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        便攜式野外無線毒劑偵測(cè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        2020-08-14 09:13:24楊映濤
        科技視界 2020年22期
        關(guān)鍵詞:毒劑串口遠(yuǎn)程

        楊映濤

        0 引言

        在野外執(zhí)行搶險(xiǎn)救災(zāi)、環(huán)境安全數(shù)據(jù)探測(cè)時(shí)常常需要及時(shí)回傳有關(guān)數(shù)據(jù),通常情況下使用公網(wǎng)不具備條件,或者出于數(shù)據(jù)安全保密要求不能使用公網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)。在一定的區(qū)域內(nèi),要實(shí)現(xiàn)前方與后方實(shí)時(shí)溝通、簡(jiǎn)潔高效傳送現(xiàn)場(chǎng)毒劑偵測(cè)預(yù)警數(shù)據(jù)信息至后方,便于后方掌握現(xiàn)場(chǎng)情況,及時(shí)調(diào)整力量部署及援救方案等都具有十分重要意義,基于無線加密傳輸數(shù)據(jù)的便攜式設(shè)備便成為首選。

        1 系統(tǒng)整體概述

        本文主要基于單片機(jī)、無線收發(fā)模塊和系列邏輯指令規(guī)則,設(shè)計(jì)了一種便攜式終端,實(shí)現(xiàn)偵測(cè)數(shù)據(jù)無線加密傳至遠(yuǎn)程PC。終端可隨任務(wù)進(jìn)行編組,實(shí)現(xiàn)前方與后方的呼點(diǎn)、通聯(lián)、預(yù)警等功能。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

        2 主要功能及技術(shù)指標(biāo)

        (1)遠(yuǎn)程呼點(diǎn)及應(yīng)答。可編程實(shí)現(xiàn)后方指揮中心與前方偵測(cè)員聯(lián)絡(luò)簡(jiǎn)潔應(yīng)答,簡(jiǎn)潔高效報(bào)告遠(yuǎn)程偵測(cè)處理情況,包括正常、異常、緊急等狀態(tài),以及指示是否需要請(qǐng)求支援等。

        (2)遠(yuǎn)程偵測(cè)預(yù)警??删幊虒?shí)時(shí)傳送遠(yuǎn)程偵測(cè)毒劑種類、名稱及濃度等相關(guān)數(shù)據(jù)信息至后方,中文LCD 液晶界面,操作方便簡(jiǎn)潔,實(shí)效性強(qiáng),傳輸距離遠(yuǎn)(開闊地5KM 以上)。

        圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

        (3)指揮中心(后方)指令傳遞。能迅速傳遞定制的行動(dòng)指令數(shù)據(jù)至前方,并通過友好中文字幕界面顯示。有效克服前方偵測(cè)員著裝及環(huán)境復(fù)雜情況,不便于通話及手機(jī)溝通等影響。

        (4)可靠性和可擴(kuò)展性。傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行擾碼及CRC 效驗(yàn),抗干擾能力強(qiáng),保密性好;接收靈敏度:-121dBm;適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng),工作溫度范圍:-40 至+85°C 度;端口可編程,擴(kuò)展性強(qiáng),預(yù)留遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)圖片等信息自動(dòng)采集實(shí)時(shí)傳送接口;可方便地定制增加各類行動(dòng)指令集。

        (5)傳輸距離遠(yuǎn)。通信傳輸距離:>5000M(開闊地);數(shù)據(jù)最大輸出功率:大于+30.5dBm(>1W);接收靈敏度:121dBm。

        (6)頻段范圍:240-930MHz(315、433、868、915MHz)。

        (7)數(shù)據(jù)傳輸率:0.125-256kbps。

        (8)人性化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)采用中文界面,最大限度地實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)潔操作、時(shí)效性和人性化。接收端可用手持,也可以用電腦顯示,適合不同場(chǎng)合需求。

        (9)適于推廣。由于該系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、可編程控制,許多功能拓展只需要升級(jí)軟件即可,因此成本低,適于推廣。

        3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

        系統(tǒng)的硬件電路主要由鍵盤輸入模塊、中央處理模塊、無線收發(fā)模塊和顯示模塊構(gòu)成。

        3.1 鍵盤輸入模塊

        負(fù)責(zé)處理人機(jī)交互,接收輸入的編碼信息。此處采用查詢方式讀取按鍵信息,如圖2 所示。即逐行置低電位0 后掃描1-4,如果是低電平則讀取到按鍵按下位置。根據(jù)位置功能鍵定義執(zhí)行相應(yīng)的功能函數(shù)。

        圖2 鍵盤輸入模塊

        3.2 中央處理模塊

        中央處理模塊選用MCS51 系列單片機(jī)器件。該模塊主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)處理人機(jī)輸入操作、無線數(shù)據(jù)收發(fā)和界面顯示功能。程序采取循環(huán)讀取人機(jī)鍵盤輸入操作和中斷方式處理收到的無線數(shù)據(jù)。

        圖3 中央處理模塊

        3.3 無線收發(fā)模塊

        收發(fā)模塊采用SW1042 無線模塊,由于該模塊為SPI 控制接口,沒有SPI 接口的單片機(jī)需要編程模擬SPI 接口轉(zhuǎn)換, 開發(fā)時(shí)需要對(duì)收發(fā)模塊進(jìn)行頻點(diǎn)、數(shù)率、通信方式等進(jìn)行可編程設(shè)置。由于該模塊工作電壓5.0-7.5V,最大輸出功率:+30dBm(1w),低功耗該,實(shí)測(cè)市內(nèi)通信距離可達(dá)7000 米,空曠地通信距離可達(dá)8000 米,能夠滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要。如圖4 所示。

        圖4 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊

        圖 5 PC 端數(shù)據(jù) USB 轉(zhuǎn)串口圖

        3.3 PC 端接收器模塊

        PC 端接收器由無線收發(fā)模塊、單片機(jī)和USB 轉(zhuǎn)串口模塊構(gòu)成,采用USB 接口供電。單片機(jī)主要完成SPI 數(shù)據(jù)接口與串口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,串口數(shù)據(jù)通過USB 轉(zhuǎn)串口模塊與PC 機(jī)連接。如圖5、圖6 所示。

        4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        終端采用C 語言編程實(shí)現(xiàn),數(shù)據(jù)采取DES 加密方式傳輸。上位機(jī)采用Vsual c#編程實(shí)現(xiàn)。上位機(jī)通過USB 轉(zhuǎn)串口與無線接收器連接,PC 端與各終端之間的通信采用廣播方式發(fā)送數(shù)據(jù),各終端收到信息后,核對(duì)硬件ID 標(biāo)識(shí)確認(rèn)一致后回復(fù)信息給PC。

        PC 端軟件主要包含遠(yuǎn)程呼點(diǎn)、毒劑偵測(cè)、歷史記錄和通信設(shè)置模塊。其界面如圖7 所示。

        圖6 終端外形

        5 結(jié)語

        本文針對(duì)特定條件下開展特種作業(yè)需求,設(shè)計(jì)了一種便攜式野外無線毒劑偵測(cè)預(yù)警系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)在野外不使用公網(wǎng)情況下進(jìn)行簡(jiǎn)易通聯(lián)和數(shù)據(jù)傳輸。該終端具有功能簡(jiǎn)捷實(shí)用、體積小便于攜帶,成本低利于推廣等特點(diǎn)。

        圖7 上位機(jī)軟件系統(tǒng)

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