導(dǎo)語：無線通信監(jiān)控系統(tǒng)研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：應(yīng)用無線通信網(wǎng)絡(luò)進行遠程數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)現(xiàn)場無線監(jiān)控系統(tǒng)，用于改變傳統(tǒng)游樂設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)有線布置方式，有利于節(jié)約資源和時間以及日后的維護保養(yǎng)，保障游樂設(shè)施的安全運行。

關(guān)鍵詞：無線通信；GMSK

大型游樂設(shè)施逐漸朝著“更快、更高、更刺激”的方向發(fā)展。而隨之帶來的危險性也在逐漸增加。目前大型游樂設(shè)施上都布滿了各種傳感器，用于游樂設(shè)施的實時檢測監(jiān)控。在游樂設(shè)施信號測量系統(tǒng)中，以往的數(shù)據(jù)傳輸方式常常采用有線傳輸方式，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性、穩(wěn)定性。然而在一些特殊的場合，高溫、野外及條件比較惡劣的環(huán)境中，待測系統(tǒng)中的某些參數(shù)（如溫度、壓力、電壓、電流等）需要實時傳輸出來給控制中心，傳統(tǒng)有線方式的應(yīng)用受到限制。在對大型游樂設(shè)施運行過程進行分析的基礎(chǔ)上，提出基于無線數(shù)據(jù)傳輸單元的游樂設(shè)施遠程安全監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，結(jié)合PLC與GSM網(wǎng)絡(luò)等手段，系統(tǒng)多個監(jiān)控單元分工合作，實現(xiàn)對游樂設(shè)施的安全監(jiān)控與安全預(yù)警功能。該系統(tǒng)能夠有效預(yù)報設(shè)備故障，減少事故發(fā)生率，提高設(shè)備的安全運行水平。

1系統(tǒng)組成

無線通信系統(tǒng)由發(fā)送單元與接收單元兩部分組成，如圖1所示。在發(fā)射單元，傳感器采集到得模擬量數(shù)據(jù)（電壓、電流、溫度、壓力等）傳遞給A/D轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)處理模塊將A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號編碼得到字節(jié)序列，再經(jīng)過發(fā)射模塊形成調(diào)制信號并送入信道，然后通過無線模塊發(fā)送出去。在接收端，首先接收模塊對接受到的調(diào)制信號進行解調(diào)，在數(shù)據(jù)處理模塊恢復(fù)出字節(jié)序列，在電平轉(zhuǎn)換模塊中進行數(shù)據(jù)分析儲存，并轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)參量在顯示模塊中實時顯示出來。當(dāng)系統(tǒng)參量超過正常范圍時，中心通訊管理軟件發(fā)出報警信號，現(xiàn)場工作人員通知操作員進行檢修或停止工作。傳感器測得的模擬信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為8位數(shù)字信號，在數(shù)據(jù)處理模塊中，經(jīng)FIR數(shù)字濾波器濾掉其中高頻分量，然后將8位數(shù)字量作為直接數(shù)字頻率合成器DDS相位累加器的輸入信號，用DDS來產(chǎn)生高分辨率、載頻可編程、頻偏可調(diào)的頻率時變信號，傳輸給發(fā)送模塊通過差分編碼，單邊帶調(diào)制器進行GMSK正交調(diào)制，實現(xiàn)調(diào)頻基帶信號向高頻的搬移，搬移后攜帶信息高頻向空間輻射，進行無線通信。數(shù)據(jù)處理模塊如圖2所示。采用ALTERACycloneIIEP2C5T144C8芯片，CycloneII系列FPGA支持Altera公司的NiOSII嵌入式軟核處理器。該芯片具有40萬系統(tǒng)門，8064個邏輯單元內(nèi)嵌18K位塊RAM，包含4個時鐘管理模塊和8個全局時鐘網(wǎng)絡(luò)，配置芯片（EPCS1），有源晶振及下載調(diào)試接口。整個芯片劃分為FIR濾波器模塊、DDS（直接數(shù)字頻率合成器）模塊、時鐘邏輯模塊、采樣控制模塊、儲存控制模塊等電路。時鐘模塊單元提供時序工作節(jié)拍，設(shè)計中采用100MHz的頻率輸出，以保證測控中同步脈沖的實時性。存儲單元完成數(shù)據(jù)的暫存與管理，采用“乒乓原理”實現(xiàn)大批量數(shù)據(jù)的寫入、讀出及管理功能。數(shù)據(jù)處理模塊中的FPGA芯片是發(fā)射單元的核心，用FPGA實現(xiàn)軟件無線電發(fā)射機，不僅降低了產(chǎn)品成本，減少了設(shè)備體積，滿足了系統(tǒng)的需求，而且比專用芯片具有更大的靈活性和可控性。由于FPGA芯片不能處理模擬量信號，來自傳感器的模擬量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量才能輸入到FPGA中進行處理。該系統(tǒng)采用AD公司的AD9283芯片，AD9283是8位的A/D轉(zhuǎn)換器，輸入為-0.5~0.5V的模擬信號，內(nèi)部采用流水線結(jié)構(gòu)，工作電壓為3.3V，A/D轉(zhuǎn)換器的時鐘由系統(tǒng)時鐘分頻電路提供。經(jīng)過編輯的數(shù)字量信號送入發(fā)射模塊進行GMSK（高斯濾波最小相移鍵控）編碼，GMSK具有良好的頻譜特性以及誤碼性能，目前已廣泛應(yīng)用于GSM在內(nèi)的眾多無線通信系統(tǒng)中。發(fā)送模塊與接收模塊原理如圖3所示。發(fā)送模塊主要由并串轉(zhuǎn)換、差分編碼和GMSK調(diào)制三個子模塊組合而成，首先將輸入的字節(jié)序列經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換變?yōu)楸忍匦蛄?，再?jīng)過差分編碼以及GMSK調(diào)制，形成GMSK調(diào)制信號。接受模塊主要由GMSK解調(diào)、差分解碼和串并轉(zhuǎn)換以及幀同步三個子模塊組成，分別實現(xiàn)發(fā)送端GMSM調(diào)制和并串轉(zhuǎn)換的逆過程。

2無線系統(tǒng)的軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計包括發(fā)射機通訊軟件和接收機FPGA的實時控制軟件。硬件描述采用VHDL語言，其主要特點在于，能形式化抽象表示電路的行為和結(jié)構(gòu)，支持邏輯設(shè)計中層次與范圍的描述，可借用高級語言的精巧結(jié)構(gòu)來簡化電路行為的描述，具有電路仿真與驗證機制以保證設(shè)計的正確性，支持電路描述由高層到底層的綜合轉(zhuǎn)換，硬件描述與實現(xiàn)工藝無關(guān)，便于文檔管理，易于理解和設(shè)計重用。上位機通訊管理軟件設(shè)計主要實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的處理及管理。下位機軟件是一個實時控制程序，每秒采集新的數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送出去?？刂瞥绦蛄鞒倘鐖D4所示。無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)可以連接不同的傳感器，遠距離接受測試信號。以江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院真空造浪系統(tǒng)為例，由于油溫、油壓力、電壓、電流直接影響液壓系統(tǒng)的工作，開環(huán)系統(tǒng)對油溫變化非常敏感，為提高系統(tǒng)性能，設(shè)置傳感器監(jiān)控系統(tǒng)，采集到的信號通過無線傳輸給計算機，通過顯示界面將系統(tǒng)測量到的參數(shù)顯示出來，如圖5所示。

3結(jié)語

本文完成了基于無線通信的遠程游樂設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計，以無線的方式將傳感器采集的數(shù)據(jù)實時顯示在監(jiān)控系統(tǒng)中，便于對運行的游樂設(shè)施的技術(shù)狀態(tài)進行分析，以判斷其運行是否正常，并可對異常情況進行追蹤，確切掌握設(shè)備的實際特性，有助于判斷需要修復(fù)或更換的零部件和電子元器件，充分利用設(shè)備和零件的潛力，節(jié)約維修費用，減少停機損失。

作者:司曉霞 韓喆 單位:1.江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院 2.中國船舶科學(xué)研究中心

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