便攜式野外無線毒劑偵測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

楊映濤

0 引言

在野外執(zhí)行搶險救災(zāi)、環(huán)境安全數(shù)據(jù)探測時常常需要及時回傳有關(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)時溝通、簡潔高效傳送現(xiàn)場毒劑偵測預(yù)警數(shù)據(jù)信息至后方，便于后方掌握現(xiàn)場情況，及時調(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)計了一種便攜式終端，實(shí)現(xiàn)偵測數(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?？删幊虒?shí)現(xiàn)后方指揮中心與前方偵測員聯(lián)絡(luò)簡潔應(yīng)答，簡潔高效報告遠(yuǎn)程偵測處理情況，包括正常、異常、緊急等狀態(tài)，以及指示是否需要請求支援等。

（2）遠(yuǎn)程偵測預(yù)警。可編程實(shí)時傳送遠(yuǎn)程偵測毒劑種類、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)場圖片等信息自動采集實(shí)時傳送接口；可方便地定制增加各類行動指令集。

（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。該系統(tǒng)采用中文界面，最大限度地實(shí)現(xiàn)簡潔操作、時效性和人性化。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軟件即可，因此成本低，適于推廣。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

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)時需要對收發(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

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，核對硬件ID 標(biāo)識確認(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、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

本文針對特定條件下開展特種作業(yè)需求，設(shè)計了一種便攜式野外無線毒劑偵測預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在野外不使用公網(wǎng)情況下進(jìn)行簡易通聯(lián)和數(shù)據(jù)傳輸。該終端具有功能簡捷實(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)