基于ARM平臺無線預警分析儀的研究與設計

梁 平

新太科技股份有限公司，廣東廣州 510665

基于ARM平臺無線預警分析儀的研究與設計

梁 平

新太科技股份有限公司，廣東廣州 510665

隨著國民經濟發展，城市管理部門針對城市社會公共安全監控及重大工程等預警的需求急劇增強。本文提出一種具有支持GSM語音通信、3G無線數據傳輸、GPS衛星定位的手持預警分析儀的設計方法。通過該分析儀，還可實現遠程無線實時預警、通訊以及快速定位等功能，并提供了多方會商支持。

ARM平臺；無線；預警

0 引言

電子設備走向智能化、無線化的發展趨勢已是不爭的事實。物聯網代表了未來社會治安及重大工程安全監測的方向，在軍事、民用等多方面具有廣發應用前景，更是關系到公共安全、經濟發展與社會穩定的重大科技，是國家重點發展的科技項目[1]。隨著各種無線傳感網絡建設的不斷投入，數據量日趨龐大，無線傳感網絡數據收發和分析能力亟待提高，要求越來越及時捕捉監測數據分析并對危險源進行及時預警。因此，能夠便于無線接收數據并且24小時隨時提供實時分析預警分析設備收到廣泛關注[2]。

本文提出并設計實現了一種高集成度、低成本、高可靠性、能夠便于野外工作攜帶并且24小時隨時提供分析預警的掌上辦公設備。該終端采用目前成熟的的嵌入式系統解決方案，以高性能ARM處理器和嵌入式Linux操作系統為核心[3]，對多媒體信息終端進行設計實現。

1 原理及設計

1.1 總體設計

分析儀由無線分析儀設備和分析系統軟件組成，并采用基于無線網絡進行實時數據交互方式工作。

本文給出的方案采用嵌入式平臺設計開發，采用ARM雙核處理器，采用802.11b/g無線和移動3G芯片構成雙無線全天候無線模塊。

軟件部分則由網絡數據分析程序和三維演化程序組成，可以通過分析儀依靠網絡或者3G（WCDMA，TD-SCDMA等）網絡進行交互。由于移動通信網絡信號覆蓋率高，因此可以互為補充，實現隨時隨地接收，實時獲取預警情報[4]。由于應用程序JAVA語言開發，具備良好的跨平臺特性。

1.2 工作原理

便攜式手持無線預警分析儀是一個工作在雙工狀態下的收發機。主要包括無線接收模塊(Receiver Unit)、發射模塊(Transmitter Unit)、控制模塊(Controller Uint)及人機界面部分(Interface)和電源(Power Supply)組成。如圖1所示。

圖1 組成結構示意圖

從印刷電路板的結構分為：無線系統、主板控制系統、電源系統，3個部分。在分析儀中，這3個部分相互配合，在邏輯控制系統統一指揮下，完成數據通信的各項功能。

所述分析儀各電路系統原理如下：

無線部分：

無線模塊采用802.11b/g和移動無線通信3G網絡組成的雙無線模塊，總體上都可以看作由無線接收和無線發射兩部分組成。

先介紹移動無線通信3G模塊工作原理：射頻接收電路完成接收無線傳感網絡信號的濾波、信號放大、解調等功能；射頻發射電路主要完成無線信號的調制、變頻、功率放大等功能[5]。

其中包含從天線到接收機的解調輸出，與發射的I/Q調制到功率放大器輸出的電路；邏輯音頻包含從接收解調到，接收音頻輸出、發射話音拾取（送話器電路）到發射I/Q調制器及邏輯電路部分的中央處理單元、數字語音處理及各種存儲器電路等。具體過程如下示意：

發射端：

數字信號→DAC（數模轉換）→混頻器（與振蕩器混合）→發射功放→發射

接收端：

數字信號←ADC（模數轉換）←濾波器←接收功放←接收

主板控制部分：

它主要由核心控制模塊CPU、EEPROM、FLASH EPROM、SRAM以及硬盤等部分組成，邏輯系統主要完成分析儀中的各項設定功能、控制收發信號的正確處理功能等，而且在邏輯系統中，硬盤和FLASH EPROM內部存儲的數據必須完全正確，才能發揮其強大快捷的邏輯控制功能[6]。

主要由下列幾部分組成：

1）CPU（中央處理器）：這是微控制器的核心，本發明使用Advanced RISC Machines公司的微處理器。

2）存儲器：包括兩個部分，一是硬盤它用來存儲程序；二是RAM，它用來存儲數據。ROM和RAM兩種存儲器是有所不同的。

3）輸人/輸出（I/O）接口：這一接口電路分為兩種：一是并行輸入/輸出接口；二是串行輸入/輸出接口。這兩種接口電路結構不同，對信息的傳輸方式也不同。

4）定時器/計數器：微控制器的許多應用中，往往需要進行精確的定時并產生方波信號，這要由定時器/計數器電路來完成。

中央處理器的上述5個基本部件電路之間通過地址總線（AB）、數據總線（DB）和控制總線（CB）連接在一起，再通過輸出/輸人接口與中央處理器的外部電路聯系起。

2 工作機理

分析儀工作時，無線接收和發射是在一定的范圍內，可自動切換和尋找無線網絡信號，以一定的波特率和調制方式完成數據和聲音的傳輸[7]。而分析儀的無線接收模塊和發射模塊以及控制模塊都集成在主板上。為保證設備的高可用性和軟件的可用性，分析儀采用嵌入式架構，因此，主CPU采用了ARM9系列，集成了10/100M自適應網卡，支持多種接口，方便擴展無線模塊。

圖2 工作流程圖

運行過程如2所示，首先啟動預警分析儀；然后操作系統的應用選項；選擇啟動預警系統，系統自動詢問是否鏈接GPRS網絡；選擇是則系統自動與服務器通過無線網絡進行鏈接；之后進入用戶身份驗證；驗證是系統用戶，則啟動預警分析系統主程序，并實時無線接受服務器數據；自動進行數據分析；根據分析結果，進行預警工作。

3 結論

面臨科技的快速進步，以及物聯網產業的迅猛發展，傳統預警分析面臨諸多考驗，尤其是難以提供快速靈活的應用[8]。本文提出的便攜式手持無線預警分析儀，利用覆蓋全國的移動通信3G網絡和高速、高帶寬的802.11g組成無縫切換的無線工作組，將實時數據接收和分析系統內置分析儀，實現了24小時不間斷工作，從而較好地解決了如何實時發現并應對公共安全災害等難題。

[1]何秀廣，李玉梅，池玉春.構建“城市治安預警系統”的應用理論與實踐研究[J].中國人民公安大學學報，2005，23：77-83.

[2]黃助海.建立城市災害預警系統和治救體系的一些看法[J].中國減災，2000，3：57-61.

[3]關守平，姚勇，劉海龍，張躍輝.嵌入式系統網絡接口模塊設計及應用[J].儀器儀表學報2007，S1：45-49.

[4]周立功，等.ARM 嵌入式系統基礎教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2005，1.

[5]吳金舟.基于ARM 處理器的嵌入式Internet 技術研究與實現[J].軟件導刊，2010，5：37-42.

[6]李長青，王友釗，馬永昌.基于嵌入式系統的雙通道便攜式振動測試分析儀的設計[J].工業控制計算機，2004，17(11)：32-33.

[7]涂志強.手持式頻譜分析儀嵌入式系統設計[D].電子科技大學，2008.

[8]傅朝義，張鑫林，李再凱，趙俊三.張建國.程伊里.基廣東省地質災害預警信息系統流程設計[J].中國地質災害與防治學報，2006，17(1)：51-55.

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1674-6708（2010）30-0225-02

梁平，研究方向：電子信息及軌道交通控制策略