lượng ắc quy, dòng sạc từ solar xuống ắc quy, vị trí của phao…), trong ngày, các thông tin này sẽ được gửi về trung tâm theo định kỳ để báo cho người quản lý tình trạng hoạt động của phao hoặc khi sự cố xảy ra, hệ thống sẽ tự động cảnh báo cho người quản lý biết để khắc phục kịp thời. Bên cạnh đó, người quản lý cũng có thể kiểm tra tình trạng hoạt động của phao tại bất kỳ thời điểm nào mà không cần phải chờ hệ thống gửi báo cáo theo định kỳ.

2.    MÔ TẢ HỆ THỐNG
2.1     Giới thiệu
Hệ thống gồm có 2 thành phần chính truyền nhận dữ liệu trên nền tảng công nghệ GSM/GPRS:
-    Thiết bị kiểm soát: Đặt trên phao báo hiệu, có chức năng ghi nhận tình trạng hoạt động của phao và báo về trung tâm. Ngoài ra, thiết bị còn có khả năng nhận yêu cầu và phản hồi yêu cầu từ trung tâm.
-    Thiết bị quản lý: Đặt tại trung tâm, có chức năng gửi các yêu cầu đến thiết bị kiểm soát và thu nhận thông tin từ thiết bị kiểm soát gửi về.

Hình 1: Mô hình Hệ thống Giám sát, Kiểm soát và Điều khiển phao báo hiệu

a.    Thiết bị kiểm soát
      Thiết bị phần cứng gắn trên phao báo hiệu được tích hợp module GPS, module GSM, module vi xử lý và các thành phần ngoại vi, có chức năng:
-    Giám sát và điều khiển trình trạng hoạt động của đĩa đèn.
-    Giám sát chu kỳ chớp của đèn.
-    Giám sát năng lượng của accu.
-    Giám sát và điều khiển dòng sạc từ solar xuống accu.
-    Giám sát dòng điện tiêu thụ của toàn bộ thiết bị trên phao.
-    Giám sát vị trí phao.
-    Giám sát trạng thái va đập.
-    Giám sát tài khoản SIM.
-    Tự động cảnh báo đến số di động và báo cáo về trung tâm khi có sự cố: Va đập, khi phao trôi lệch ra khỏi bán kính cho phép, khi điện áp của acquy thấp hơn mức cho phép hoặc khi acquy hư hỏng, không thu được GPS, đĩa đèn hỏng, tài khoản SIM sắp hết… và báo cáo định kỳ khi chuyển từ ngày sang đêm và ngược lại.
-    Gửi định kỳ, gửi theo yêu cầu và tự động gửi cảnh báo và gửi trong trường hợp cài đặt các thông số thiết bị.
Thiết bị truyền nhận dữ liệu về trung tâm thông qua module GSM qua đường truyền di động GSM/GPRS. Thiết bị hoạt động theo phương thức thời gian thực, có chế độ gửi dữ liệu theo định kỳ được thiết lập và gửi tức thời khi có sự cố bất thường xảy ra.

Hình 2: Sơ đồ khối thiết bị kiểm soát

      Thiết bị kiểm soát hoạt động theo 3 chế độ chính như sau:
•    Báo cáo định kỳ: Thiết bị tự động cập nhật các thông số cần kiểm soát và gửi về trung tâm theo các khoảng thời gian cố định trong ngày. Khoảng thời gian và số lần gửi được chỉnh đặt bởi người quản lý.
•    Báo cáo theo yêu cầu: Người quản lý có thể yêu cầu thiết bị kiểm soát gửi báo cáo tình trạng hoạt động tại thời điểm bất kỳ bằng cách gửi tín hiệu thông qua một tin nhắn yêu cầu theo đúng cấu trúc đến số thuê bao di động gắn trên thiết bị kiểm soát. Khi được tin nhắn yêu cầu, thiết bị kiểm soát sẽ kiểm tra mật mã (password) của tin nhắn, nếu đúng thì thiết bị kiểm soát sẽ gửi báo cáo theo nội dung yêu cầu của tin nhắn.
-    Cấu trúc của tin nhắn yêu cầu có thể thay đổi được bằng cách lập trình.
-    Password của hệ thống có thể thay đổi từ trung tâm hoặc qua tin nhắn.
-    Có nhiều loại tin nhắn yêu cầu, cấu trúc của mổi tin nhắn yêu cầu là do người lập trình quy định
•    Báo cáo cảnh báo: Thiết bị kiểm soát giám sát các thông số hoạt động của phao, khi có bất cứ thông số nào vượt khỏi giới hạn cho phép do người quản lý thiết lập ban đầu, thì thiết bị tự động gửi tín hiệu cảnh báo về trung tâm mà không phải chờ đến định kỳ báo cáo. Chế độ này áp dụng cho cảnh báo va đập, cảnh báo trộm.
b.    Thiết bị quản lý
        Thiết bị quản lý hoạt động dựa trên hai chức năng chính sau:
•    Thu nhận dữ liệu từ thiết bị kiểm soát gởi về, phân tích và cung cấp thông tin về tình trạng hoạt động của phao cho người quản lý và phát tín hiệu cảnh báo khi cần thiết. Thông tin sẽ được tổ chức và lưu trữ theo yêu cầu quản lý.
•    Gởi tín hiệu yêu cầu báo cáo của người quản lý đến thiết bị kiểm soát

Hình 3: Sơ đồ khối thiết bị quản lý

        Thiết bị quản lý thực hiện hai chức năng trên thông qua phần mềm điều khiển, phần mềm này cho phép người quản lý chỉnh đặt các thông số hoạt động ban đầu cho hệ thống, cũng như thao tác và xử lý trong quá trình vận hành.
         Phần mềm quản lý: Nhận thông tin từ thiết bị gửi về để giám sát và kiểm soát tình trạng hoạt động của phao báo hiệu, và xử lý kịp thời khi sự cố bất thường. Phần mềm quản lý được xây dựng trên nền tảng web browser, cho phép người vận hành quản lý ở bất kỳ nơi đâu có internet. Người vận hành có thể gửi các lệnh điều khiển chế độ hoạt động, hoặc lệnh kiểm tra hoạt động của phao báo hiệu tại thời điểm bất kỳ bằng cách nhắn tin điều khiển thiết bị từ điện thoại di động.

Hình 4: Phần mềm giám sát, kiểm soát phao báo hiệu

3.    KẾT LUẬN
        Hệ thống kiểm soát phao báo hiệu hàng hải từ xa thông qua mạng di động GSM là hướng đi mới cho việc quản lý phao báo hiệu hàng hải theo phương pháp tự động thay thế dần phương pháp truyền thống, giúp tiết kiệm nguồn lực con người cũng như nguồn lực vật chất, nhằm nâng cao hiệu quả, nâng cao tính an toàn trong quản lý thiết bị. Hệ thống hiện đã được sản xuất và vận hành thử nghiệm tại Tổng Công ty Đảm bảo An toàn Hàng hải miền Nam (VMSS)

    Tài liệu tham khảo
[1] Hillebrand, Friedhelm, ed (12 2001). GSM and UMTS, The Creation of Global Mobile Communications. John Wiley & Sons
[2] Mouly, Michel; Pautet, Marie-Bernardette (06 2002). The GSM System for Mobile Communications. Telecom Publishing
[3] Parkinson; Spilker (1996). The global positioning system. American Institute of Aeronautics and Astronautics
[4] Akio Yasuda (2005). Satellite Navigation System, GPS. Tokyo University of Marine
[5] J. Doble (1996). Introduction  to  radio  propagation  for fixed and mobile communication. Artech House, Boston
[6]  “PICmicro Family Tree”, PIC16F Seminar Presentation http://www.microchip.com.tw/PDF/2004_spring/PIC16F%20seminar%20presentation.pdf
[7] http://www.microchip.com

TS. PHẠM TUẤN ANH
                                             Tổng Công ty Bảo đảm An toàn Hàng hải miền Nam