第一篇：基于STM32人体脉搏无线监测系统的设计论文

摘要：

随着生活水平的提高，人们尤其是老年人对自己的健康也越来越重视。脉搏的波形及频率能够反应人心血管的生理信息。所以本文是以ARM STM32为主控模块，设计一种便携式，操作方便的脉搏检测器。

本系统由脉搏采集、液晶显示、无线发送三个模块组成。脉搏采集是采集人的脉搏数，液晶用的是12232，显示一分钟被测脉搏数，无线发送就是利用GSM模块实现短信的发送，发送到监测人员起到远程监控的效果。

关键词：STM32 脉搏检测 液晶显示 GSM

一、系统的整理框架。

以ARM STM32芯片为处理器，主要的模块主要包括脉搏采集模块，LCD显示模块，GSM数据传输模块。脉搏采集模块采集到脉搏信号经信号放大及模数转换后传输到处理器中，经过定时器一分钟的计时，在液晶屏上显示一分钟的脉搏数，STM32 控制脉搏数据经由SIM300A GSM 模块以GPRS 形式发送给监测人员。通过脉搏数的显示，医生可以获知用户的身体状况，节约了大量的时间。

二、系统硬件以及电路构成。

1、脉搏监测电路。

传感器由光敏二级管发射红外和光敏三极管接受红外组成的分别是电路中的D6和Q3。采用发光二极管作为光源时，可基本抑制由呼吸运动造成的脉搏波曲线的漂移。红外接收三极管在红外光的照射下能产生电能，它的特性是将光信号转换为电信号。脉搏也即跟心跳同步，每心跳一次血液浓度变化一次，所以通过对手指的血液浓度的变化检测脉搏信号。脉搏是微弱信号，信号需要放大，并且先通过低频滤波器进行滤波，在进行放大，最后在经过比较器得到脉冲波，输入到STM32里。

2、STM32处理器及主要接口电路。

STM32F103微控制器是使用Cortem-M3内核，工作频率为72MHz，内置高速存储器，具有一个USB和一个CAN，7 个定时器、2 个ADC、9 个通信接口，其工作电压常见为3.3v。ARM STM32F103 控制模块主要完成对脉搏波波形数据的采集，脉搏信号模数转换以及数据的分析和数据的无线收发，与LCD的显示。ARM 的Cortex-M3是采用哈佛结构的32位处理器内核，拥有独立的指令总线和数据总线，两者共享同一个4GB存储器空间。它的内部还包含一个系统滴答定时器SysTick。SysTick的核心是1个24位递减计数器，使用时根据需要设置初值，启动后在系统时钟的作用下递减，减到0时置计数标志位并重装初值。系统可以查询计数标志位，也可以在中断允许时产生SysTick中断。其丰富的优点决定了它适合应用于诸多方面，例如医疗和手持设备。

3、GSM/GPRS 模块。

随着无线通信技术的飞速发展，中国移动GPRS技术不断完善，为数据的无线传输提供了理想的解决方案。本系统采用GSM/GP，模块为SIMCom 公司的SIM300A 模块，它的体积小巧携带方便，功耗比较低，内嵌TCP /IP 协议。STM32F103 通过串口发指令控制SIM300A的拨号上网，再通过PPP 协议建立与中国移动内部服务器的点对点连接，然后由中国移动GPRS 服务节点(GSN)通过TCP /IP 协议与医疗监护中心的目标服务器建立Socks 连接，实现数据的无线传输。本系统的软件设计主要包括: ARM STM32 程序设计、GSM/GPRS 模块程序设计。ARM程序设计的的开发和调试采用keil编写，可以直接调用库函数对数据进行处理使用起来方便。相关初始化操作：

第一，时钟初始化-72Mhz。

第二，时基函数初始化-1ms。

第三，串口1初始化-波特率115200，数据位8，停止位1，无校验位(用于调试口)。

第四，串口2初始化-波特率9600，数据位8，停止位1，无奇偶校验。(用于GPRS接口)。

第五，LED指示灯初始化-低电平点亮。

第六，按键初始化-低电平触发中断;第七，TIM3初始化-1/10K s(0.1ms)。

第八，液晶LCD初始化-12232。

第九，GSM模块初始化-使用AT指令进行初始化配置，配置短消息中心号码。

三、结语。

本次设计以STM32为核心，采用GSM做为发射模块，对脉搏数据进行无线传输，此测量仪系统实现简单、功能稳定、使用方便，应用广泛，便于被测人携带，突破了测量空间的限制，摆脱传统有线监测仪的束缚，能够实时监测心血管患者病况，防止病情的突发，具有实际意义。随着我国正逐步进入“老年型”社会，人口老龄化进程的加快促使心血管疾病的发生率及死亡率日趋增加。此设计对于家庭的医疗监护有着一定的市场前景。

参考文献：

[1]Weeg, Stephen.Home health and home monitoring in rural and frontier counties human factors in implementation, EMBC, 202_:3264-3265.[2]康华光.电子技术基础(数字部分)[M].北京:高等教育出版社,202_.[3]刘迎春,叶湘滨.传感器原理设计与应用[M].长沙:国防科技大学出版社,202_.

第二篇：无线监测广播电视论文

1GSM短信在广播电视无线监测技术中的应用流程

GSM短信系统在广播电视无线监测技术中主要工作流程为，依靠于接收天线发送回来的固定频率下的信号，通过一系列的场强模块测试后与系统所设置的门限值相对比，若数据高于系统设置的门限值即为正常，在此情况下系统将会对固定频率进行信号的测试；若出现数据低于系统所设门限值的情况，控制系统将会以短信传送的方式将发射机故障以及监测情况，反映到技术人员接收系统和相关控制中心服务器上，以提出故障警告。技术检测人员接收到警告短信后在第一时间回到故障现场进行检修，从而缩短因故障所导致的电视停播时间。另一方面，控制中心接收到警报短信后，及时将故障时间、故障原因等情况反馈至此区域负责人员，并在情况核实之后依据相关情况完成故障的上报和登记工作。

在整个检测工作流程中，GSM短信服务系统发挥着至关重要的作用。总结起来就是，GSM短息服务系统将所接收的发生故障时间、地点以及具体故障情况，以短信的方式发送至监测技术人员手机和控制中心短信池，控制中心则对相关短信进行处理之后发送至检测室显示屏幕上，如此一来工作人员可以明确掌握故障的，并结合实际情况进行准确的处理。由此可见，监测控制中心的信息来源主要依靠于GSM短息服务系统，通过接收到的短信清晰掌握不同区域的故障问题和详细时间，并作出准确的判断和处理，从而保障了整片区域的广播电视播放顺畅，满足了不同用户的收看要求，及时缓解或者改善了电视停播故障问题，因此，GSM短信服务系统在广播电视无线监测技术中起着举足轻重的作用。

2在广播电视无线检测技术中应用GSM短信的优势

（1）由于短信发送费用低廉且接收短信不需要收取费用，因此GSM短信服务在很大程度上缩减了系统运行所需成本费用，同时该系统的组网较为简单，所需建设周期较短，故具有投资小回报大等特点。另外，GSM短信在不同区域也能够实现短消息互联，所以在实际应用中较为方便和实惠，在电话资源和线路节省方面较之传统的拨号有线系统更胜一筹，完善地解决了部分地区因各种因素无法实现发射机数据连接的问题。GSM短信服务系统在实际应用中不需要设置天线，因而节省了一系列不必要的手续费用，该特点比一般无线网络更为经济。在广播电视无线监测技术中有效应用GSM短信系统，能够简化建设步骤降低投资成本，及时解决故障缓解播出风险。

（2）由于GSM短信服务系统具有覆盖范围广、应用资费少

可以跨区域发送、接收短信等特点，因而打破了传统数据接收系统对于发射数据地点的局限性，就目前来说，该系统信号覆盖的优越性是没有任何系统能够与之相提并论的。同时，该系统运营机构通过在一些偏远地区设置信号站等措施，全面解决了某些地区因为用户稀少或者地域限制而导致的信号较弱问题。

（3）通常情况下

发射机工作运行中所传输的数据大致在几个字节之间所需容量不大，然而GSM短消息服务系统能够支持发送140字节，因而为发射机的数据传输提供了有利条件。同时，由于GSM短息服务系统校验方式较多标准较为规范，因此有效降低了误码概率保证了系统数据传输中的准确度。

3结语

综上所述，在广播电视无线检测技术中应用GSM短信的数据传输方式，革新了广播电视信号覆盖发射的监测方式。该系统有效降低了投资成本、提高了经济效益、简化了维护步骤、保证了用户收看质量，传播了世界各地的精神文明，丰富了群众的日常生活，从某种角度促进了社会的和谐发展，对推进广播电视事业的发展具有重要意义。

第三篇：水质无线监测系统方案

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水质无线监测系统方案

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一、概述

环境监测是环境保护工作的重要组成部分，是环境管理的基础和技术支持。随着我国工业化和城市化的迅速发展，环境保护也相应大力发展起来。这样就迫切需要加快全国环境管理基础能力的建设，提高环境监测能力和环境监督执法管理水平。

排污口水环境实时自动监测系统的研制在我国刚刚起步，欧美一些发达国家在这方面已趋向成熟，例如美国等一些工业发达国家，几乎在每个排污口都安装了有关监测仪器，对污水处理设施的运行情况以及排污流量、PH值、DO、电导、烛度、温度等值进行自动监控，在监控中心可以随时知道排污口染物的排放情况。在韩国已有50％的企业做到了对以下四项指标的实时自动监控：污水处理设备运行情况、流量、PH值和溶氧。

我国目前大部分地区的水环境监测主要是以化学化为主。即人工定期（或不定期）的现场采样、化验、水质分析。这样工作量大且具有随机性，不能准确反映整个水量水质的变化过程，因而不能做到为水环境评价和环境治理的可靠依据。

由于我国经济发展过程中出现越来越多的水环境污染问题，近年来国家已充分重视和加强对环境污染的治理。为了配合这项工作，改进水环境监测手段和方法已显得尤为重要。上海正伟数字技术有限公司在充分调研、考察、征询客户意见等基础上，研制开发了集自动化、即时化、智能化于一体的经济实用的水质量无线监测系统。该系统可以对排污口污水的PH值、DO、温度、电导和排污流量进行实时监控，通过GPRS/CDMA无线终端将数据传送到监控中心和环境管理部门，工作人员可以在监控中心或办公室进行远程监测，随时得到即时数据报告，实现远端无人值守。

二、系统组成、工作原理

系统主要是由一个监测中心，若干个固定监测站和专用GPRS/CDMA无线终端组成。监测中心对各个监测站进行控制指挥，各监测站收集各种污染参数，两者间的控制信号和监上海正伟数字技术有限公司

测数据通过GPRS/CDMA无线终端传送完成。监测中心既是各监测站的指挥中心，又是监测站监测数据的汇集、处理的存储的数据库。各监测站可设置为自动向监测中心发送信息；也可设置为平时处于待机状态，在收到监测中心的指令后才开始启动工作，将信息发送给监控中心。各监测站有数据采集。命令识别、数据发送的功能。

监测中心由功能较齐全的计算机外围设备如显示器、打印机、绘图机等组成。各监测站由各种采集参数的探头、PAC可编程自动控制器和GPRS/CDMA无线终端组成。

三、系统方案说明：

在水质系统中，常常需要对众多的排污口污水的PH值、DO、温度、电导和排污流量进行实时监控实时监测，大部分监测数据需要实时发送到管理中心的后端服务器进行处理。由于监测点分散，分布范围广，而且大多设置在环境较恶劣的地区，通过电话线传送数据往往事倍功半，通过GPRS/CDMA/EDGE无线网络进行数据传输，成为水质监测部门选择的通信手段之一。污染源监测设备可将采集到的污染数据和告警信息通过GPRS/CDMA无线网络同时发送到多个水质监测部门，实现对排污单位或个人的及时管理，可以大大提高环保部门的工作效率。

系统结构图：

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系统方案组成 水质监控中心

监控中心服务器通过ADSL或电话拨号接入Internet，或申请配置专线，通过光纤、DDN 等数据专线直接和移动中心机房的GPRS/CDMA 网络连接。监控中心服务器上安装相关监控系统软件。监控系统软件包括监控中心服务器、数据库服务器两个部分。

1、监控中心服务器实现实时监控、数据管理分析、业务管理等功能；

2、数据库服务器进行数据存储、备份；

具体实现时，监控中心服务器、数据库服务器可以安装在一台服务器中，也可以安装在 不同服务器中。软件系统特点：

1、纯JAVA系统设计：采用JAVA技术进行设计开发，具有强大的稳定性、安全性、兼容性、可扩展性；

2、先进的B/S结构：系统使用先进的B/S结构，用户只需要使用浏览器就可以通过环保内 部的网络完成污染源管理和污染源监控功能。使用BS 结构不仅极大的方便了环保部门 相关人员的使用，而且为环保局未来向公众公公布环境数据提供了方便。

3、管理决策支持：基于完整的、实时的业务数据，智能的决策支持系统可以为管理者提供 丰富的决策支持信息，实现业务运营的有效管理。

4、功能扩展性：整个系统具有极强的开放性和可伸缩性，可以方便的与各类数据分析软件连接，为环保局和其他政府部门共享信息提供了方便。上海正伟数字技术有限公司

GPRS/CDMA无线传输终端

水质监控仪器通过RS232 串口直接与正伟环保专用GPRS/CDMA无线传输数传设备（智能型GPRS/CDMA调制解调器）连接，并由其建立无线数据连接与监控中心进行双向数据通信。水质监控仪器包括污水流量计、COD（含氧量）/BOD（生物耗氧量）、PH 探头等测量仪可根据系统实际监控地点的需求选择对应测量仪器。

系统功能 实时监控

对企业监测点的排污量、设备运行等情况进行实时监控，并以人性化的界面显示有关数据； 数据接收

数据接收方式有两种，一种是监测点通信控制器定时向中心返回监测数据（一般按1个小时 返回，也可以通过用户设置）；一种是通过中心向监测点通信控制器发送查询指令，监测点 通信控制器返回当前监测的实时数据； 报警处理

当监测到排污超标、检测设施非正常关闭等事故时，软件能自动识别事故类型，并及时向环 境监理部门发送报警信息，使环境监理部门能够以最快的速度及时对企业的违规行为进行纠 正、制止，从而保证了环境监理信息传递的顺畅、完整； 统计分析

a)对所选择污染源监测点的监测数据进行各种分析，以曲线图、直方图和表格等形式进行 显示。可选择行业、区域、时间段等条件。包括污染源分析、污染源对比分析、综合分析、综合对比分析和监理报告资料分析等；

b)污染源分析可根据条件对污染物排放量和污水排放量进行分析； c)污染源对比分析可根据条件对某一污染源进行按月分析和按年分析；

d)综合分析可根据条件对污染物、污染类型（水）和治理设备（运行时间）进行分析； e)综合对比分析可根据条件对污染物、污染类型（水）和治理设备（运行时间）进行按月分析和按年分析； 数据存储

本设备能自动监测、记录、存储、传送数据，实时采集各类环保测量仪器的输出信号，并将测量数据通过无线远程发送至环保监控中心，同时将数据保存在本机大容量数据存储器上海正伟数字技术有限公司

中。参数设置

1、可按照设置的时段采集一组数据，并实时发送至环保监控中心。GPRS/CDMA 网络是全球分布最广的无线网络，使用GPRS/CDMA 的优势在于实时、无线、远程、误码率极低、安装简便无需布线等特点。

2、可按照设置的时段采集一组数据，并保存在本机内部大容量数据存储器中；

3、可以通过串行接口对系统各项运行参数进行设置。对每个通道的采样数据进行物理量的换算对应，从而使终端保存或发送的数据都是符合现场测量指标的数据；

4、可通过串行接口访问机内大容量存储器中的数据。将终端保存数据保存到计算机数据库中，以备分析备案；

5、可按照条件设置系统各通道的报警条件，触发报警，并可实时将报警信号发送至监控中心。

四、无线水质监测系统的优势

中国移动或者中国联通GPRS/CDMA系统可提供广域的无线IP连接。在移动或联通通信公司的GPRS/CDMA业务平台上构建水质监测采集传输系统，实现水质监测采集点的无线数据传输具有可充分利用现有网络，缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单。经过比较分析，我们选择中国移动的GPRS/CDMA系统作为水质监测采集传输系统的数据通信平台。

GPRS/CDMA无线水质监测系统具备如下优势：

1、实时性强：

GPRS/CDMA具有实时在线特性，系统无时延，无需轮巡就可以同步接收、处理多个或所有监测点的各种数据。可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。

2、可对各监测点仪器设备进行远程控制：

通过GPRS/CDMA双向系统还可实现对仪器设备进行反向控制，如：时间校正、状态报告、开关等控制功能，并可进行系统远程在线升级。

3、建设成本少低：

由于采用GPRS/CDMA公网平台，无需建设网络，只需安装好设备就可以，建设成本低。

4、监控范围广： 上海正伟数字技术有限公司

构建水质监测采集传输系统要求数据通信覆盖范围广，扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。由于水质信息采集点数量众多，分布在全国范围内，部分水质信息采集点位于偏僻地区，而且地理位置分散。

5、具有良好的可扩展性: 由于目前GPRS/CDMA网络已覆盖国内绝大部分地区，基本不存在盲区，可实现大范围的在线监控，满足水质信息采集传输系统对覆盖范围的要求。

6、系统的传输容量大：

水质监测中心站要和每一个水质信息采集点实现实时连接。由于水质数据信息采集点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS/CDMA技术能很好地满足传输突发性数据的需要。

7、数据传送速率高：

每个水质信息采集点每次数据传输量在10Kbps之内。GPRS网络传送速率理论上可达171.2kbit/s，目前GPRS实际数据传输速率在40Kbps左右，完全能满足本系统数据传输速率（≥10Kbps）的需求。

8、通信费用低：

采用包月计费方式，运营成本低。

五、安全措施：

由于水质监测系统的特殊性，本系统需要极高的系统安全保障和稳定性。安全保障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环，网络安全防护措施包括信道加密、信源加密、登录防护、访问防护、接入防护、防火墙等。稳定是指系统能够7×24小时不间断运行，即使出现硬件和软件故障，系统也不能中断运行。以GPRS为例，数据中心可通过公网使用VPN接入到移动GPRS网，采用VPN方式成本比较低，企业不用租用专线，还可以利旧使用原有的VPN设备，移动终端需要安装具有VPN二次虚拟拨号的功能的软件。通过VPN方式，客户端在连接应用服务器前，要经过Radius服务器的认证整个数据传送过程得到了加密保护，安全性比较高，可充分保障速度和网络服务质量。另外，数据中心也可以采用APN接入方式，租用专线接入到移动公司的GGSN设备上，这种成本高，安全性高、稳定可靠。对于安全性要求上海正伟数字技术有限公司

非常高的系统，可考虑在专用APN接入的基础上再加上VPN接入方式的混合接入方式，进一步提高系统的安全性。

1、VPN虚拟专网模式：企业内部网络中配置VPN服务器，移动终端加载具有VPN二次虚拟拨号的功能的客户端软件。采用VPN安全技术，用户通过接入企业内部虚拟专网的方式与Internet进行隔离，可对整个数据传送过程进行加密保护，有效避免非法入侵。

2、用SIM卡的唯一性：对用户SIM卡手机号码进行鉴别授权，在网络侧对SIM卡号和APN进行绑定，划定用户可接入某系统的范围,只有属于指定行业的SIM卡手机号才能访问专用APN，移动终端与数据中心采用中国移动分配的专门的APN进行无线网络接入，普通手机的SIM卡号无法呼叫专门的APN。

3、对于特定用户：可通过数据中心分配特定的用户ID和密码，其他没有数据中心分配的用户ID和密码的用户将无法登录进入系统，系统的安全性进一步增强。

4、数据加密：通过VPN对整个数据传送过程进行加密保护。

5、网络接入安全鉴定机制：采用防火墙软件，设置网络鉴权和安全防范功能，保障系统安全。

六、系统成本

七、结论：

采用有线方式，租用静态IP目前费用比较高约800~1500元/月。采用GPRS/CDMA无线方式，系统流量费用目前有包月制和按数据量两种收费方式，GPRS按流量计算0.01元K，而包月制20元/月有50M流量，可满足水质监测局目前水质数据采集系统的实际数据量，估计日后其费用会逐步降低。对于水质监测局等用户来说，由于通信费用较低，享受到了实惠。另外，由于接入设备可以移动，当水质观测站和水质信息采集点搬迁时设备可随之迁移并可继续使用，可以保护用户原有投资，适合于水质信息采集工作的特点。

采用GPRS/CDMA构建水文数据采集系统，不仅能很好地满足水质信息采集监测的需求，而且，做为网络运营商的移动或联通通信公司也将因此获得业务稳定的集团用户，随着用户上海正伟数字技术有限公司

数量的增加，移动或联通通信公司的营收也随之增加，调动了运营商的积极性，符合网络建设和网络应用同步发展的要求。

公司简介

上海正伟数字技术有限公司（Shanghai Zhengwei Digital Technology Corporation Limited），是一家注册于上海高新技术开发区内的专业的技术研发型公司，公司专注于嵌入式系统领域的技术创新和产品开发，专业提供嵌入式网络领域、无线网络领域和嵌入式计算系统领域的软硬件产品及服务。

公司拥有资深的设计师和专业的管理者，并具有从博士到专科不同学历的良好人才结 构。公司与众多厂家、研究所在器件供货、产品经销、技术创新等方面形成了良好的合作伙 伴关系。

凭借其技术、人才、管理优势，本着“踏实创新，追求卓越”的企业精神，正伟数字锐 意进取，勇于创新，已成为领先的嵌入式网络领域设备和服务提供商。

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第四篇：无线式播种机监测软件系统的设计论文

1系统硬件设计

1．1下位机系统的设计

1．1．1温湿度测试系统

采用温湿度传感器SHT10测量播种的温湿度情况，采用CMOSenstechnology微过程技术，可靠性较强且能保持较高稳定性。由能隙式测温元件和电容式聚合体测湿元件组成，并与A/D转换器以及数字接口2－wire单芯片结合。

1．1．2种子粒数的测量原理

选用光电开关测量播种粒数。利用被检测物体对红外束的遮光或反射，由同步回路选通而检测物体的有无，其检测特体不限于金属，对非金属所有物体均可检测。产品具有体积小、精度高、检测距离远、防水、防腐蚀、抗光和电磁干扰等特点。其外围接线图如图3所示。

1．1．3播种深度的测量

选择超声波测距模块HC－SRO4测量播种深度，其可提供2～400cm的非接触式距离感测，测量精度可达3mm。模块包括超声波发射器、接收器与控制电。

1．1．4拖拉机和播种机转速的测量

拖拉机和播种机转速由霍尔元件测量。霍尔传路。感器是对磁敏感的传感元件，从外形看为3端器件，具有与三极管相似的外形。工作时只需接电源和地，采用OC门输出，具有较宽的工作电压，使用非常方便。

1．2上位机系统设计

1．2．1无线模块的选择

传感器节点采用Zigbee射频收发芯片CC2530，它是一款单芯片，也就是把负责解调无线通讯信号与51单片机内核集成在一起的芯片。CC2530是个真正的用于IEEE802．15．4，ZigBee和RF4CE应用的片上系统(SoC)解决方案，集成了RF收发器、8051MCU、系统可编程Flash存储器、8－KBRAM和许多其它强大功能，能够以非常低的总材料成本建立强大的网络节点。

1．2．2单片机选型与电路

本系统选择PIC16F877A单片机作为数据处理器件，它是美国Microchip公司生产的8位单片机产品。在上位机中，单片机与CC2530无线模块进行数据通信，并对播种的温湿度状况、播种深度、播种粒数、拖拉机和播种机的转速等数据进行处理，由液晶模块进行适时显示。其主电路接线图如图7所示。无线模块接收下位机中的播种机相关参数信息，输入单片机进行处理后，由液晶显示模块适时显示。

1．3液晶显示模块及其接线图

本文选择CH240128B液晶显示模块，其系列点阵绘图型液晶显示模块(LCM)采用240×128点阵液晶显示屏(LCD)与低功耗LED背光组成。

2系统软件设计

软件设计要完成的内容包括:检测记录播种管通过的种子粒数;检测播种机的播种深度;记录播种时间，并计算播种速度;控制程序运行;显示检测的数据;计算播种机转速和滑移率，建立通信网络。

2．1无线数据传输流程图

系统上电以后，由协调器设备建立网络，播种参数传感器设备加入网络后，周期性地向协调设备发送传感器测得数据，网络启动后，CC2530模块需要在网络允许加入后才可接收数据。

2．2传感器节点流程图

在扫描过程中发现协调器以后，允许其加入网络，进行绑定，读取由温湿度传感器、光电开关、超声波传感器及霍尔元件测得的数据，并且进行上位机与下位机C2530模块的通信;然后数据进入单片机PIC16F877A进行处理，由CH240128进行适时显示。

3结论

1)采用PIC16F877A单片机和无线模块CC2530为核心控制单元，设计了播种质量检测系统的无线数据传输系统，可适时采集播种数据并能够进行传输与显示。

2)硬件包括单片机控制单元、电源、传感器和显示器等。其中，温湿度传感器监测播种大气环境，红外光电传感器检测种子下落情况，霍尔检测播种机前进速度，超声波测距模块检测播种深度。系统可以检测整个播种机的实际播种状况，并进行无线通讯。

3)软件方面，采用结构化程序设计方法，运用C语言进行编程。主程序通过调用子函数完成各种功能，从而实现网络的建立、数据的发送、接收和显示。

第五篇：无人飞艇监测系统设计论文

0引言

目前，以系留气球和自控飞艇为代表的飞艇以其耗能少、滞空时间长、载重量大等优点广泛用于军用、民用等领域。近年来，以具有3km滞空高度能力的系留气球和平流层自控飞艇浮空平台为代表的大型无人飞艇项目更是成为研究的热点，具有广阔和良好的应用前景。大型无人飞艇实际可升空高度和滞空时间与飞艇气囊的充气量大小密切相关，因此，为保证飞艇的升空与回收安全，必须对气囊的充气量大小进行监测，为放飞决策提供可靠的数据支撑。

传统的监测手段都是以气囊饱满度定性估计，具有很大的主观性和不确定性，所以对大型无人飞艇气囊的体积定量测量就显得非常迫切。以激光扫描为代表的光学三维大尺寸测量技术与传统的激光点对点的测距技术不同，激光扫描测量技术的发展为空间信息的获取提供了全新的技术手段，由传统的人工单点数据获取转变为连续自动数据获取，提高了观测的速度和准确度，由于其融合了激光反射强度和物体色彩等光谱信息，可以真实描述目标的整体结构、形态特性以及光谱特征，具有测量范围大、准确度高、通用性强等特点，已成为大型飞行器、地形地貌、城市建筑三维重建等大尺寸物体几何量测量的主要手段之一。

基于三维激光测量的大型无人飞艇气囊体积监测系统，是通过激光扫描获得气囊曲面点到激光扫描仪的距离，而后通过一系列的坐标转换、数据处理最终构建气囊的三维几何模型，从而定量计算出气囊的体积［1］。由于激光扫描获取点云的速度较快，可以满足对飞艇气囊体积进行即时监控的要求。

1系统设计

在飞艇气囊底腹部中心位置安装一个转动能力不小于180°的云台，具有180°扇区跨度扫描能力的二维激光阵列扫描仪装在云台上，实现对充气后气囊外形特征点的快速扫描。设计总体路线是:艇载计算机对激光扫描原始数据包进行解算，转化为三维坐标体系，随后通过内插值、滤波技术重构气囊外形轮廓，最后通过积分获得气囊的体积。

以扫描仪为原点O，囊体的平行切平面XbOYb为基准面。云台0时刻从零位线起，在设定的角速度ω下匀速转动，考虑云台零位线与扫描基准线相差一个角度ψ0，则通过扫描基准线的时刻为tb=ψ0/ω。从tb时刻开始采集数据，每隔Δt(即每隔ωΔt的间隔角)对气囊基准面以上的断面进行扫描，扫描仪按均分原理保留每个扫描断面特征点到扫描原点的距离数据，当云台工作时间达到tb+180/ω时，完成对基准面XOZ以上的气囊特征点的扫描，采集工作停止，云台复位，等待下一个扫描采集指令。

2关键技术

2.1内插值法

无人飞艇气囊体积监测系统涉及的关键技术之一是扫描仪采集到气囊外形特征点后，如何将已有特征点通过网格插值，重构出气囊的三维外形轮廓。本设计采用双线性插值算法构建三角网格结构，然后构建计算网格，对每个计算网格点在三角网格结构中进行搜寻插值，通过查找均分点位于哪个三角形中来构建其高程差值，获得网格点整齐均分的计算网格坐标，最终构建气囊的三维特征外形。为计算网格点在三角网格中的位置。为了确保计算网格点高程插值的一一对应属性，在对气囊外形进行三维重建时采用了区域分块技术，把气囊分为多个部分分别进行计算，最后通过面拼接将各部分体积累加即为总体积。

2.2数据滤波

由于无人飞艇气囊为柔性囊体，飞艇气囊体积监测装置使用时无法进行刚性固定，扫描仪在扫描时的晃动振动将形成散乱点或者空洞等杂波或噪声，需要通过对点云数据进行去噪滤波，以保证原始数据点的平滑特性。假设某一断面采集了n个数据点，当对点Si((n－j)＞i＞j)进行滤波时，先根据不同的测量环境选定参数值j(j的取值一般为2到5之间)，求出Si及两边相邻的各j个点Si－j，…，Si，Si+1，…，Si+j到激光器S0的距离Di－j，…，Di，Di+1，…，Di+j;而后对距离设定权值。

2.3控制及采集方案

控制及采集系统由激光扫描仪、小型云台、串口/以太网信号转换器、艇载以太网交换机、光纤收发器和地面测控计算机组成，为避免定位误差的累积，每个扫描周期后云台都将复位至原始位置，小型云台在水平面从0°转动至200°再复位至0°的时间为一个扫描周期，扫描周期T0的值随着云台的水平转速的大小而变化，云台的水平转速可通过地面测控计算机上的云台控制软件来设定。考虑到测量误差，舍弃云台(0°，10°)和(190°，200°)两个不匀速运动的区间，只选取扫描周期中云台转速均匀的中间段(10°，190°)进行采集，采集角度范围依然保持为180°。地面测控计算机的采集频率根据采集周期和最小采样角度来确定，本方案中采样角度为1°～5°，采集频率f与扫描周期T0之间的关系。

3试验结果

采用某型飞艇气囊对无人飞艇气囊体积监测装置进行测试验证，无人飞艇气囊体积监测装置对气囊进行激光扫描后，通过坐标转换、数据处理重构出气囊的三维特征外形。经与结构设计工程师确认，气囊充气饱和后的体积设计理论值为234m3，对气囊连续进行6次测量，测试结果如表1所示，6次测量均值为235.08m3，重复性为0.47m3，实测均值与设计理论值相对误差为0.46%，相对误差控制在±1%以内，单次测量时间小于10s，无人飞艇气囊体积监测装置可以满足对囊体体积即时测量的要求。

4结束语

本文将三维激光扫描技术引入无人飞艇气囊体积测量，通过激光扫描获取气囊点云数据，采用双线性插值算法构建三角网格，最终重构气囊的三维几何模型，实现了对无人飞艇气囊体积即时监测，实验结果表明，体积测量相对误差在±1%以内。另外，针对现场实际使用情况还可以做以下几方面的改进:①对于采样点拟合表面与真实表面的误差，以及测量过程中气囊外形由于外界干扰所产生的形变误差，可采用k－最近邻方法构造气囊表面的三角形网络，结合设计外形以及制造过程中引入的常见外形偏差及分布的分析，获得每个三角形的先验曲面形式，最终重建三维表面;②对于气囊饱和度较小时产生的扫描盲区所引入的拟合处理误差，可配合艇内摄像机来综合评定特征外形;③通过优化软件算法进一步缩短单次测量的时间，提高系统测量准确性。