姜志鵬+++閻浩++姚健東

摘 要： 針對(duì)戶外廣告安全監(jiān)測(cè)問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種能夠監(jiān)測(cè)其傾角并借助GPS，GPRS技術(shù)進(jìn)行無(wú)線監(jiān)測(cè)的終端設(shè)備。采用TI公司DSP芯片TMS320C5416實(shí)現(xiàn)主要算法，選擇ADXL213加速度傳感器檢測(cè)傾角，由GPS模塊給出監(jiān)測(cè)點(diǎn)地理信息，借助SIM300 GPRS無(wú)線模塊，通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)與Internet建立通信信道，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)中心與監(jiān)測(cè)終端之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。由這種終端為主構(gòu)成的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)能夠及時(shí)采集戶外廣告的傾斜數(shù)據(jù)，避免安全事故的發(fā)生，較好地解決了在低成本前提下實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)戶外設(shè)備傾角的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞： 無(wú)線通信； 戶外廣告； 傾角監(jiān)測(cè)； DSP芯片

中圖分類(lèi)號(hào)： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）22?0088?03

戶外大型設(shè)備，比如廣告牌、LED顯示屏等，由于體積龐大，且長(zhǎng)期處在戶外的復(fù)雜環(huán)境中，要經(jīng)受溫度、風(fēng)力，濕度以及其他不可預(yù)知物理因素的影響，使得這些大型戶外設(shè)備極易發(fā)生傾斜，甚至傾倒，對(duì)行人車(chē)輛的安全造成嚴(yán)重威脅。因此戶外設(shè)備傾斜度的監(jiān)測(cè)是相關(guān)部門(mén)的一項(xiàng)重要測(cè)試工作。目前大多數(shù)區(qū)域的戶外設(shè)備檢測(cè)主要依靠有關(guān)部門(mén)工作人員到現(xiàn)場(chǎng)目測(cè)或簡(jiǎn)單檢測(cè)，或在戶外設(shè)備旁邊安裝攝像頭由監(jiān)控中心遠(yuǎn)程視頻觀察，甚至有些地區(qū)被動(dòng)地接收市民舉報(bào)。此外， 僅靠目測(cè)和簡(jiǎn)單的物理測(cè)量，往往不能及時(shí)實(shí)時(shí)有效發(fā)現(xiàn)潛在的傾斜危險(xiǎn)。

GPRS（General Packet Radio System）是一種基于分組交換的通信方式，它將數(shù)據(jù)分成一定長(zhǎng)度的包。全球定位系統(tǒng)GPS（Global Positioning System） 是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的全球無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。DSP（Digital Signal Processor）是一種適合于進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器，主要用于快速實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法[1]。本設(shè)計(jì)由DSP與GPRS模塊、GPS模塊構(gòu)成戶外設(shè)備傾斜度監(jiān)測(cè)終端，由GPRS完成數(shù)據(jù)信息的無(wú)線傳送功能，由GPS完成戶外設(shè)備節(jié)點(diǎn)的物理位置的定位功能，并形成無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，可以較好地解決低成本實(shí)時(shí)監(jiān)控戶外設(shè)備的傾斜度問(wèn)題。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

基于DSP與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的戶外設(shè)備傾斜度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

整個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)由GPS系統(tǒng)、各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的傾斜度監(jiān)測(cè)終端、GPRS系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)以及監(jiān)控中心組成。傾斜度監(jiān)測(cè)終端包括以DSP與傾角傳感器為主的數(shù)據(jù)采集模塊、GPS模塊和GPRS模塊。數(shù)據(jù)采集模塊采集到的傾角數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算后，連同GPS接收機(jī)給出的經(jīng)度、緯度、時(shí)間等信息，以一定的數(shù)據(jù)格式交由GPRS模塊發(fā)送出去。經(jīng)過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)與進(jìn)入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

監(jiān)控中心對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)與分析，通過(guò)GIS系統(tǒng)在地圖上顯示監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)備的傾角數(shù)據(jù)，當(dāng)傾角值超過(guò)規(guī)定值時(shí)，給出報(bào)警提示。

2 監(jiān)測(cè)終端硬件設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)終端硬件框圖如圖2所示。傾角傳感器將反映傾角的非電物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)前置放大器實(shí)現(xiàn)阻抗轉(zhuǎn)換后送往ADC進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換以獲得檢測(cè)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)送往DSP進(jìn)行傾角計(jì)算。GPS模塊用于產(chǎn)生監(jiān)測(cè)點(diǎn)的地理定位信息。DSP的計(jì)算結(jié)果與GPS定位數(shù)據(jù)通過(guò)擴(kuò)展出的RS 232接口送達(dá)GPRS模塊，以一定的數(shù)據(jù)格式發(fā)送回監(jiān)控中心。

2.1 傾角傳感器[2]

本系統(tǒng)中傾角的測(cè)量采用加速度傳感器，所選用傳感器為AD公司的ADXL213。ADXL213的滿量程測(cè)量范圍為[±1.2g]，既可測(cè)量振動(dòng)的動(dòng)態(tài)加速度，也可測(cè)量重力的靜態(tài)加速度。該器件的輸出為占空比可變矩形波，其占空比與加速度的關(guān)系為30%/g，并且其輸出可與微處理器直接連接，不需要經(jīng)過(guò)ADC的轉(zhuǎn)換。

2.2 DSP與ADC接口電路[3]

DSP與ADC接口電路如圖3所示。

本系統(tǒng)采用TI公司的定點(diǎn)DSP芯片TMS320C5416作為主處理器。采用Altera公司的MAXII作為加速度傳感器與DSP之間的緩沖電路。由于加速度傳感器的輸出為可變脈寬電平，而DSP處理的是具體數(shù)據(jù)，因此，該可變脈寬電平在CPLD內(nèi)部將首先進(jìn)行轉(zhuǎn)換，CPLD首先對(duì)脈寬進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)不同的寬度輸出不同的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，經(jīng)SPI串行接口傳送給DSP。SPI模式下，CPLD的DOUT發(fā)出串行數(shù)據(jù)、BCLK是位同步時(shí)鐘、FOUT作為幀同步信號(hào)，分別與TMS320C5416的McBSP0的串行接收引腳BDR0、位同步時(shí)鐘腳BCLKR0、幀同步信號(hào)BFSR0相連。

2.3 DSP擴(kuò)展RS 232接口

GPS模塊與GPRS模塊均采用RS 232接口，但本系統(tǒng)采用的TMS320C5416芯片只有McBSP提供同步串口。為了擴(kuò)展RS 232串行接口，同時(shí)考慮到芯片的無(wú)縫連接，本系統(tǒng)采用了TI公司8位并轉(zhuǎn)UART芯片TL16C550，擴(kuò)展出2個(gè)UART。UART經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232即可實(shí)現(xiàn)RS 232接口。圖4是TMS320C5416擴(kuò)展RS 232接口并與GPRS模塊連接的框圖。

3 監(jiān)測(cè)終端軟件設(shè)計(jì)

3.1 TL16C550軟件設(shè)計(jì)[4?5]

TL16C550有11個(gè)寄存器，這些寄存器通過(guò)芯片外部引腳A2～A0的取值進(jìn)行尋址，DSP芯片地址線連接這3個(gè)引腳，即可尋址并讀/寫(xiě)這些寄存器。有兩類(lèi)寄存器尋址時(shí)除了給出A2～A0值外，還需線路控制寄存器LCR的D7位DLAB輔助控制：訪問(wèn)波特率因子寄存器時(shí)，必須使DLAB=1；訪問(wèn)發(fā)送/接收緩沖寄存器與中斷允許寄存器時(shí)，必須使DLAB=0。以下代碼是TL16C550發(fā)送n位數(shù)據(jù)的函數(shù)。

for（i=0；i

{

do {

uWORK=LSR；

}while（uWORK&0x040！=0x040）；

THR=str_t[i]；

delay（128）；}

函數(shù)中涉及到TL16C550的2個(gè)寄存器，分別是線路狀態(tài)寄存器LSR和發(fā)送緩沖寄存器THR，其中，LSR的D6位為T(mén)EMT，作用是標(biāo)志發(fā)送移位寄存器與發(fā)送保持寄存器是否為空，當(dāng)該位為1時(shí)，表明允許發(fā)送新位。

3.2 GPRS軟件設(shè)計(jì)

GPRS模塊主要使用AT指令實(shí)現(xiàn)短信的發(fā)送功能。本系統(tǒng)采用SIMCOM公司的SIM300模塊，該模塊支持2種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碼表上所能查詢到的字符表示短信內(nèi)容，即字符模式；UCS2模式是以UNICODE碼的形式來(lái)編碼短信內(nèi)容，即漢字模式。由于傾角數(shù)據(jù)信息可以使用ASCII字符表示，并且GSM DEFAULT 7?BIT模式在實(shí)現(xiàn)時(shí)實(shí)時(shí)性較好，因此本設(shè)計(jì)采用GSM DEFAULT 7?BIT模式來(lái)表示短信內(nèi)容。圖5是GRPS控制流程圖[6?7]。

傾角數(shù)據(jù)的短信格式為：傾角編號(hào)（2 B）+傾角數(shù)值（4 B）+緯度信息（7 B）+經(jīng)度信息（7 B）+時(shí)間信息（14 B），其中傾角數(shù)值精確到小數(shù)點(diǎn)后一位。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的傾角監(jiān)測(cè)終端，基于TI公司的DSP芯片，外部擴(kuò)展了GPS與GPRS模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)地理定位與無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?；谠撓到y(tǒng)，既能充分利用DSP快速地計(jì)算功能，實(shí)時(shí)地分析戶外設(shè)備的傾角，也能基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)地將各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的傾角數(shù)據(jù)傳往監(jiān)控中心統(tǒng)一分析和處理，大大提高了監(jiān)測(cè)速度，降低了監(jiān)測(cè)成本。

參考文獻(xiàn)

[1] 戴明楨，周建江.TMS320C54xDSP結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用[M].2版.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

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

[3] 姜志鵬，李國(guó)華，吳功棟，等.基于DSP的數(shù)字聲級(jí)計(jì)硬件設(shè)計(jì)[J].金陵科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，25（2）：25?26.

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

[5] 戴瑋，胡仁杰.TL16C550芯片在串行通信中的應(yīng)用[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2003，25（4）：41?44.

[6] 吳麗華，李礫，趙舒，等.基于SIM300的遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，15（1）：112?115.

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

[8] 任肖麗，陳佳喜，王驥.基于GPRS技術(shù)在線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2015，38（4）：60?62.