无线驱鸟炮系统设计和实现.docVIP

无线驱鸟炮系统设计和实现 　　摘要：针对机场鸟害日趋严重以及传统驱鸟手段效果不佳的现状，设计了一种无线驱鸟炮系统。系统上位机由PC机和数传电台组成，用来向下位机发出指令和读取下位机反馈的信息。下位机以单片机AT89S52为核心，用来控制煤气炮的点火，同时配合压力变送器、振动传感器等传感装置检测下位机的状态，并将这些状态信息反馈回上位机。该系统灵活地实现了远程单炮点火、一组或全部炮按设计时序放炮以及现场点炮等多种不规律点炮驱鸟方式，达到了较好的驱鸟效果。 　　关键词：驱鸟 单片机 分布式网络 无线数据传输 　　中图分类号：TN206 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）09-0127-02 　　随着航运事业的发展，飞机数量、航线增多，同时随着人类活动范围的扩大，使适合鸟类生活、栖息、繁衍的自然环境大幅度减少，机场成为鸟类生活、栖息、繁衍的理想场所。随之而来的就是飞鸟撞机的几率大大增加。目前各飞机场采取的都是比较传统的驱鸟方法，如猎枪捕杀、捕鸟网、驱鸟专用车等手段，效果却往往不尽人意。本文设计了一种基于无线网络控制的驱鸟炮系统，实现了对传统驱鸟方法的改进。 　　1 系统总体方案设计 　　系统由上位机发出指令，通过数传电台传输到下位机，再由下位机控制驱鸟炮的开关与点火，同时下位机能够向上位机反馈结果。根据这些设计要求，采用集总式分布式网络，设计系统的网络拓扑结构如（图1）所示。 　　1.1 上位机的设计 　　在（图1）中，上位机通过无线网络实现对每个下位机系统的检测和控制，完成以下几个功能。 　　（1）完成对每个下位机系统在机场地图上的地理分布显示。 　　（2）检测下位机是否在线。 　　（3）通过手动或自动方式，控制下位机打炮驱鸟。手动方式是由工作人员输入命令控制点火；自动方式则通过预先设置参数，单独控制某一个驱鸟炮，某一组或者全部的驱鸟炮按照设定的时间顺序进行放炮驱鸟。 　　（4）接收和处理驱鸟炮的反馈信息。获取驱鸟炮的点火信息，包括点火电压、电源电压、煤气气压、振动传感器信号等，并实时显示在主控界面上。 　　根据上述的要求，上位机由PC机和数传电台组成。PC机强大的数据处理能力和人机界面功能，便于工作人员观测与操作。PC机与数传电台通过9针串口实现数据交换，上位机的命令经过数传电台发送到下位机。 　　1.2 下位机系统设计 　　下位机的系统框图如（图2）所示。 　　下位机系统设计主要完成以下几个功能。 　　（1）根据上位机的命令，进行点炮。 　　（2）点炮后，检测是否成功点火，并将检测的结果反馈回上位机。 　　（3）检测点火电压，并将检测的结果反馈回上位机。 　　（4）检测电池的电压值，并将检测的结果反馈回上位机。 　　（5）检测煤气的气压，并将检测的结果反馈回上位机。 　　（6）现场人工控制点火。 　　根据下位机设计的功能要求，下位机的硬件结构主要包括：①无线通信模块。使用9.6K的波特率与上位机进行通信，并按照命令执行相应的操作。②点炮控制模块。下位机收到点火的命令之后，先打开煤气阀门，3秒钟之后，煤气室已经储存了一部分煤气，这时关闭煤气阀，再送出打火信号1秒钟，即可点炮成功。③系统状态检测模块。检测蓄电池电压、点火电压、振动传感器以及压力变送器的输出结果等信息。 　　1.3 上位机与下位机之间的传输协议 　　上位机与下位机之间发送的基本数据格式如（表1）： 　　其中，Pre表示前导码；Key表示关键字，用来区分各种情况下的数据，接收节点会根据这些关键字分别进入不同的数据处理单元；From表示源地址，是发送数据的节点自身信息；Final表示数据的目标地址；Data表示有效数据，这些数据随着字符Key的不同采用不同的格式，可携带不同的信息；Check表示检验位，可避免接收错误的数据包；Flag表示数据包的结束标志位。 　　系统中上位机发出的一桢数据共有9bytes，格式如（表2）。为了减小干扰，在命令字节前后各加了1byte的防干扰冗余码。并且数据包以防干扰冗余码作为结束标志位。 　　下位机返回的一桢数据共有13bytes。包含了帧头、目的地址、源地址、多个防干扰冗余码、电源电压值、点火电压值、压力电压值、校验等数据。 　　2 下位机硬件电路的设计 　　2.1 无线传输模块 　　系统中下位机使用电池作为电源，故无线传输模块应满足使用单电源5V左右供电，且功耗低；接收灵敏度高，传输距离至少应有5千米；误码率低，抗干扰能力强；可用于点对点、点对多点、多点对点等多种通信组合方式等多个要求。在实际测试中，我们选择了数传电台JZ875，可实现6千米的直线通信距离。 　　2.2 单片机和ADC 　　选用最为通用的51系列单片机Atmel 89S52，外