基于无线通信的户外广告倾角监测终端设计

姜志鹏+++阎浩++姚健东

摘 要： 针对户外广告安全监测问题，设计一种能够监测其倾角并借助GPS，GPRS技术进行无线监测的终端设备。采用TI公司DSP芯片TMS320C5416实现主要算法，选择ADXL213加速度传感器检测倾角，由GPS模块给出监测点地理信息，借助SIM300 GPRS无线模块，通过GPRS网络与Internet建立通信信道，实现了监测中心与监测终端之间的实时数据传输。由这种终端为主构成的监测网络能够及时采集户外广告的倾斜数据，避免安全事故的发生，较好地解决了在低成本前提下实时、远程监测户外设备倾角的问题。

关键词： 无线通信； 户外广告； 倾角监测； DSP芯片

中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）22?0088?03

户外大型设备，比如广告牌、LED显示屏等，由于体积庞大，且长期处在户外的复杂环境中，要经受温度、风力，湿度以及其他不可预知物理因素的影响，使得这些大型户外设备极易发生倾斜，甚至倾倒，对行人车辆的安全造成严重威胁。因此户外设备倾斜度的监测是相关部门的一项重要测试工作。目前大多数区域的户外设备检测主要依靠有关部门工作人员到现场目测或简单检测，或在户外设备旁边安装摄像头由监控中心远程视频观察，甚至有些地区被动地接收市民举报。此外， 仅靠目测和简单的物理测量，往往不能及时实时有效发现潜在的倾斜危险。

GPRS（General Packet Radio System）是一种基于分组交换的通信方式，它将数据分成一定长度的包。全球定位系统GPS（Global Positioning System） 是以卫星为基础的全球无线电导航定位系统。DSP（Digital Signal Processor）是一种适合于进行实时数字信号处理运算的微处理器，主要用于快速实现各种数字信号处理算法[1]。本设计由DSP与GPRS模块、GPS模块构成户外设备倾斜度监测终端，由GPRS完成数据信息的无线传送功能，由GPS完成户外设备节点的物理位置的定位功能，并形成无线数据传输网络，可以较好地解决低成本实时监控户外设备的倾斜度问题。

1 系统总体设计

基于DSP与无线网络的户外设备倾斜度监测系统总体框图如图1所示。

整个监测网络由GPS系统、各监测点的倾斜度监测终端、GPRS系统与互联网以及监控中心组成。倾斜度监测终端包括以DSP与倾角传感器为主的数据采集模块、GPS模块和GPRS模块。数据采集模块采集到的倾角数据进行相关计算后，连同GPS接收机给出的经度、纬度、时间等信息，以一定的数据格式交由GPRS模块发送出去。经过GPRS网络与进入无线网络进行数据传输。

监控中心对接收到的数据进行存储与分析，通过GIS系统在地图上显示监测点设备的倾角数据，当倾角值超过规定值时，给出报警提示。

2 监测终端硬件设计

监测终端硬件框图如图2所示。倾角传感器将反映倾角的非电物理量转换为电信号，经前置放大器实现阻抗转换后送往ADC进行A/D转换以获得检测数据，该数据送往DSP进行倾角计算。GPS模块用于产生监测点的地理定位信息。DSP的计算结果与GPS定位数据通过扩展出的RS 232接口送达GPRS模块，以一定的数据格式发送回监控中心。

2.1 倾角传感器[2]

本系统中倾角的测量采用加速度传感器，所选用传感器为AD公司的ADXL213。ADXL213的满量程测量范围为[±1.2g]，既可测量振动的动态加速度，也可测量重力的静态加速度。该器件的输出为占空比可变矩形波，其占空比与加速度的关系为30%/g，并且其输出可与微处理器直接连接，不需要经过ADC的转换。

2.2 DSP与ADC接口电路[3]

DSP与ADC接口电路如图3所示。

本系统采用TI公司的定点DSP芯片TMS320C5416作为主处理器。采用Altera公司的MAXII作为加速度传感器与DSP之间的缓冲电路。由于加速度传感器的输出为可变脉宽电平，而DSP处理的是具体数据，因此，该可变脉宽电平在CPLD内部将首先进行转换，CPLD首先对脉宽进行测量，根据不同的宽度输出不同的二进制数据，经SPI串行接口传送给DSP。SPI模式下，CPLD的DOUT发出串行数据、BCLK是位同步时钟、FOUT作为帧同步信号，分别与TMS320C5416的McBSP0的串行接收引脚BDR0、位同步时钟脚BCLKR0、帧同步信号BFSR0相连。

2.3 DSP扩展RS 232接口

GPS模块与GPRS模块均采用RS 232接口，但本系统采用的TMS320C5416芯片只有McBSP提供同步串口。为了扩展RS 232串行接口，同时考虑到芯片的无缝连接，本系统采用了TI公司8位并转UART芯片TL16C550，扩展出2个UART。UART经过电平转换芯片MAX232即可实现RS 232接口。图4是TMS320C5416扩展RS 232接口并与GPRS模块连接的框图。

3 监测终端软件设计

3.1 TL16C550软件设计[4?5]

TL16C550有11个寄存器，这些寄存器通过芯片外部引脚A2～A0的取值进行寻址，DSP芯片地址线连接这3个引脚，即可寻址并读/写这些寄存器。有两类寄存器寻址时除了给出A2～A0值外，还需线路控制寄存器LCR的D7位DLAB辅助控制：访问波特率因子寄存器时，必须使DLAB=1；访问发送/接收缓冲寄存器与中断允许寄存器时，必须使DLAB=0。以下代码是TL16C550发送n位数据的函数。

for（i=0；i

{

do {

uWORK=LSR；

}while（uWORK&0x040！=0x040）；

THR=str_t[i]；

delay（128）；}

函数中涉及到TL16C550的2个寄存器，分别是线路状态寄存器LSR和发送缓冲寄存器THR，其中，LSR的D6位为TEMT，作用是标志发送移位寄存器与发送保持寄存器是否为空，当该位为1时，表明允许发送新位。

3.2 GPRS软件设计

GPRS模块主要使用AT指令实现短信的发送功能。本系统采用SIMCOM公司的SIM300模块，该模块支持2种模式的文本模式短信息：GSM DEFAULT 7?BIT模式和UCS2模式。

GSM DEFAULT 7?BIT模式采用ASCII码表上所能查询到的字符表示短信内容，即字符模式；UCS2模式是以UNICODE码的形式来编码短信内容，即汉字模式。由于倾角数据信息可以使用ASCII字符表示，并且GSM DEFAULT 7?BIT模式在实现时实时性较好，因此本设计采用GSM DEFAULT 7?BIT模式来表示短信内容。图5是GRPS控制流程图[6?7]。

倾角数据的短信格式为：倾角编号（2 B）+倾角数值（4 B）+纬度信息（7 B）+经度信息（7 B）+时间信息（14 B），其中倾角数值精确到小数点后一位。

4 结 语

本文设计的倾角监测终端，基于TI公司的DSP芯片，外部扩展了GPS与GPRS模块，能够实现监测点地理定位与无线数据传输。基于该系统，既能充分利用DSP快速地计算功能，实时地分析户外设备的倾角，也能基于无线网络实时地将各监测点的倾角数据传往监控中心统一分析和处理，大大提高了监测速度，降低了监测成本。

参考文献

[1] 戴明桢，周建江.TMS320C54xDSP结构、原理及应用[M].2版.北京：北京航空航天大学出版社，2007.

[2] Analog Device. ADXL213 Datasheet [EB/OL]. [2014?10?31]. http：//www.alldatasheet.com.

[3] 姜志鹏，李国华，吴功栋，等.基于DSP的数字声级计硬件设计[J].金陵科技学院学报，2009，25（2）：25?26.

[4] Texas Instruments. TL16C550 datasheet [R]. USA： Texas Instruments， 1996.

[5] 戴玮，胡仁杰.TL16C550芯片在串行通信中的应用[J].电气电子教学学报，2003，25（4）：41?44.

[6] 吴丽华，李砾，赵舒，等.基于SIM300的远程心电监护系统的设计与开发[J].哈尔滨理工大学学报，2010，15（1）：112?115.

[7] SIM Technology. SIM300 Hardware and Software Specification[EB/OL]. [2011?06?13]. http：//www.wenku. baidu.com.

[8] 任肖丽，陈佳喜，王骥.基于GPRS技术在线环境监测系统的研究[J].现代电子技术，2015，38（4）：60?62.