无线通信的智能监控系统设计(精品).docx
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1、无线通信的智能监控系统设计1监控系统组成和工作原理1.1监控主机监控主机主要功能有对智能铁鞋和车轴电子标签的编码注册及更改,定时轮询铁鞋,铁鞋状态的实时显示,异常情况语音报警,铁鞋状态数据存储,轨道车编组设置,参数设置和上位机通信。监控主机采用蓄电池和内置锂电池的双电源供电方案,其组成由图所示,主要包括电源管理电路、红外通信模块、无线通信模块、电量检测、数据存储,语音报警、手制动检测电路、带触摸的TFT_LCD显示电路和串口通信电路。1.2智能铁鞋智能铁鞋主要功能包括本身状态监测、获取所在位置的车轴电子标签信息和与监控主机无线通信等功能,本身状态的检测包括:铁鞋已支或未支,能否在铁鞋架上,铁鞋
2、能否放置到位,电量能否充足等,智能铁鞋采用7.4v可充电锂电池供电,内部带有充电电路,铁鞋系统由电源管理电路、ARM、无线通信模块、红外通信模块、铁鞋到位检测、电量检测电路组成。1.3车轴电子标签车轴电子标签功能为通过红外定时发送本身编码和电量信息,实现铁鞋放置的定位,主要由红外通信模块、电源管理和电量检测电路组成。车轴电子标签固定在车轮上方的位置,电源采用自放电率低的锂亚硫酰氯电池,经过软硬件综合低功耗设计,一块电池能够用5年左右。2主要元器件选型及硬件电路设计2.1控制器选择监控主机功能复杂,计算量大,实时性要求高,选择意法半导体Cortex-M3内核32位的STM32f103RCT6,其
3、功能强大,价格低廉抗干扰能力强,集成外设丰富,内含RTC,8个定时器,一路SPI、2个12位的ADC、3通道UART串口和CAN总线控制器等诸多外设,具有极高的集成度,出色的功耗控制。各个外设均有独立的时钟开关,可通过关闭相应外设的时钟来降低功耗,时钟频率最高可到72MHz,程序存储器达28Kbytes,内部高速RAM达20Kbytes,这些资源正好知足监控主机的需要。智能铁鞋要用到2通道UART串口,根据智能铁鞋的功能和低功耗等方面考虑,处理器也选择选择意法半导体的STM32f103RCT6。车轴电子标签主要考虑低功耗设计,因而选用择意法半导体的超低功耗系列的8位单片机STM8L151K4T
4、6。2.2红外通信电路设计红外通信主要用于车轴电子标签和智能铁鞋之间,另外主机对智能铁鞋和车轴电子标签注册时也通过红外通信方式实现,根据现场情况和低功耗综合考虑,红外通信距离设计为2米。红外通信发射电路如图4所示,红外发送数据通过ARM内部串口发送,ARM内部产生38KHz的载波信号,两路信号经过三极管Q1和Q2组成的电路相与,实现对红外发送数据的调制,经过38KHz载波信号调制后驱动发光二极管,将38KHz调制信号转换为光脉冲信号,红外接收电路采用通用的一体化红外接收模块,经过芯片内部信号滤波放大解调后输入到ARM的串口,实现红外数据的接收。2.3铁鞋放置到位检测电路设计铁鞋在放置时,若放不
5、到位会存在较大的安全隐患,因而铁鞋到位检测特别重要,由于铁鞋内部空间狭小,不能采用超声波测距的方法,采用红外测距方式,铁鞋到位检测电路由红外发射和接收电路组成,红外发射电路发送一个固定数据,红外信号经过车轮反射后进入红外接收电路,假如接收信号和发送信号一致,以为电路铁鞋放置到位经过合理的电路参数设计,固定红外发射管的发射电流,设置红外检测距离为10cm。铁鞋到位检测发射电路如图5所示,接收电路也采用一体化红外接收头。2.4无线通信设计无线通信芯片选择台湾笙科电子的A7108,工作频率为433MHz,具有优异的RF性能,可输出高达20dBm的发射功率,接收器拥有超高灵敏度,采用SPI方式设置A7
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