嵌入式計算機在雷電監測系統中的應用

項目背景

自古以來(lái)，雷電災害一直存在，據有關(guān)研究統計，在地球上任一時(shí)刻平均有2000多個(gè)雷在進(jìn)行著(zhù)，平均每秒有100次閃電。每個(gè)閃電強度可高達10億伏，足見(jiàn)其能量之大，產(chǎn)生的危害可想而知。

近年來(lái)雷災更是頻繁出現，這主要是因為一些高大建筑的興起，如高層智能大廈，微波站、天線(xiàn)塔等都會(huì )吸引落雷，從而使本身所在建筑及附近建筑遭到破壞。增設的各種架空長(cháng)導線(xiàn)反倒引雷入室，使避雷裝置失去作用。另外，隨著(zhù)微電子技術(shù)高度發(fā)展及廣泛應用到各個(gè)領(lǐng)域，使雷害對象也發(fā)生了轉移，從對建筑物本身的損害轉移到對室內的電器、電子設備的損害，以至發(fā)生人身傷亡事故。雷電產(chǎn)生的電磁感應已成為主要危害，因此對雷電進(jìn)行監測也是預防災害的一種手段。

原有的方案是利用電腦連接雷電探測器（可以記錄空氣中電荷量），當電腦讀到雷電探測器返回的數據后，對數據進(jìn)行分析，來(lái)判斷是否有發(fā)生雷電的可能。這個(gè)系統中主要采用ADSL的撥號模式讓各個(gè)設備連接在一個(gè)網(wǎng)絡(luò )上。但隨之帶來(lái)的問(wèn)題是如果現場(chǎng)不具備ADSL撥號的條件，那么系統就不能使用。而一旦網(wǎng)絡(luò )斷掉，現場(chǎng)的實(shí)時(shí)數據將會(huì )丟失。

應用需求

雷電探測器采用Modbus RTU協(xié)議通訊，嵌入式計算機需將Modbus協(xié)議轉換成Modbus TCP協(xié)議，以方便與后臺通訊。

嵌入式計算機可以實(shí)時(shí)主動(dòng)采集數據，按需保存歷史數據，并且實(shí)現智能主動(dòng)上傳數據

提供有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)兩種方案。一旦現場(chǎng)不具備上網(wǎng)條件，則可以采用無(wú)線(xiàn)通訊的方式。

Moxa解決方案

在這個(gè)系統中，Moxa最終為客戶(hù)提供了兩種不同的解決方案——有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)，以適應現場(chǎng)不同環(huán)境的需求。

1） 有線(xiàn)解決方案

原有架構中采用了Modbus網(wǎng)關(guān)將雷電探測器與ADSL相連，起到協(xié)議轉換的作用?，F在的架構中，客戶(hù)采用了Moxa UC-7101嵌入式計算機代替原有的Modbus網(wǎng)關(guān)。UC-7101采用MOXA ART ARM9 192 MHz RISC CPU，具備強大的計算和通信能力，而發(fā)熱量卻很小。內建8MB NOR Flash ROM和16MB SDRAM，可為用戶(hù)提供了足夠的儲存空間；同時(shí)，SD卡可存儲用戶(hù)各種各樣的應用程序。在有線(xiàn)解決方案中，UC-7101作為一款前置通訊網(wǎng)關(guān)，通過(guò)設定的程序，UC7101可以主動(dòng)利用Modbus RTU協(xié)議與雷電探測器通訊，并將數據保存在實(shí)時(shí)數據庫中，同時(shí)記錄到SD卡中，UC7101通過(guò)對實(shí)時(shí)數據的分析，可以在雷電到來(lái)之前和主動(dòng)向監控室發(fā)送報警信息。

2） 無(wú)線(xiàn)解決方案

而在沒(méi)有ADSL撥號條件的情況下，客戶(hù)采用了W315無(wú)線(xiàn)嵌入式計算機。W315是一款基于RISC架構、配備GSM/GPRS通信模塊的嵌入式工業(yè)計算機。在這個(gè)方案中使用Moxa的W315代替有線(xiàn)解決方案中的UC-7101和ADSL，直接通過(guò)GPRS與網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行連接。作為前端的通訊網(wǎng)關(guān)，W315可以主動(dòng)撥號到GPRS網(wǎng)絡(luò )，與后臺連接。通過(guò)軟件編程，W315可以主動(dòng)利用Modbus RTU協(xié)議與雷電探測器通訊，并將數據保存在實(shí)時(shí)數據庫中，同時(shí)記錄到SD卡中，W315通過(guò)對實(shí)時(shí)數據的分析，可以在雷電到來(lái)之前和主動(dòng)向監控室發(fā)送報警信息。

1）有線(xiàn)解決方案

2）無(wú)線(xiàn)解決方案

為什么選擇Moxa？

Moxa為客戶(hù)提供了兩種解決方案：有線(xiàn)環(huán)境中采用UC-7101；無(wú)線(xiàn)環(huán)境中采用W315，可主動(dòng)連接無(wú)線(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò )

UC-7101和W315均為RISC架構的嵌入式計算機，為苛刻的工業(yè)環(huán)境提供了一個(gè)功能強大且穩定可靠的通信平臺

UC-7101和W315均支持1個(gè)軟件可選RS-232/422/485三合一串口和1個(gè)以太網(wǎng)口

UC-7101和W315均可實(shí)時(shí)主動(dòng)采集數據、按需保存歷史數據、智能主動(dòng)實(shí)現數據上傳

嵌入式計算機內部無(wú)風(fēng)扇無(wú)飛線(xiàn)，確保產(chǎn)品和系統的穩定可靠

應用產(chǎn)品介紹

UC-7101：

MOXA ART ARM9 32-bit 192 MHz處理器

16MB RAM和8MB Flash ROM

1個(gè)10/100Mpbs以太網(wǎng)口和1個(gè)軟件可選RS-232/422/485串口

可通過(guò)SD卡插槽擴展存儲容量

無(wú)風(fēng)扇設計，穩定可靠