警用無線監(jiān)管電擊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

韓哲鑫

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警用無線監(jiān)管電擊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

韓哲鑫

武警警官學(xué)院信息工程系，四川 成都 610213

基于CC1020和TIMSP430F1121單片機(jī)警用無線監(jiān)管系統(tǒng)，能隨時(shí)隨地監(jiān)控犯罪分子的行為活動(dòng)，當(dāng)犯罪分子超出限定范圍時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，同時(shí)啟動(dòng)電擊程序，當(dāng)超過限定時(shí)間，則發(fā)出電擊命令。系統(tǒng)可用于犯罪分子的押送、看守和勞動(dòng)監(jiān)督等場(chǎng)合。該方案設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有體積小、低功耗、適合室內(nèi)外使用等特點(diǎn)。

單片機(jī)；無線收發(fā)模塊；無線監(jiān)管系統(tǒng)

武警部隊(duì)擔(dān)負(fù)著犯罪分子的押送、看押、勞動(dòng)改造等重要任務(wù)，如何防止罪犯逃跑，特別在室外情況下，犯罪分子人數(shù)多而執(zhí)勤戰(zhàn)士人數(shù)不足時(shí)，若出現(xiàn)突發(fā)事件如逃跑、暴亂等情況，該如何處理和應(yīng)對(duì)？針對(duì)上述情況，本文設(shè)計(jì)了警用無線監(jiān)管系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用極低功耗的IC，為系統(tǒng)的使用維護(hù)帶來極大的方便。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

警用無線監(jiān)管系統(tǒng)的主要硬件。主機(jī)部分主要包括單片機(jī)MSP430F1121、射頻IC-CC1020、LCD顯示模塊、報(bào)警模塊。分機(jī)包括MSP430F1121、射頻IC-CC1020、微型電擊模塊。一個(gè)主機(jī)可以巡檢多個(gè)分機(jī)，整體構(gòu)成一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無線監(jiān)管系統(tǒng)。MSP430系列單片機(jī)是TI公司近期推出的16位系列單片機(jī)。該系列是一組超低功耗的微控制器，供電電壓范圍為1.8～3.6Ｖ，超低功率消耗，適用于長(zhǎng)期使用電池工作的場(chǎng)合[1]。由于具有16位RISC結(jié)構(gòu)、16位寄存器，因而MSP430 系列單片機(jī)具有最大的代碼效率?？紤]到本設(shè)計(jì)低功耗、小體積的要求，因此，選用了MSP430F1121型單片機(jī)芯片。液晶顯示器采用的是PHILIPS公司生產(chǎn)的具有I2C總線的低功耗LCD驅(qū)動(dòng)器PCF8576，該芯片有40個(gè)段輸出和4個(gè)背極輸出，可完成160個(gè)段的LCD顯示。PCF8576的二總線I2C數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)可使其與微控制器的連線減至最低，從而最大限度地減少顯示系統(tǒng)的開銷。在開闊地視距和模塊波特率為2.4Kbs情況下，天線型號(hào)為TCA07FR，距離地面高度為2米，數(shù)據(jù)可先靠傳輸距離可達(dá)600m。天線型號(hào)為TQJ-400SII，距離地面高度2米，數(shù)據(jù)傳輸距離可達(dá)800米。為了避免同頻干擾的問題，系統(tǒng)采用時(shí)分TDMA技術(shù)，把系統(tǒng)主機(jī)CMS與任意一臺(tái)分機(jī)RTU之間的通信采用時(shí)分的方式分開，主機(jī)通過掃描的方式與各臺(tái)分機(jī)設(shè)備進(jìn)行單臺(tái)通信，這樣系統(tǒng)中的CMS與RTU的通信方式就成為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式。CMS主機(jī)可以給每個(gè)分機(jī)注冊(cè)一個(gè)唯一的ID序列號(hào)，并可以訪問每個(gè)分機(jī)的信息，對(duì)該信息進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、顯示、報(bào)警等，這樣就非常方便地實(shí)現(xiàn)了許多分機(jī)的擴(kuò)展，即實(shí)現(xiàn)對(duì)多人的實(shí)時(shí)監(jiān)管。CC1020的通信信道是半雙工，最適合點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信方式。通信的協(xié)調(diào)完全由主站控制，主站采用帶地址碼的數(shù)據(jù)幀發(fā)送數(shù)據(jù)或命令，從站全部都接收，并將接收到的地址碼與本地地址碼比較，不同則將數(shù)據(jù)全部丟掉，不做任何響應(yīng)； 地址碼相同，則證明數(shù)據(jù)是給本地的，從站根據(jù)傳過來的數(shù)據(jù)或命令進(jìn)行不同的響應(yīng)，將響應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送回去。這些工作都需要上層協(xié)議來完成，并可保證在任何一個(gè)瞬間，通信網(wǎng)中只有一個(gè)電臺(tái)處于發(fā)送狀態(tài)，以免相互干擾。

2 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中所有CC1020 Module 均采用433.92MHz作為系統(tǒng)工作頻率。下面以星狀點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信系統(tǒng)為例，詳細(xì)介紹系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。主程序設(shè)計(jì)：協(xié)議的第一件事就是能夠識(shí)別噪聲和有效數(shù)據(jù)，噪聲是以隨機(jī)字節(jié)出現(xiàn)的，沒有明顯的結(jié)合方式，噪聲源可能產(chǎn)生任意字節(jié)的組合，在無線通信的過程中最好能通過一種協(xié)議能有效的抑制噪聲的產(chǎn)生。通過測(cè)試和試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)0x55 在噪聲中不容易發(fā)生，傳輸協(xié)議應(yīng)該在數(shù)據(jù)包前加開始字節(jié)0xFF 后跟0xAA，0x55發(fā)送協(xié)議的開始應(yīng)該以一個(gè)任意內(nèi)容的字節(jié)，然后是0xFF 后跟一個(gè)0xAA，0x55。于是就可以很方便地把以上系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包格式定為：

表1 數(shù)據(jù)包格式

Lead 為引導(dǎo)字節(jié)；Header 為數(shù)據(jù)包的命令字節(jié)，由此確定數(shù)據(jù)包的類型；Length 為數(shù)據(jù)包包含的Length字節(jié)之后的所有字節(jié)的長(zhǎng)度；HostID 為主機(jī)地址；Local為本地機(jī)地址；Destination 目標(biāo)地址；Unit為RTU地址字節(jié)；Data位數(shù)據(jù)包字節(jié)；Checksum 校驗(yàn)字節(jié)。

圖1 軟件設(shè)計(jì)流程圖

串行通訊的解決方法：MSP430F11XX系列單片機(jī)片內(nèi)沒有串行通訊模塊，不能直接用于異步串行通訊，但由于定時(shí)器TIME A的捕獲與比較以及特殊的結(jié)構(gòu)，利用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)異步串行通訊的位定時(shí)以及起始位檢測(cè)等功能，可方便實(shí)現(xiàn)串行通訊。系統(tǒng)的流程圖如圖1所示。

3 結(jié)束語

本文中的無線設(shè)計(jì)解決方案經(jīng)實(shí)驗(yàn)多次，證實(shí)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，誤碼率低、可靠性高、安全性好。對(duì)于無線通信技術(shù)在我國(guó)犯罪分子監(jiān)管方面有著潛在的、廣泛的重要參考價(jià)值。

[1]AS by Chipcon，N Oslo.Single Chip Very Low Power [J].RF Transceiver.chipcon，2004（12）：14-16.

韓哲鑫（1988—），男，漢族，河北樂亭，教師，研究生，通信工程，四川省成都市武警警官學(xué)院。

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1009-6434（2016）05-0044-01