導語：無線通信監控系統研究一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：應用無線通信網絡進行遠程數據傳輸，實現現場無線監控系統，用于改變傳統游樂設施監控系統有線布置方式，有利于節約資源和時間以及日后的維護保養，保障游樂設施的安全運行。

關鍵詞：無線通信；GMSK

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

1系統組成

無線通信系統由發送單元與接收單元兩部分組成，如圖1所示。在發射單元，傳感器采集到得模擬量數據（電壓、電流、溫度、壓力等）傳遞給A/D轉換器，數據處理模塊將A/D轉換器轉換后的數字信號編碼得到字節序列，再經過發射模塊形成調制信號并送入信道，然后通過無線模塊發送出去。在接收端，首先接收模塊對接受到的調制信號進行解調，在數據處理模塊恢復出字節序列，在電平轉換模塊中進行數據分析儲存，并轉化為系統參量在顯示模塊中實時顯示出來。當系統參量超過正常范圍時，中心通訊管理軟件發出報警信號，現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過A/D轉換器轉換為8位數字信號，在數據處理模塊中，經FIR數字濾波器濾掉其中高頻分量，然后將8位數字量作為直接數字頻率合成器DDS相位累加器的輸入信號，用DDS來產生高分辨率、載頻可編程、頻偏可調的頻率時變信號，傳輸給發送模塊通過差分編碼，單邊帶調制器進行GMSK正交調制，實現調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。數據處理模塊如圖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40萬系統門，8064個邏輯單元內嵌18K位塊RAM，包含4個時鐘管理模塊和8個全局時鐘網絡，配置芯片（EPCS1），有源晶振及下載調試接口。整個芯片劃分為FIR濾波器模塊、DDS（直接數字頻率合成器）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拍，設計中采用100MHz的頻率輸出，以保證測控中同步脈沖的實時性。存儲單元完成數據的暫存與管理，采用“乒乓原理”實現大批量數據的寫入、讀出及管理功能。數據處理模塊中的FPGA芯片是發射單元的核心，用FPGA實現軟件無線電發射機，不僅降低了產品成本，減少了設備體積，滿足了系統的需求，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A/D轉換芯片轉換成相應的數字量才能輸入到FPGA中進行處理。該系統采用AD公司的AD9283芯片，AD9283是8位的A/D轉換器，輸入為-0.5~0.5V的模擬信號，內部采用流水線結構，工作電壓為3.3V，A/D轉換器的時鐘由系統時鐘分頻電路提供。經過編輯的數字量信號送入發射模塊進行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，目前已廣泛應用于GSM在內的眾多無線通信系統中。發送模塊與接收模塊原理如圖3所示。發送模塊主要由并串轉換、差分編碼和GMSK調制三個子模塊組合而成，首先將輸入的字節序列經過并串轉換變為比特序列，再經過差分編碼以及GMSK調制，形成GMSK調制信號。接受模塊主要由GMSK解調、差分解碼和串并轉換以及幀同步三個子模塊組成，分別實現發送端GMSM調制和并串轉換的逆過程。

2無線系統的軟件設計

系統軟件設計包括發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構，支持邏輯設計中層次與范圍的描述，可借用高級語言的精巧結構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計的正確性，支持電路描述由高層到底層的綜合轉換，硬件描述與實現工藝無關，便于文檔管理，易于理解和設計重用。上位機通訊管理軟件設計主要實現對數據的處理及管理。下位機軟件是一個實時控制程序，每秒采集新的數據，并將其發送出去。控制程序流程如圖4所示。無線數據傳輸系統可以連接不同的傳感器，遠距離接受測試信號。以江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院真空造浪系統為例，由于油溫、油壓力、電壓、電流直接影響液壓系統的工作，開環系統對油溫變化非常敏感，為提高系統性能，設置傳感器監控系統，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測量到的參數顯示出來，如圖5所示。

3結語

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

作者:司曉霞 韓喆 單位:1.江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院 2.中國船舶科學研究中心

參考文獻

[1]冀保峰.現代無線通信系統[M].北京：水利水電出版社，2016.

[2]崔莉，鞠海玲，苗勇，等.無線傳感器網絡研究進展[J].計算機研究與發展，2005(1)：163-174.

[3]王殊，閻毓杰，胡富平，等.無線傳感器網絡的理論及應用[M].北京：北京航空航天大學出版社,2007.

[4]劉穎.同步數字傳輸技術[M].北京：科學出版社，2012.

[5]傅民倉，馮立杰，李立波.短距離無線網絡通信技術及其應用[J].現代電子技術，2006(11)：15-17，20.

[6]李向東.大型游樂設施安全技術[M].北京：中國計劃出版社，2010.