基于ARM平台无线预警分析仪的研究与设计

梁 平

新太科技股份有限公司，广东广州 510665

基于ARM平台无线预警分析仪的研究与设计

梁 平

新太科技股份有限公司，广东广州 510665

随着国民经济发展，城市管理部门针对城市社会公共安全监控及重大工程等预警的需求急剧增强。本文提出一种具有支持GSM语音通信、3G无线数据传输、GPS卫星定位的手持预警分析仪的设计方法。通过该分析仪，还可实现远程无线实时预警、通讯以及快速定位等功能，并提供了多方会商支持。

ARM平台；无线；预警

0 引言

电子设备走向智能化、无线化的发展趋势已是不争的事实。物联网代表了未来社会治安及重大工程安全监测的方向，在军事、民用等多方面具有广发应用前景，更是关系到公共安全、经济发展与社会稳定的重大科技，是国家重点发展的科技项目[1]。随着各种无线传感网络建设的不断投入，数据量日趋庞大，无线传感网络数据收发和分析能力亟待提高，要求越来越及时捕捉监测数据分析并对危险源进行及时预警。因此，能够便于无线接收数据并且24小时随时提供实时分析预警分析设备收到广泛关注[2]。

本文提出并设计实现了一种高集成度、低成本、高可靠性、能够便于野外工作携带并且24小时随时提供分析预警的掌上办公设备。该终端采用目前成熟的的嵌入式系统解决方案，以高性能ARM处理器和嵌入式Linux操作系统为核心[3]，对多媒体信息终端进行设计实现。

1 原理及设计

1.1 总体设计

分析仪由无线分析仪设备和分析系统软件组成，并采用基于无线网络进行实时数据交互方式工作。

本文给出的方案采用嵌入式平台设计开发，采用ARM双核处理器，采用802.11b/g无线和移动3G芯片构成双无线全天候无线模块。

软件部分则由网络数据分析程序和三维演化程序组成，可以通过分析仪依靠网络或者3G（WCDMA，TD-SCDMA等）网络进行交互。由于移动通信网络信号覆盖率高，因此可以互为补充，实现随时随地接收，实时获取预警情报[4]。由于应用程序JAVA语言开发，具备良好的跨平台特性。

1.2 工作原理

便携式手持无线预警分析仪是一个工作在双工状态下的收发机。主要包括无线接收模块(Receiver Unit)、发射模块(Transmitter Unit)、控制模块(Controller Uint)及人机界面部分(Interface)和电源(Power Supply)组成。如图1所示。

图1 组成结构示意图

从印刷电路板的结构分为：无线系统、主板控制系统、电源系统，3个部分。在分析仪中，这3个部分相互配合，在逻辑控制系统统一指挥下，完成数据通信的各项功能。

所述分析仪各电路系统原理如下：

无线部分：

无线模块采用802.11b/g和移动无线通信3G网络组成的双无线模块，总体上都可以看作由无线接收和无线发射两部分组成。

先介绍移动无线通信3G模块工作原理：射频接收电路完成接收无线传感网络信号的滤波、信号放大、解调等功能；射频发射电路主要完成无线信号的调制、变频、功率放大等功能[5]。

其中包含从天线到接收机的解调输出，与发射的I/Q调制到功率放大器输出的电路；逻辑音频包含从接收解调到，接收音频输出、发射话音拾取（送话器电路）到发射I/Q调制器及逻辑电路部分的中央处理单元、数字语音处理及各种存储器电路等。具体过程如下示意：

发射端：

数字信号→DAC（数模转换）→混频器（与振荡器混合）→发射功放→发射

接收端：

数字信号←ADC（模数转换）←滤波器←接收功放←接收

主板控制部分：

它主要由核心控制模块CPU、EEPROM、FLASH EPROM、SRAM以及硬盘等部分组成，逻辑系统主要完成分析仪中的各项设定功能、控制收发信号的正确处理功能等，而且在逻辑系统中，硬盘和FLASH EPROM内部存储的数据必须完全正确，才能发挥其强大快捷的逻辑控制功能[6]。

主要由下列几部分组成：

1）CPU（中央处理器）：这是微控制器的核心，本发明使用Advanced RISC Machines公司的微处理器。

2）存储器：包括两个部分，一是硬盘它用来存储程序；二是RAM，它用来存储数据。ROM和RAM两种存储器是有所不同的。

3）输人/输出（I/O）接口：这一接口电路分为两种：一是并行输入/输出接口；二是串行输入/输出接口。这两种接口电路结构不同，对信息的传输方式也不同。

4）定时器/计数器：微控制器的许多应用中，往往需要进行精确的定时并产生方波信号，这要由定时器/计数器电路来完成。

中央处理器的上述5个基本部件电路之间通过地址总线（AB）、数据总线（DB）和控制总线（CB）连接在一起，再通过输出/输人接口与中央处理器的外部电路联系起。

2 工作机理

分析仪工作时，无线接收和发射是在一定的范围内，可自动切换和寻找无线网络信号，以一定的波特率和调制方式完成数据和声音的传输[7]。而分析仪的无线接收模块和发射模块以及控制模块都集成在主板上。为保证设备的高可用性和软件的可用性，分析仪采用嵌入式架构，因此，主CPU采用了ARM9系列，集成了10/100M自适应网卡，支持多种接口，方便扩展无线模块。

图2 工作流程图

运行过程如2所示，首先启动预警分析仪；然后操作系统的应用选项；选择启动预警系统，系统自动询问是否链接GPRS网络；选择是则系统自动与服务器通过无线网络进行链接；之后进入用户身份验证；验证是系统用户，则启动预警分析系统主程序，并实时无线接受服务器数据；自动进行数据分析；根据分析结果，进行预警工作。

3 结论

面临科技的快速进步，以及物联网产业的迅猛发展，传统预警分析面临诸多考验，尤其是难以提供快速灵活的应用[8]。本文提出的便携式手持无线预警分析仪，利用覆盖全国的移动通信3G网络和高速、高带宽的802.11g组成无缝切换的无线工作组，将实时数据接收和分析系统内置分析仪，实现了24小时不间断工作，从而较好地解决了如何实时发现并应对公共安全灾害等难题。

[1]何秀广，李玉梅，池玉春.构建“城市治安预警系统”的应用理论与实践研究[J].中国人民公安大学学报，2005，23：77-83.

[2]黄助海.建立城市灾害预警系统和治救体系的一些看法[J].中国减灾，2000，3：57-61.

[3]关守平，姚勇，刘海龙，张跃辉.嵌入式系统网络接口模块设计及应用[J].仪器仪表学报2007，S1：45-49.

[4]周立功，等.ARM 嵌入式系统基础教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005，1.

[5]吴金舟.基于ARM 处理器的嵌入式Internet 技术研究与实现[J].软件导刊，2010，5：37-42.

[6]李长青，王友钊，马永昌.基于嵌入式系统的双通道便携式振动测试分析仪的设计[J].工业控制计算机，2004，17(11)：32-33.

[7]涂志强.手持式频谱分析仪嵌入式系统设计[D].电子科技大学，2008.

[8]傅朝义，张鑫林，李再凯，赵俊三.张建国.程伊里.基广东省地质灾害预警信息系统流程设计[J].中国地质灾害与防治学报，2006，17(1)：51-55.

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1674-6708（2010）30-0225-02

梁平，研究方向：电子信息及轨道交通控制策略