超低空分布式多傳感器探測節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

　　微處理器選擇德州儀器公司生產(chǎn)的 16 位單片機(jī)MSP430F133，芯片處理能力強(qiáng)、運(yùn)行速度快，采用了JTAG 技術(shù)、FLASH 在線可編程等先進(jìn)技術(shù)。其片上資源豐富，含有8KB FLASH 存儲器，并含有UART 接口,可用于異步或同步通信，同時(shí)還可通過Timer-A 軟件實(shí) 現(xiàn)串行通信。

　　通信模塊即 GPRS 模塊，采用索愛公司生產(chǎn)的GR47，該模塊內(nèi)嵌TCP/IP 協(xié)議，支持SMS、GPRS、CSD 等傳輸方式，并提供SIM 卡接口和三路串行數(shù)據(jù)通信接口(UART1、 UART2 和UART3)。模塊支持AT 命令集，有命令狀態(tài)和在線狀態(tài)兩種工作狀態(tài)，處于命令 狀態(tài)時(shí)，模塊接收MCU 通過串口發(fā)送的指令;處于在線狀態(tài)，即數(shù)據(jù)模式時(shí)，可進(jìn)行數(shù)據(jù) 傳輸，此時(shí)不響應(yīng)命令，直接傳送所接收到的數(shù)據(jù)。該模塊體積小，開發(fā)簡便，內(nèi)嵌TCP/IP 協(xié)議棧，使用戶不用自己開發(fā)復(fù)雜的TCP/IP 協(xié)議棧軟件，大大降低了開發(fā)難度，也最大程 度上縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期。該模塊需要一張開通GPRS 業(yè)務(wù)的SIM 卡，和它配套使用。

　　存儲模塊采用 24C256 存儲器，保存一些重要的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在系統(tǒng)掉電后是不能丟 失的。主要存儲探測中心IP 和端口號、口令、采集數(shù)據(jù)等。 電源模塊是采用太陽能電池并加以備用的鋰電池，電源部分通過加一些必要的濾波及電壓轉(zhuǎn)化電路，來最終輸出24V、12V 和5V 的3 組直流電，供各個(gè)傳感器和微處理器等部件 使用。

　　GPS 模塊利用GPS 系統(tǒng)對分布的多傳感器探測節(jié)點(diǎn)進(jìn)行授時(shí)和定位，在確定各探測節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)確位置的同時(shí)，保證各探測節(jié)點(diǎn)的時(shí)間的高度一致。

　　傳感器部分根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境分別動(dòng)態(tài)地設(shè)置相應(yīng)的傳感器，高可靠性地完成目標(biāo)的 探測、發(fā)現(xiàn)、識別、定位及圖像拍攝等。隨著反偵察技術(shù)的發(fā)展，單一的傳感器探測很難有 效地探測到目標(biāo)，必須使用多傳感器進(jìn)行探測。在幾百米以下的超低空領(lǐng)域，通過紅外傳感 器、聲傳感器、震動(dòng)傳感器等基本可以有效地探測和識別進(jìn)入該區(qū)域的目標(biāo)，通過紅外熱像 儀等攝取圖像，以便更準(zhǔn)確地判斷目標(biāo)，更好地進(jìn)行信息融合。

　　4 分布式多傳感器探測節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)

　　軟件部分主要由多傳感器數(shù)據(jù)采集和GPRS 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信兩部分組成。多傳感器探測數(shù) 據(jù)采集及處理部分實(shí)時(shí)探測和識別該區(qū)域的目標(biāo)信息，經(jīng)過微處理器轉(zhuǎn)化成相關(guān)傳送數(shù)據(jù); GPRS 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信部分實(shí)時(shí)通過GPRS 與監(jiān)控中心服務(wù)器進(jìn)行通信。

　　4.1 多傳感器探測數(shù)據(jù)采集及處理

　　多傳感器探測數(shù)據(jù)采集是指在探測節(jié)點(diǎn)運(yùn)行的一個(gè)采集周期內(nèi)，紅外傳感器、聲傳感器、 震動(dòng)傳感器等輸出的AD 轉(zhuǎn)換值。微處理器對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，如果發(fā)現(xiàn)可疑的目標(biāo) 信息，啟動(dòng)紅外熱像儀攝取目標(biāo)圖像，隨后將采集的所有參量及圖像數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心服 務(wù)器。

　　在數(shù)據(jù)傳送過程中，由于各項(xiàng)參量數(shù)據(jù)不是獨(dú)立傳送的，所以首先要采用TLV(標(biāo)識、 長度、數(shù)據(jù))的格式對所有的數(shù)據(jù)按順序進(jìn)行編碼打包。然后，再以固定的長度對打包好的 數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊，分塊的目的是保證每次送入網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)長度適中，易于網(wǎng)絡(luò)傳輸。之后再調(diào) 用數(shù)據(jù)傳輸子程序把每塊數(shù)據(jù)順序發(fā)送出去。

　　在數(shù)據(jù)傳輸子程序中，原始數(shù)據(jù)塊依次由應(yīng)用層數(shù)據(jù)傳送命令報(bào)文、傳輸層 UDP 包、網(wǎng)絡(luò)層IP包和鏈路層PPP幀報(bào)文進(jìn)行封裝，然后送入GPRS 模塊，發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中。傳輸層采用了UDP(用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議) 協(xié)議，該協(xié)議是一種面向無連接的傳輸協(xié)議，其本身沒有應(yīng) 答機(jī)制和命令重發(fā)機(jī)制，屬于小的、節(jié)約資源的傳輸層協(xié)議， 傳輸速度快。而我們在應(yīng)用層采用了應(yīng)答和重發(fā)機(jī)制，所以 可以確保數(shù)據(jù)被收到。網(wǎng)絡(luò)層則采用IP 協(xié)議，IP 頭里包含了本機(jī)IP 地址和監(jiān)測中心IP 地址，指出了數(shù)據(jù)的傳送路徑。

　　4.2 GPRS 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信

　　使用GPRS 模塊上網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，一般具有三種方式，一是采用公網(wǎng)靜態(tài)IP，連接操作較簡單，具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，但是靜態(tài)IP 的申請和使用需要較高的費(fèi)用;二是采用動(dòng)態(tài)IP 結(jié)合DNS 域名解析的方式，每次上線的IP 可能不同，但可以通過DNS 動(dòng)態(tài)域名解析在終端與后臺之 間建立關(guān)聯(lián);三是采用APN專線接入方式，通過申請APN 專線接入GPRS 網(wǎng)絡(luò)，然后給每個(gè)模塊分配固定IP，組成一個(gè)私有廣域網(wǎng)，這種方式也需要較高的費(fèi)用。

　　本系統(tǒng)采用了第二種方式獲得本身 IP，而后臺監(jiān)控中心服務(wù)器的IP是固定的。采用GPRS模塊上網(wǎng)時(shí)，GPRS模塊首先完成撥號登陸，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)IP方式上網(wǎng)通信的處理流程如圖3 所示。

　　5 結(jié)束語

　　本文創(chuàng)新點(diǎn)是：利用GPRS 網(wǎng)絡(luò)作為遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)通信平臺，可充分發(fā)揮通用無線分組 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)勢，把遠(yuǎn)程分布的多傳感器探測節(jié)點(diǎn)所探測到的信息實(shí)時(shí)、有效地匯集在 一起，實(shí)現(xiàn)了超遠(yuǎn)距離的信息融合，可實(shí)時(shí)進(jìn)行目標(biāo)發(fā)現(xiàn)、優(yōu)化綜合處理，獲取狀態(tài)估計(jì)、 目標(biāo)屬性、行為意圖、態(tài)勢*估、威脅分析和輔助決策等。