代文鵬 陳恒 潘昌鵬 李紅波 李楠

摘要：文章介紹了一種放射源遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，利用STM32F103系列單片機(jī)作為主控系統(tǒng)，以4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為傳輸手段，以電腦、手機(jī)為客戶端，并應(yīng)用藍(lán)牙模塊、WiFi模塊、SIM800模塊、GPS定位模塊、傳感器等設(shè)備元件，實(shí)現(xiàn)對(duì)分散于各處的放射源的信息管理、遠(yuǎn)程定位、在線監(jiān)控、自動(dòng)報(bào)警等功能設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)加強(qiáng)了在使用、運(yùn)輸、存儲(chǔ)等過程中的實(shí)時(shí)在線安全監(jiān)控，預(yù)防放射源可能發(fā)生的丟失、誤操作、泄露等管理不善引起的核事故，從而對(duì)放射源實(shí)施全面有效的遠(yuǎn)程在線自動(dòng)監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：放射源監(jiān)控；GPS模塊；傳感器；上位機(jī)；4G通信

隨著核技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，放射源在石油工業(yè)、地礦勘探、醫(yī)療、環(huán)境、科學(xué)研究等領(lǐng)域均得到了廣泛應(yīng)用，但同時(shí)由于放射源這種特殊物質(zhì)對(duì)環(huán)境和人體具有較大的潛在危害性，放射源的丟失、被盜以及泄露等現(xiàn)象也將造成環(huán)境污染和人身傷害等嚴(yán)重安全事故。因此，研究如何針對(duì)放射源應(yīng)用范圍r；現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境各異的特點(diǎn)，加強(qiáng)在使用、運(yùn)輸、存儲(chǔ)等過程的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線安全監(jiān)控，預(yù)防放射源可能發(fā)生的丟失、誤操作、泄露等管理不善引起的核事故，具有重要的社會(huì)意義與應(yīng)用價(jià)值[1]。

1 總體結(jié)構(gòu)框

該放射源遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由下位機(jī)硬件部分和上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件兩部分組成，其中下位機(jī)硬件部分微處理器采用ARM公司的STM32F103系列單片機(jī)，結(jié)合SIM800模塊，外圍電路搭載震動(dòng)傳感器、反射源傳感器、攝像頭、電源等硬件。上位機(jī)軟件部分采用面向?qū)ο蟮木幊谭绞?，通過LabVIEW和易安卓語(yǔ)言進(jìn)行了電腦界面開發(fā)和APP設(shè)計(jì)，下位機(jī)將采集到的各種數(shù)據(jù)通過移動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)接收數(shù)據(jù)并顯示在監(jiān)控界面上，當(dāng)發(fā)生意外情況時(shí)，下位機(jī)給指定用戶手機(jī)發(fā)送報(bào)警指示，上位機(jī)也做出相應(yīng)的報(bào)警提示[2]，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 硬件選取

根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，選取相關(guān)硬件，需要一個(gè)主控芯片、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)芯片、電源電路和一些相應(yīng)的外部電路[3]。

主控芯片是一個(gè)開發(fā)板的核心部件，連接和控制板子上的硬件設(shè)備工作。本系統(tǒng)充分考慮到了基本性能要求：功耗低、可靠性高、穩(wěn)定性強(qiáng)、體積小等方面，再結(jié)合經(jīng)濟(jì)成本方面的考慮，本系統(tǒng)選擇的主控芯片是以Cortex-M3系列32位內(nèi)核，144引腳的STM32F103ZET6系列芯片，該芯片采用了扁平式QFP封裝，方便焊接和安裝。C。rtex-M3內(nèi)核使用3級(jí)流水線哈佛架構(gòu)，運(yùn)用分支預(yù)測(cè)、單周期乘法和硬件除法功能實(shí)現(xiàn)了 1.25 DMIPS/MHz出色的運(yùn)算效率，且功耗僅為0.19 mW/MHz。另外，該芯片具有良好的片內(nèi)資源，可以滿足一般的外圍開發(fā)設(shè)計(jì)。

電源選擇：Cortex-M3系列的供電需求是3.3 V，但是一些外圍設(shè)備需要5 V電源供電。

網(wǎng)絡(luò)芯片選擇：SIM800模塊、ESP8266串口Win無(wú)線模塊。

外圍設(shè)備選擇：包括放射源傳感器、蜂鳴器、GPS模塊、數(shù)個(gè)高精度傳感器等。

2.2 電源電路及調(diào)試電路

低層電路芯片3.3 V供電選用了AMS1117-3.3 芯片，3號(hào)引腳Vin為輸入電壓5 V，2號(hào)引腳為固定輸出3.3 V電壓，程序下載電路選擇了J-Link模式下載，并且在數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬啥薙WDIO/SWCLK各接了兩個(gè)10 K的電阻，D2為電源指示燈，S2為電源開關(guān)。電路如圖2所示。

2.3 各傳感器連接電路

本系統(tǒng)低層使用了高精度的數(shù)據(jù)采集傳感器，放射源傳感器、震動(dòng)傳感器、傳感器、干簧管傳感器、一氧化碳傳感器、液化氣傳感器、煙霧傳感器、熱釋電傳感器、火焰?zhèn)鞲欣砥骱笞鰯?shù)據(jù)處理，來(lái)判斷是否進(jìn)行外部控制的輸出，由于器等，通過這些高精度的傳感器進(jìn)行放射源定位、輻射劑量考慮到生活中的實(shí)際使用性和人性化設(shè)計(jì)，此處將所有的外采集、現(xiàn)場(chǎng)圖像采集、聯(lián)動(dòng)報(bào)警等[4]，再傳遞給低層中央處部傳感器都通過插針并用導(dǎo)線連接引出，電路如圖3所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)通過LabVIEW和易安卓語(yǔ)言完成上位機(jī)的設(shè)計(jì)，主要包括數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)處理兩大部分。數(shù)據(jù)接收部分，包含的功能有串口通信、指令發(fā)送、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；在Keil 4開發(fā)環(huán)境下設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了下位機(jī)的運(yùn)行程序，結(jié)合一些函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊對(duì)應(yīng)的功能[5]。

4 測(cè)試結(jié)果

該系統(tǒng)在STM32F103ZET6核心板、傳感器及外部設(shè)備等硬件設(shè)備支持下，以無(wú)線GPRS/4G和WiFi作為傳輸手段，在LabVIEW和易安卓語(yǔ)言等上位機(jī)環(huán)境平臺(tái)下，完成了對(duì)系統(tǒng)的整體測(cè)試工作，主要分為測(cè)試目的、測(cè)試環(huán)境、性能測(cè)試以及測(cè)試效果4個(gè)部分。整個(gè)系統(tǒng)的綜合測(cè)試結(jié)果基本達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，測(cè)試效果如圖4所示。

5 結(jié)語(yǔ)

本文介紹并設(shè)計(jì)了一種放射源遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)分為下位機(jī)硬件部分和上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件兩部分，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)加強(qiáng)了在使用、運(yùn)輸、存儲(chǔ)等過程中的實(shí)時(shí)在線安全監(jiān)控，預(yù)防放射源可能發(fā)生的丟失、誤操作、泄露等管理不善引起的核事故，具有高效、便捷、可靠的優(yōu)點(diǎn)，具有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值與市場(chǎng)前景。

[參考文獻(xiàn)]

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