代文鵬 陳恒 潘昌鵬 李紅波 李楠

摘要：文章介紹了一種放射源遠程監(jiān)控系統，利用STM32F103系列單片機作為主控系統，以4G無線網絡通信技術為傳輸手段，以電腦、手機為客戶端，并應用藍牙模塊、WiFi模塊、SIM800模塊、GPS定位模塊、傳感器等設備元件，實現對分散于各處的放射源的信息管理、遠程定位、在線監(jiān)控、自動報警等功能設計，該系統加強了在使用、運輸、存儲等過程中的實時在線安全監(jiān)控，預防放射源可能發(fā)生的丟失、誤操作、泄露等管理不善引起的核事故，從而對放射源實施全面有效的遠程在線自動監(jiān)控。

關鍵詞：放射源監(jiān)控；GPS模塊；傳感器；上位機；4G通信

隨著核技術應用的發(fā)展，放射源在石油工業(yè)、地礦勘探、醫(yī)療、環(huán)境、科學研究等領域均得到了廣泛應用，但同時由于放射源這種特殊物質對環(huán)境和人體具有較大的潛在危害性，放射源的丟失、被盜以及泄露等現象也將造成環(huán)境污染和人身傷害等嚴重安全事故。因此，研究如何針對放射源應用范圍r；現場環(huán)境各異的特點，加強在使用、運輸、存儲等過程的遠程實時在線安全監(jiān)控，預防放射源可能發(fā)生的丟失、誤操作、泄露等管理不善引起的核事故，具有重要的社會意義與應用價值[1]。

1 總體結構框

該放射源遠程監(jiān)控系統由下位機硬件部分和上位機監(jiān)控系統軟件兩部分組成，其中下位機硬件部分微處理器采用ARM公司的STM32F103系列單片機，結合SIM800模塊，外圍電路搭載震動傳感器、反射源傳感器、攝像頭、電源等硬件。上位機軟件部分采用面向對象的編程方式，通過LabVIEW和易安卓語言進行了電腦界面開發(fā)和APP設計，下位機將采集到的各種數據通過移動4G網絡實時發(fā)送給上位機，上位機接收數據并顯示在監(jiān)控界面上，當發(fā)生意外情況時，下位機給指定用戶手機發(fā)送報警指示，上位機也做出相應的報警提示[2]，系統總體結構框如圖1所示。

2 系統硬件設計

2.1 硬件選取

根據本系統的設計，選取相關硬件，需要一個主控芯片、無線網絡芯片、電源電路和一些相應的外部電路[3]。

主控芯片是一個開發(fā)板的核心部件，連接和控制板子上的硬件設備工作。本系統充分考慮到了基本性能要求：功耗低、可靠性高、穩(wěn)定性強、體積小等方面，再結合經濟成本方面的考慮，本系統選擇的主控芯片是以Cortex-M3系列32位內核，144引腳的STM32F103ZET6系列芯片，該芯片采用了扁平式QFP封裝，方便焊接和安裝。C。rtex-M3內核使用3級流水線哈佛架構，運用分支預測、單周期乘法和硬件除法功能實現了 1.25 DMIPS/MHz出色的運算效率，且功耗僅為0.19 mW/MHz。另外，該芯片具有良好的片內資源，可以滿足一般的外圍開發(fā)設計。

電源選擇：Cortex-M3系列的供電需求是3.3 V，但是一些外圍設備需要5 V電源供電。

網絡芯片選擇：SIM800模塊、ESP8266串口Win無線模塊。

外圍設備選擇：包括放射源傳感器、蜂鳴器、GPS模塊、數個高精度傳感器等。

2.2 電源電路及調試電路

低層電路芯片3.3 V供電選用了AMS1117-3.3 芯片，3號引腳Vin為輸入電壓5 V，2號引腳為固定輸出3.3 V電壓，程序下載電路選擇了J-Link模式下載，并且在數據傳輸的兩端SWDIO/SWCLK各接了兩個10 K的電阻，D2為電源指示燈，S2為電源開關。電路如圖2所示。

2.3 各傳感器連接電路

本系統低層使用了高精度的數據采集傳感器，放射源傳感器、震動傳感器、傳感器、干簧管傳感器、一氧化碳傳感器、液化氣傳感器、煙霧傳感器、熱釋電傳感器、火焰?zhèn)鞲欣砥骱笞鰯祿幚?，來判斷是否進行外部控制的輸出，由于器等，通過這些高精度的傳感器進行放射源定位、輻射劑量考慮到生活中的實際使用性和人性化設計，此處將所有的外采集、現場圖像采集、聯動報警等[4]，再傳遞給低層中央處部傳感器都通過插針并用導線連接引出，電路如圖3所示。

3 系統軟件設計

該系統通過LabVIEW和易安卓語言完成上位機的設計，主要包括數據接收和數據處理兩大部分。數據接收部分，包含的功能有串口通信、指令發(fā)送、數據接收、數據顯示、數據存儲；在Keil 4開發(fā)環(huán)境下設計和實現了下位機的運行程序，結合一些函數來實現各個模塊對應的功能[5]。

4 測試結果

該系統在STM32F103ZET6核心板、傳感器及外部設備等硬件設備支持下，以無線GPRS/4G和WiFi作為傳輸手段，在LabVIEW和易安卓語言等上位機環(huán)境平臺下，完成了對系統的整體測試工作，主要分為測試目的、測試環(huán)境、性能測試以及測試效果4個部分。整個系統的綜合測試結果基本達到了預期目標，測試效果如圖4所示。

5 結語

本文介紹并設計了一種放射源遠程監(jiān)控系統，該系統分為下位機硬件部分和上位機監(jiān)控系統軟件兩部分，該系統設計加強了在使用、運輸、存儲等過程中的實時在線安全監(jiān)控，預防放射源可能發(fā)生的丟失、誤操作、泄露等管理不善引起的核事故，具有高效、便捷、可靠的優(yōu)點，具有很高的實際應用價值與市場前景。

[參考文獻]

[1]徐霖.基于ARM11的嵌入式無線監(jiān)控系統的研究與實現[D].武漢：武漢科技大學，2012.

[2]韓穎.基于無線傳感器網絡得室內環(huán)境監(jiān)控系統[D].沈陽：沈陽工業(yè)大學，2014.

[3]王婷婷.基于STM32W的智能環(huán)境監(jiān)控系統的研制[D].鎮(zhèn)江：江蘇科技大學，2015.

[4]張占軍，陳詩偉.智能家居系統的無線控制方案設計[J].科教導刊，2015（1）：160-161.

[5]嚴立.基于Wi-Fi的智能家居中控制器的設計和實現[D].成都：電子科技大學，2015.