便携式野外无线毒剂侦测预警系统设计与实现

杨映涛

0 引言

在野外执行抢险救灾、环境安全数据探测时常常需要及时回传有关数据，通常情况下使用公网不具备条件，或者出于数据安全保密要求不能使用公网传输数据。在一定的区域内，要实现前方与后方实时沟通、简洁高效传送现场毒剂侦测预警数据信息至后方，便于后方掌握现场情况，及时调整力量部署及援救方案等都具有十分重要意义，基于无线加密传输数据的便携式设备便成为首选。

1 系统整体概述

本文主要基于单片机、无线收发模块和系列逻辑指令规则，设计了一种便携式终端，实现侦测数据无线加密传至远程PC。终端可随任务进行编组，实现前方与后方的呼点、通联、预警等功能。系统整体结构如图1 所示。

2 主要功能及技术指标

（1）远程呼点及应答。可编程实现后方指挥中心与前方侦测员联络简洁应答，简洁高效报告远程侦测处理情况，包括正常、异常、紧急等状态，以及指示是否需要请求支援等。

（2）远程侦测预警。可编程实时传送远程侦测毒剂种类、名称及浓度等相关数据信息至后方，中文LCD 液晶界面，操作方便简洁，实效性强，传输距离远（开阔地5KM 以上）。

图1 系统整体结构图

（3）指挥中心（后方）指令传递。能迅速传递定制的行动指令数据至前方，并通过友好中文字幕界面显示。有效克服前方侦测员着装及环境复杂情况，不便于通话及手机沟通等影响。

（4）可靠性和可扩展性。传输数据进行扰码及CRC 效验，抗干扰能力强，保密性好；接收灵敏度：-121dBm；适应环境能力强，工作温度范围：-40 至+85°C 度；端口可编程，扩展性强，预留远程现场图片等信息自动采集实时传送接口；可方便地定制增加各类行动指令集。

（5）传输距离远。通信传输距离：＞5000M（开阔地）；数据最大输出功率：大于+30.5dBm（＞1W）；接收灵敏度：121dBm。

（6）频段范围：240-930MHz（315、433、868、915MHz）。

（7）数据传输率：0.125-256kbps。

（8）人性化系统设计。该系统采用中文界面，最大限度地实现简洁操作、时效性和人性化。接收端可用手持，也可以用电脑显示，适合不同场合需求。

（9）适于推广。由于该系统实用性强、传输距离远、可编程控制，许多功能拓展只需要升级软件即可，因此成本低，适于推广。

3 系统硬件设计

系统的硬件电路主要由键盘输入模块、中央处理模块、无线收发模块和显示模块构成。

3.1 键盘输入模块

负责处理人机交互，接收输入的编码信息。此处采用查询方式读取按键信息，如图2 所示。即逐行置低电位0 后扫描1-4，如果是低电平则读取到按键按下位置。根据位置功能键定义执行相应的功能函数。

图2 键盘输入模块

3.2 中央处理模块

中央处理模块选用MCS51 系列单片机器件。该模块主要负责协调处理人机输入操作、无线数据收发和界面显示功能。程序采取循环读取人机键盘输入操作和中断方式处理收到的无线数据。

图3 中央处理模块

3.3 无线收发模块

收发模块采用SW1042 无线模块，由于该模块为SPI 控制接口，没有SPI 接口的单片机需要编程模拟SPI 接口转换, 开发时需要对收发模块进行频点、数率、通信方式等进行可编程设置。由于该模块工作电压5.0-7.5V，最大输出功率：+30dBm(1w),低功耗该，实测市内通信距离可达7000 米，空旷地通信距离可达8000 米，能够满足系统设计需要。如图4 所示。

图4 无线数据传输模块

图 5 PC 端数据 USB 转串口图

3.3 PC 端接收器模块

PC 端接收器由无线收发模块、单片机和USB 转串口模块构成，采用USB 接口供电。单片机主要完成SPI 数据接口与串口的数据转换，串口数据通过USB 转串口模块与PC 机连接。如图5、图6 所示。

4 系统软件设计

终端采用C 语言编程实现，数据采取DES 加密方式传输。上位机采用Vsual c#编程实现。上位机通过USB 转串口与无线接收器连接，PC 端与各终端之间的通信采用广播方式发送数据，各终端收到信息后，核对硬件ID 标识确认一致后回复信息给PC。

PC 端软件主要包含远程呼点、毒剂侦测、历史记录和通信设置模块。其界面如图7 所示。

图6 终端外形

5 结语

本文针对特定条件下开展特种作业需求，设计了一种便携式野外无线毒剂侦测预警系统，实现在野外不使用公网情况下进行简易通联和数据传输。该终端具有功能简捷实用、体积小便于携带，成本低利于推广等特点。

图7 上位机软件系统