超低空分布式多傳感器探測節點(diǎn)的設計

　　微處理器選擇德州儀器公司生產(chǎn)的 16 位單片機MSP430F133，芯片處理能力強、運行速度快，采用了JTAG 技術(shù)、FLASH 在線(xiàn)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(guò)Timer-A 軟件實(shí) 現串行通信。

　　通信模塊即 GPRS 模塊，采用索愛(ài)公司生產(chǎn)的GR47，該模塊內嵌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據通信接口(UART1、 UART2 和UART3)。模塊支持AT 命令集，有命令狀態(tài)和在線(xiàn)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(guò)串口發(fā)送的指令;處于在線(xiàn)狀態(tài)，即數據模式時(shí)，可進(jìn)行數據 傳輸，此時(shí)不響應命令，直接傳送所接收到的數據。該模塊體積小，開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)便，內嵌TCP/IP 協(xié)議棧，使用戶(hù)不用自己開(kāi)發(fā)復雜的TCP/IP 協(xié)議棧軟件，大大降低了開(kāi)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(kāi)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，保存一些重要的數據，這些數據在系統掉電后是不能丟 失的。主要存儲探測中心IP 和端口號、口令、采集數據等。 電源模塊是采用太陽(yáng)能電池并加以備用的鋰電池，電源部分通過(guò)加一些必要的濾波及電壓轉化電路，來(lái)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 系統對分布的多傳感器探測節點(diǎn)進(jìn)行授時(shí)和定位，在確定各探測節點(diǎn)準確位置的同時(shí)，保證各探測節點(diǎn)的時(shí)間的高度一致。

　　傳感器部分根據不同的應用環(huán)境分別動(dòng)態(tài)地設置相應的傳感器，高可靠性地完成目標的 探測、發(fā)現、識別、定位及圖像拍攝等。隨著(zhù)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，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(guò)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)入該區域的目標，通過(guò)紅外熱像 儀等攝取圖像，以便更準確地判斷目標，更好地進(jìn)行信息融合。

　　4 分布式多傳感器探測節點(diǎn)的軟件設計

　　軟件部分主要由多傳感器數據采集和GPRS 遠程數據通信兩部分組成。多傳感器探測數 據采集及處理部分實(shí)時(shí)探測和識別該區域的目標信息，經(jīng)過(guò)微處理器轉化成相關(guān)傳送數據; GPRS 遠程數據通信部分實(shí)時(shí)通過(guò)GPRS 與監控中心服務(wù)器進(jìn)行通信。

　　4.1 多傳感器探測數據采集及處理

　　多傳感器探測數據采集是指在探測節點(diǎn)運行的一個(gè)采集周期內，紅外傳感器、聲傳感器、 震動(dòng)傳感器等輸出的AD 轉換值。微處理器對采集的數據進(jìn)行預處理，如果發(fā)現可疑的目標 信息，啟動(dòng)紅外熱像儀攝取目標圖像，隨后將采集的所有參量及圖像數據傳送到監控中心服 務(wù)器。

　　在數據傳送過(guò)程中，由于各項參量數據不是獨立傳送的，所以首先要采用TLV(標識、 長(cháng)度、數據)的格式對所有的數據按順序進(jìn)行編碼打包。然后，再以固定的長(cháng)度對打包好的 數據進(jìn)行分塊，分塊的目的是保證每次送入網(wǎng)絡(luò )的數據長(cháng)度適中，易于網(wǎng)絡(luò )傳輸。之后再調 用數據傳輸子程序把每塊數據順序發(fā)送出去。

　　在數據傳輸子程序中，原始數據塊依次由應用層數據傳送命令報文、傳輸層 UDP 包、網(wǎng)絡(luò )層IP包和鏈路層PPP幀報文進(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(hù)數據報協(xié)議) 協(xié)議，該協(xié)議是一種面向無(wú)連接的傳輸協(xié)議，其本身沒(méi)有應 答機制和命令重發(fā)機制，屬于小的、節約資源的傳輸層協(xié)議， 傳輸速度快。而我們在應用層采用了應答和重發(fā)機制，所以 可以確保數據被收到。網(wǎng)絡(luò )層則采用IP 協(xié)議，IP 頭里包含了本機IP 地址和監測中心IP 地址，指出了數據的傳送路徑。

　　4.2 GPRS 遠程數據通信

　　使用GPRS 模塊上網(wǎng)進(jìn)行數據傳送，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(jiǎn)單，具有較高的可靠性和穩定性，但是靜態(tài)IP 的申請和使用需要較高的費用;二是采用動(dòng)態(tài)IP 結合DNS 域名解析的方式，每次上線(xiàn)的IP 可能不同，但可以通過(guò)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(zhuān)線(xiàn)接入方式，通過(guò)申請APN 專(zhuān)線(xiàn)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用。

　　本系統采用了第二種方式獲得本身 IP，而后臺監控中心服務(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)行數據傳輸。實(shí)現動(dòng)態(tài)IP方式上網(wǎng)通信的處理流程如圖3 所示。

　　5 結束語(yǔ)

　　本文創(chuàng )新點(diǎn)是：利用GPRS 網(wǎng)絡(luò )作為遠程無(wú)線(xiàn)數據通信平臺，可充分發(fā)揮通用無(wú)線(xiàn)分組 業(yè)務(wù)數據傳輸的優(yōu)勢，把遠程分布的多傳感器探測節點(diǎn)所探測到的信息實(shí)時(shí)、有效地匯集在 一起，實(shí)現了超遠距離的信息融合，可實(shí)時(shí)進(jìn)行目標發(fā)現、優(yōu)化綜合處理，獲取狀態(tài)估計、 目標屬性、行為意圖、態(tài)勢*估、威脅分析和輔助決策等。