基于无线分布式网络的装甲车辆监测系统

[摘 要] 基于无线分布式网络的装甲车辆监测系统，由一个上位机及若干下位机及相应的无线通讯模块组成。监测子系统则由信号采集电路，数据存储和无线发送装置组成，负责信号采集及数据存储和发送。该系统采用大容量的移动存储器CF卡，保证数据记录的完备性，由此解决通过查询方式进行数据无线传输时可能造成的数据丢失问题。 0 引言 随着装备现代化的发展，装甲车辆技术性能有了大幅度地提高，其系统复杂程度也增加。同时，装甲车辆的使用地域分布较广，因此装甲车辆的维修保障难度很大。故设计一种基于无线分布式网络的装甲车辆监测系统，能对多个车辆的工况进行实时监测和故障预测诊断，为维修保障提供依据。 1 系统的基本结构 无线分布式监测网络由上位机及若干下位机及相应的无线通讯模块组成，如图1。 下位机安装在被监测车上，以嵌入式MCU为核心，包括前端的信号调理电路和数据采集系统及数据存储和通讯电路，其任务是将多传感器获取的装甲车辆不同种类、不同部位状态信号进行调理、采集、存储和发送，并能对故障报警。无线通讯模块连接在上位机和各个下位机的串行接口上，将发出的串行数据转换为无线信号或将接收到的无线信号转换为串行数据，实现上位机和下位机的无线通信。上位机由工控机充当，负责接收下位机发送的各子系统的状态数据，利用故障诊断专家系统完成对各个车辆工况的监测和故障诊断。 2 监测子系统的设计 监测子系统主要由信号采集电路、数据存储和无线发送装置组成，具体结构如图2。 2．1信号的采集 需要采集的车辆状态信号分为模拟信号和数字信号。模拟信号包括油温、油压、水温、启动电流、操纵压力等，数字信号主要包括里程、转速等。 （1）模拟信号的采集 各路模拟信号均经过一个由精密电位器组成的分压电路进入模拟开关（CD4051）。为使电路简化，采取信号过模拟开关后共用吸收电路的方法。同时，为提高抗干扰能力和测试精度，在模拟开关与A/D转换芯片间加缓冲器，它由集成运算放大器Lm358担任。为减小主机板的面积同时考虑测试精度和速度要求，该系统A/D芯片选用美信公司MAX1240/124.1，完成一次采集约用时40μs。 （2）数字信号的提取和采集 信号提取电路分为前端综合处理电路和后端施密特触发器。综合处理电路完成信号分压整流、限幅、去噪。集成运算放大器Lm358连接的施密特触发器能抑制发动机点火系统造成的谐波干扰。其输出波形为方波，具有良好上升沿和下降沿，MCU通过计数得方波周期，从而推算出所测量的大小。 2．2数据的存储和发送 为保证监测数据的实时性和完备性，要求监测 子系统不仅能发送数据，且应有数据存储功能。 （1）数据的存储 系统采用64M的CF卡。CF卡是性能较好的大容量高速闪速存储器。 CF卡的文件管理系统遵循硬盘的文件管理，该文件管理系统将CF卡存储空间分成5个部分：主引导区（MBR）、引导区（DBR）、文件分配表（FAT）、文件目录表（FDT）和数据区。结构如表1。 CF卡文件管理主要对FAT和FDT进行操作。64M的CF卡采用FAT16文件系统，文件最小存储单位是簇。一个文件由若干个簇组成，簇又由扇区（每扇区512个字节）组成。FAT表是一单向链表，每项由2个字节组成，其内容指向下一个簇地址。当内容EF-FF为结束标志。FAT表包括FAT1和FAT2，FAT2是FAT1的完全复制，以防止FAT1被损坏，导致文件无法读写。FDT表记录每个文件目录，每个目录占32个字节。其中第0～7字节为文件名，第8～10字节为文件扩展名，第11字节为文件属性，第22～25字节为文件创立的时间和日期，第26～27字节为文件的起始扇区，第28～32为文件大小，其余为系统保留。 监测子系统在对采集到的车辆状态数据进行存储时，将同一天采集到的数据存放在一个文件内，其文件名为操作当天的日期。因此在写入数据前，应先读时钟芯片DS12887，取得操作日期，之后在FDT表内找相应的文件名。如找不到该文件，则在FDT表内创建以操作日期为文件名的新文件，根据FDT表中的起始簇号和FAT表中的簇号链，计算出操作扇区的逻辑地址，将其送相应的地址寄存器，最后向CF卡写入写操作命令字，完成数据写入［2］。 （2）数据的发送 系统经数传机、上位机与多个下位机按查询方式进行点对点串行通信［3］。数传机由调制解调器和IC-F211电台组成，在开阔地的传输距离可达25km。通讯过程：①将所有单片机的SM2位置1处于接收地址帧的状态；②上位机先向单片机发送一帧，其中8位地址，第9位置1。表示该帧为单片机地址帧；⑧单片机接收到地址帧后，将接收到的地址与预先存储在本机内的地址比较。地址相符的单片机，将SM2位清0，同时把本机地址（第9位置1）发回给上位机，上位机收到单片机应答地址后，确认地址是否相符，若相符则清TB8，准备点对点通信。否则发复位信号（TB8＝1)；地址不符的单片机，继续保持SM2为1，仍处于等待地址帧状态：④上位机与单片机开始进行数据通信；⑤数据传递完毕，单片机收到复位命令回到接收地址状态，SM2位置1，等待新一轮查询。 3 故障诊断软件的开发 该专家系统以VC++6.0为开发平台，MicrosoftAccess2000为数据库结构形式，ADO为数据库访问技术，采用基于规则、案例和模型的混合推理。该系统依下位机发送的装甲车辆监测数据，参考已有的知识和经验对车辆状态进行分析、故障判断，完成故障快速定位。实现远程故障诊断。 4 结语 借助无线通信技术，该系统将数据采集和数据处理分别交给车载监测子系统和上位机完成，保证监测子系统的小型化、数据处理效率及系统工作的可靠性。分布式网络使该系统能同时监测多台车辆，满足装甲车辆的特殊要求。该监测系统已在部队投入使用，有效提高装甲车辆维修保障效率。