放射源遠程監控系統研究

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程監控系統，利用STM32F103系列單片機作為主控系統，以4G無線網絡通信技術為傳輸手段，以電腦、手機為客戶端，并應用藍牙模塊、WiFi模塊、SIM800模塊、GPS定位模塊、傳感器等設備元件，實現對分散于各處的放射源的信息管理、遠程定位、在線監控、自動報警等功能設計，該系統加強了在使用、運輸、存儲等過程中的實時在線安全監控，預防放射源可能發生的丟失、誤操作、泄露等管理不善引起的核事故，從而對放射源實施全面有效的遠程在線自動監控。

關鍵詞：放射源監控；GPS模塊；傳感器；上位機；4G通信

隨著核技術應用的發展，放射源在石油工業、地礦勘探、醫療、環境、科學研究等領域均得到了廣泛應用，但同時由于放射源這種特殊物質對環境和人體具有較大的潛在危害性，放射源的丟失、被盜以及泄露等現象也將造成環境污染和人身傷害等嚴重安全事故。因此，研究如何針對放射源應用范圍r；現場環境各異的特點，加強在使用、運輸、存儲等過程的遠程實時在線安全監控，預防放射源可能發生的丟失、誤操作、泄露等管理不善引起的核事故，具有重要的社會意義與應用價值[1]。

1 總體結構框

該放射源遠程監控系統由下位機硬件部分和上位機監控系統軟件兩部分組成，其中下位機硬件部分微處理器采用ARM公司的STM32F103系列單片機，結合SIM800模塊，外圍電路搭載震動傳感器、反射源傳感器、攝像頭、電源等硬件。上位機軟件部分采用面向對象的編程方式，通過LabVIEW和易安卓語言進行了電腦界面開發和APP設計，下位機將采集到的各種數據通過移動4G網絡實時發送給上位機，上位機接收數據并顯示在監控界面上，當發生意外情況時，下位機給指定用戶手機發送報警指示，上位機也做出相應的報警提示[2]，系統總體結構框如圖1所示。

2 系統硬件設計

2.1 硬件選取

根據本系統的設計，選取相關硬件，需要一個主控芯片、無線網絡芯片、電源電路和一些相應的外部電路[3]。

主控芯片是一個開發板的核心部件，連接和控制板子上的硬件設備工作。本系統充分考慮到了基本性能要求：功耗低、可靠性高、穩定性強、體積小等方面，再結合經濟成本方面的考慮，本系統選擇的主控芯片是以Cortex-M3系列32位內核，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內核使用3級流水線哈佛架構，運用分支預測、單周期乘法和硬件除法功能實現了 1.25 DMIPS/MHz出色的運算效率，且功耗僅為0.19 mW/MHz。另外，該芯片具有良好的片內資源，可以滿足一般的外圍開發設計。

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

網絡芯片選擇：SIM800模塊、ESP8266串口Win無線模塊。

外圍設備選擇：包括放射源傳感器、蜂鳴器、GPS模塊、數個高精度傳感器等。

2.2 電源電路及調試電路

低層電路芯片3.3 V供電選用了AMS1117-3.3 芯片，3號引腳Vin為輸入電壓5 V，2號引腳為固定輸出3.3 V電壓，程序下載電路選擇了J-Link模式下載，并且在數據傳輸的兩端SWDIO/SWCLK各接了兩個10 K的電阻，D2為電源指示燈，S2為電源開關。電路如圖2所示。

2.3 各傳感器連接電路

本系統低層使用了高精度的數據采集傳感器，放射源傳感器、震動傳感器、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、火焰傳感理器后做數據處理，來判斷是否進行外部控制的輸出，由于器等，通過這些高精度的傳感器進行放射源定位、輻射劑量考慮到生活中的實際使用性和人性化設計，此處將所有的外采集、現場圖像采集、聯動報警等[4]，再傳遞給低層中央處部傳感器都通過插針并用導線連接引出，電路如圖3所示。

3 系統軟件設計

該系統通過LabVIEW和易安卓語言完成上位機的設計，主要包括數據接收和數據處理兩大部分。數據接收部分，包含的功能有串口通信、指令發送、數據接收、數據顯示、數據存儲；在Keil 4開發環境下設計和實現了下位機的運行程序，結合一些函數來實現各個模塊對應的功能[5]。

4 測試結果

該系統在STM32F103ZET6核心板、傳感器及外部設備等硬件設備支持下，以無線GPRS/4G和WiFi作為傳輸手段，在LabVIEW和易安卓語言等上位機環境平臺下，完成了對系統的整體測試工作，主要分為測試目的、測試環境、性能測試以及測試效果4個部分。整個系統的綜合測試結果基本達到了預期目標，測試效果如圖4所示。

5 結語

本文介紹并設計了一種放射源遠程監控系統，該系統分為下位機硬件部分和上位機監控系統軟件兩部分，該系統設計加強了在使用、運輸、存儲等過程中的實時在線安全監控，預防放射源可能發生的丟失、誤操作、泄露等管理不善引起的核事故，具有高效、便捷、可靠的優點，具有很高的實際應用價值與市場前景。

[參考文獻]

[1]徐霖.基于ARM11的嵌入式無線監控系統的研究與實現[D].武漢：武漢科技大學，2012.

[2]韓穎.基于無線傳感器網絡得室內環境監控系統[D].沈陽：沈陽工業大學，2014.

[3]王婷婷.基于STM32W的智能環境監控系統的研制[D].鎮江：江蘇科技大學，2015.

[4]張占軍，陳詩偉.智能家居系統的無線控制方案設計[J].科教導刊，2015（1）：160-161.

[5]嚴立.基于Wi-Fi的智能家居中控制器的設計和實現[D].成都：電子科技大學，2015.