摘 要: 针对机场地面保障设备运行状况依靠人工观察所带来的问题,设计了一种基于蓝牙技术的机场保障设备运行监测系统。该系统可以实现机场保障设备在线监测,及时高效地完成机场保障任务。系统由上位机和下位机两部分组成:微处理器作为下位机的控制系统,将采集的机场保障设备运行状态数据信息处理后送入蓝牙模块进行无线发送;工业级平板电脑及人机交互界面作为上位机的监测系统,完成采集数据的接收、存储和实时显示。通过蓝牙模块无线传输实现上位机与下位机之间的数据交互,利用人机交互界面实现在线监测。
关键词: 蓝牙技术;数据采集;微处理器;在线监测
0 引言
随着我国民用航空业的快速发展,民航机场航班起降频次更加频繁,相应地,机场地面保障设备数量和运行时间也逐步增多[1]。高效、合理地调度机场地面保障设备,这对机场地面保障技术提出了极大的挑战。
现行的地面保障设备(飞机牵引车、加油车和除冰车等)运行状况主要依靠操作人员人工报告,这种方式容易造成信息误报、遗漏等缺陷,且对设备的运行不能在线监测和及时报告,无疑降低了设备的正常率和对航班的保障水平[2]。面对这种状况,机场地面保障人员迫切需要一种能在线监测设备运行状况并能自动报告的设备。
本文提出基于蓝牙技术的机场保障设备运行监测系统,对实时信息的获取、数据的传输方法以及人机交互界面的在线监控进行研究。
1 总体结构与功能描述
本文提出一种以工业级平板电脑为上位机的便携式机场地面保障设备运行的数据采集设计,在微处理器为下位机的逻辑控制下,利用传感器完成数据的采集,运用FBT-06系列蓝牙模块将采集数据传输到工业级平板电脑。同时,工业级平板电脑可以根据需要发送一些控制命令,将所接收的采集信息在人机交互界面中实时显示,保障人员通过人机交互界面的采集信息对地面保障设备状态进行在线监控,进而对地面保障设备进行调度和管理。
从总体结构上看,数据采集装置包括硬件设备和软件控制两大部分。硬件设备部分包括3种传感器模块、微处理器、FBT-06系列蓝牙发送及接收模块和工业级平板电脑。软件控制部分包括采集数据处理程序、蓝牙收发模块无线通信和人机交互界面测试平台程序的编写。系统总体结构[3]如图1所示。
2 系统硬件设计
系统硬件主要有传感器、信号调理、蓝牙模块、微处理器和工业级平板电脑。液位传感器和温度传感器都用于采集飞机除冰液储存罐的液位和温度,流量传感器用于采集飞机除冰作业时喷晒除冰液的流量采集。
2.1 数据采集
如图2所示,传感器采集到的模拟信号经调理电路转换成0~2 V的电压信号,A/D转换后将信号传送到微处理器,获取除冰液的液位、温度和喷晒除冰液的流量信息。最后在微处理器逻辑控制下将液位、温度和流量数据信息打包[4],通过微处理器串口与蓝牙发送模块之间的接口电路将数据包传送至蓝牙发送模块,准备数据发送。
2.2 蓝牙发送与接收模块
蓝牙技术是一种大容量近距离无线数字通信技术规范[5],其有效半径约为10 m,最大可达100 m,可同时传输语音和数据信息,有很好的抗干扰能力且功耗低。
两个蓝牙模块进行通信连接时,设定上位机侧的蓝牙接收模块为主节点,下位机侧的蓝牙发送模块为从节点。本文微处理器与蓝牙发送模块之间采用UART接口进行通信,而工业级平板电脑与蓝牙接收模块之间采用的是RS232接口进行通信。UART接口和RS232接口都采用串行通信,UART接口通信针对的是蓝牙芯片和主机在同一块印制电路板上的情况,而RS232接口通信支持的是蓝牙芯片和位于不同实体中的主机进行通信的情况[6-7],距离较远。图3所示为蓝牙模块连接示意图。
FBT-06采用CMOS电平设计,而工业级平板电脑采用RS232电平,二者不可直接连接,需要工业级平板电脑与蓝牙接收模块之间接口电路实现电平转换,本文使用MAX3232实现电平转换。
2.3 工业级平板电脑
工业级平板电脑选用GT6805嵌入式主机,三星公司推出的高性能低成本处理器S3C2416,内核为ARM926EJ,支持运行WINCE 6.0/LINUX操作系统。嵌入式主机对外端口USB和RS232等已经集成在主板,适合应用于工业设备控制和需要进行人机交互界面的应用。
3 系统软件设计
系统软件设计主要包括两个部分:传感器采集3种物理量后的采集数据处理软件设计和人机交互界面设计。
3.1 采集数据处理软件设计
采集数据处理软件主要任务是:准确地读取经过A/D转换后的液位、温度和流量信息,并将这3种采集信息进行数据打包,然后在微处理器的控制下通过蓝牙发送模块发送数据包。
微处理器在单线程的工作方式下要完成液位、温度和流量信号的处理,因完成液位、温度和流量数据处理所消耗的时间不同,为此,本文采用定时中断分配各个任务的处理时间[4-8]。
图4为采集数据处理程序流程图。其中图4(a)为主程序流程图,主程序主要完成数据的打包和数据的发送。主程序初始化主要完成串口初始化、时钟初始化、A/D初始化,将中断标志位zdflag定义成全局变量、无符号型且初始值zdflag=0,以及一些寄存器的设置工作。zdflag=0时读取温度传感器DS18B20的数据,其输出为数字量,无需进行A/D转换。图4(b)为中断服务程序流程图,主要完成对3个物理量数据的准确采集,通过设置和读取中断标志位zdflag的值判断出温度、液位和流量数据是否都得到准确处理,进而完成相应的操作。
3.2 人机交互界面设计
人机交互界面主要包括两个部分:数据信息显示和用户输入设置。数据信息显示部分用于将采集的数据信息在人机交互界面中实时显示,包括:除冰液液位、温度和除冰液喷晒时的流量显示,液位、温度上下限指示及设备漏液故障指示。而用户输入设置部分用于除冰液安全液位上下限和最佳除冰液温度上下限范围的设定,以及其他操作指令的设置,如除冰车车号选择、除冰时作业人员的选择和除冰液类型选择。
人机交互界面是基于工业级平板电脑在Windows CE系统环境下,利用Visual Studio 2008开发环境编写的一个友好界面,便于用户直观地、实时地掌握机场地面保障设备运行状态信息。
4 测试方法与测试结果
4.1 测试方法描述
(1)连通性测试
测试蓝牙收发模块的连通性主要是通过观察蓝牙模块配对信号灯的亮与否来判断[9]。当蓝牙收、发模块建立连接后,蓝牙模块的信号灯都由正在连接时的闪烁变为常亮;否则需要对蓝牙收发模块的设置进行检查。
(2)通信稳定性测试
蓝牙模块通信稳定性测试是根据蓝牙模块配对连通之后,信号灯是否保持常亮来进行判断。如果连通后配对信号灯又产生了闪烁,说明连通的蓝牙收发模块稳定性不好。当蓝牙模块正在进行数据传输时数据传输信号灯会闪烁,无数据传输时此信号灯保持熄灭状态,配对信号灯仍常亮。
4.2 测试结果
测试结果如图5所示。蓝牙接收模块接收到液位、温度和流量的数据包后,根据既定的数据格式进行解包分解出液位、温度和流量信息,将解包后的数据存放至工业级平板电脑的磁盘中保存,同时将采集数据实时地在人机交互界面测试平台中显示。
通过工业级平板电脑对采集数据进行分析,判断飞机除冰液的液位、温度和除冰液喷晒流量是否符合飞机除冰作业的要求和规范,以及设备是否发生漏液故障,同时对除冰液温度和除冰液存储罐中液位上下极限设置灯光报警指示以便及时提醒作业人员,进而为机场地面保障设备的运行监控提供实时的数据信息。
5 结论
本文在机场地面保障应用方面采用低成本的蓝牙无线数据传输方案,实现微处理器与工业级平板电脑的点对点无线通信。根据人机交互界面测试平台显示的实时数据,地面保障人员可以及时跟踪设备状态的数据变化,为实时监控地面保障设备的运行提供依据,进一步提高了机场地面保障设备的作业效率,同时也可增强地面保障设备运行的安全性,从而间接地提高航班正点率。本文所设计的系统为保障设备的数据采集传输提供了一种新思路,具有良好的应用前景。
参考文献
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