基于無線通信的戶外廣告傾角監測終端設計

姜志鵬+++閻浩++姚健東

摘 要： 針對戶外廣告安全監測問題，設計一種能夠監測其傾角并借助GPS，GPRS技術進行無線監測的終端設備。采用TI公司DSP芯片TMS320C5416實現主要算法，選擇ADXL213加速度傳感器檢測傾角，由GPS模塊給出監測點地理信息，借助SIM300 GPRS無線模塊，通過GPRS網絡與Internet建立通信信道，實現了監測中心與監測終端之間的實時數據傳輸。由這種終端為主構成的監測網絡能夠及時采集戶外廣告的傾斜數據，避免安全事故的發生，較好地解決了在低成本前提下實時、遠程監測戶外設備傾角的問題。

關鍵詞： 無線通信； 戶外廣告； 傾角監測； DSP芯片

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）22?0088?03

戶外大型設備，比如廣告牌、LED顯示屏等，由于體積龐大，且長期處在戶外的復雜環境中，要經受溫度、風力，濕度以及其他不可預知物理因素的影響，使得這些大型戶外設備極易發生傾斜，甚至傾倒，對行人車輛的安全造成嚴重威脅。因此戶外設備傾斜度的監測是相關部門的一項重要測試工作。目前大多數區域的戶外設備檢測主要依靠有關部門工作人員到現場目測或簡單檢測，或在戶外設備旁邊安裝攝像頭由監控中心遠程視頻觀察，甚至有些地區被動地接收市民舉報。此外， 僅靠目測和簡單的物理測量，往往不能及時實時有效發現潛在的傾斜危險。

GPRS（General Packet Radio System）是一種基于分組交換的通信方式，它將數據分成一定長度的包。全球定位系統GPS（Global Positioning System） 是以衛星為基礎的全球無線電導航定位系統。DSP（Digital Signal Processor）是一種適合于進行實時數字信號處理運算的微處理器，主要用于快速實現各種數字信號處理算法[1]。本設計由DSP與GPRS模塊、GPS模塊構成戶外設備傾斜度監測終端，由GPRS完成數據信息的無線傳送功能，由GPS完成戶外設備節點的物理位置的定位功能，并形成無線數據傳輸網絡，可以較好地解決低成本實時監控戶外設備的傾斜度問題。

1 系統總體設計

基于DSP與無線網絡的戶外設備傾斜度監測系統總體框圖如圖1所示。

整個監測網絡由GPS系統、各監測點的傾斜度監測終端、GPRS系統與互聯網以及監控中心組成。傾斜度監測終端包括以DSP與傾角傳感器為主的數據采集模塊、GPS模塊和GPRS模塊。數據采集模塊采集到的傾角數據進行相關計算后，連同GPS接收機給出的經度、緯度、時間等信息，以一定的數據格式交由GPRS模塊發送出去。經過GPRS網絡與進入無線網絡進行數據傳輸。

監控中心對接收到的數據進行存儲與分析，通過GIS系統在地圖上顯示監測點設備的傾角數據，當傾角值超過規定值時，給出報警提示。

2 監測終端硬件設計

監測終端硬件框圖如圖2所示。傾角傳感器將反映傾角的非電物理量轉換為電信號，經前置放大器實現阻抗轉換后送往ADC進行A/D轉換以獲得檢測數據，該數據送往DSP進行傾角計算。GPS模塊用于產生監測點的地理定位信息。DSP的計算結果與GPS定位數據通過擴展出的RS 232接口送達GPRS模塊，以一定的數據格式發送回監控中心。

2.1 傾角傳感器[2]

本系統中傾角的測量采用加速度傳感器，所選用傳感器為AD公司的ADXL213。ADXL213的滿量程測量范圍為[±1.2g]，既可測量振動的動態加速度，也可測量重力的靜態加速度。該器件的輸出為占空比可變矩形波，其占空比與加速度的關系為30%/g，并且其輸出可與微處理器直接連接，不需要經過ADC的轉換。

2.2 DSP與ADC接口電路[3]

DSP與ADC接口電路如圖3所示。

本系統采用TI公司的定點DSP芯片TMS320C5416作為主處理器。采用Altera公司的MAXII作為加速度傳感器與DSP之間的緩沖電路。由于加速度傳感器的輸出為可變脈寬電平，而DSP處理的是具體數據，因此，該可變脈寬電平在CPLD內部將首先進行轉換，CPLD首先對脈寬進行測量，根據不同的寬度輸出不同的二進制數據，經SPI串行接口傳送給DSP。SPI模式下，CPLD的DOUT發出串行數據、BCLK是位同步時鐘、FOUT作為幀同步信號，分別與TMS320C5416的McBSP0的串行接收引腳BDR0、位同步時鐘腳BCLKR0、幀同步信號BFSR0相連。

2.3 DSP擴展RS 232接口

GPS模塊與GPRS模塊均采用RS 232接口，但本系統采用的TMS320C5416芯片只有McBSP提供同步串口。為了擴展RS 232串行接口，同時考慮到芯片的無縫連接，本系統采用了TI公司8位并轉UART芯片TL16C550，擴展出2個UART。UART經過電平轉換芯片MAX232即可實現RS 232接口。圖4是TMS320C5416擴展RS 232接口并與GPRS模塊連接的框圖。

3 監測終端軟件設計

3.1 TL16C550軟件設計[4?5]

TL16C550有11個寄存器，這些寄存器通過芯片外部引腳A2～A0的取值進行尋址，DSP芯片地址線連接這3個引腳，即可尋址并讀/寫這些寄存器。有兩類寄存器尋址時除了給出A2～A0值外，還需線路控制寄存器LCR的D7位DLAB輔助控制：訪問波特率因子寄存器時，必須使DLAB=1；訪問發送/接收緩沖寄存器與中斷允許寄存器時，必須使DLAB=0。以下代碼是TL16C550發送n位數據的函數。

for（i=0；i

{

do {

uWORK=LSR；

}while（uWORK&0x040！=0x040）；

THR=str_t[i]；

delay（128）；}

函數中涉及到TL16C550的2個寄存器，分別是線路狀態寄存器LSR和發送緩沖寄存器THR，其中，LSR的D6位為TEMT，作用是標志發送移位寄存器與發送保持寄存器是否為空，當該位為1時，表明允許發送新位。

3.2 GPRS軟件設計

GPRS模塊主要使用AT指令實現短信的發送功能。本系統采用SIMCOM公司的SIM300模塊，該模塊支持2種模式的文本模式短信息：GSM DEFAULT 7?BIT模式和UCS2模式。

GSM DEFAULT 7?BIT模式采用ASCII碼表上所能查詢到的字符表示短信內容，即字符模式；UCS2模式是以UNICODE碼的形式來編碼短信內容，即漢字模式。由于傾角數據信息可以使用ASCII字符表示，并且GSM DEFAULT 7?BIT模式在實現時實時性較好，因此本設計采用GSM DEFAULT 7?BIT模式來表示短信內容。圖5是GRPS控制流程圖[6?7]。

傾角數據的短信格式為：傾角編號（2 B）+傾角數值（4 B）+緯度信息（7 B）+經度信息（7 B）+時間信息（14 B），其中傾角數值精確到小數點后一位。

4 結 語

本文設計的傾角監測終端，基于TI公司的DSP芯片，外部擴展了GPS與GPRS模塊，能夠實現監測點地理定位與無線數據傳輸。基于該系統，既能充分利用DSP快速地計算功能，實時地分析戶外設備的傾角，也能基于無線網絡實時地將各監測點的傾角數據傳往監控中心統一分析和處理，大大提高了監測速度，降低了監測成本。

參考文獻

[1] 戴明楨，周建江.TMS320C54xDSP結構、原理及應用[M].2版.北京：北京航空航天大學出版社，2007.

[2] Analog Device. ADXL213 Datasheet [EB/OL]. [2014?10?31]. http：//www.alldatasheet.com.

[3] 姜志鵬，李國華，吳功棟，等.基于DSP的數字聲級計硬件設計[J].金陵科技學院學報，2009，25（2）：25?26.

[4] Texas Instruments. TL16C550 datasheet [R]. USA： Texas Instruments， 1996.

[5] 戴瑋，胡仁杰.TL16C550芯片在串行通信中的應用[J].電氣電子教學學報，2003，25（4）：41?44.

[6] 吳麗華，李礫，趙舒，等.基于SIM300的遠程心電監護系統的設計與開發[J].哈爾濱理工大學學報，2010，15（1）：112?115.

[7] SIM Technology. SIM300 Hardware and Software Specification[EB/OL]. [2011?06?13]. http：//www.wenku. baidu.com.

[8] 任肖麗，陳佳喜，王驥.基于GPRS技術在線環境監測系統的研究[J].現代電子技術，2015，38（4）：60?62.