放射源远程监控系统研究

代文鹏 陈恒 潘昌鹏 李红波 李楠

摘要：文章介绍了一种放射源远程监控系统，利用STM32F103系列单片机作为主控系统，以4G无线网络通信技术为传输手段，以电脑、手机为客户端，并应用蓝牙模块、WiFi模块、SIM800模块、GPS定位模块、传感器等设备元件，实现对分散于各处的放射源的信息管理、远程定位、在线监控、自动报警等功能设计，该系统加强了在使用、运输、存储等过程中的实时在线安全监控，预防放射源可能发生的丟失、误操作、泄露等管理不善引起的核事故，从而对放射源实施全面有效的远程在线自动监控。

关键词：放射源监控；GPS模块；传感器；上位机；4G通信

随着核技术应用的发展，放射源在石油工业、地矿勘探、医疗、环境、科学研究等领域均得到了广泛应用，但同时由于放射源这种特殊物质对环境和人体具有较大的潜在危害性，放射源的丢失、被盗以及泄露等现象也将造成环境污染和人身伤害等严重安全事故。因此，研究如何针对放射源应用范围r；现场环境各异的特点，加强在使用、运输、存储等过程的远程实时在线安全监控，预防放射源可能发生的丢失、误操作、泄露等管理不善引起的核事故，具有重要的社会意义与应用价值[1]。

1 总体结构框

该放射源远程监控系统由下位机硬件部分和上位机监控系统软件两部分组成，其中下位机硬件部分微处理器采用ARM公司的STM32F103系列单片机，结合SIM800模块，外围电路搭载震动传感器、反射源传感器、摄像头、电源等硬件。上位机软件部分采用面向对象的编程方式，通过LabVIEW和易安卓语言进行了电脑界面开发和APP设计，下位机将采集到的各种数据通过移动4G网络实时发送给上位机，上位机接收数据并显示在监控界面上，当发生意外情况时，下位机给指定用户手机发送报警指示，上位机也做出相应的报警提示[2]，系统总体结构框如图1所示。

2 系统硬件设计

2.1 硬件选取

根据本系统的设计，选取相关硬件，需要一个主控芯片、无线网络芯片、电源电路和一些相应的外部电路[3]。

主控芯片是一个开发板的核心部件，连接和控制板子上的硬件设备工作。本系统充分考虑到了基本性能要求：功耗低、可靠性高、稳定性强、体积小等方面，再结合经济成本方面的考虑，本系统选择的主控芯片是以Cortex-M3系列32位内核，144引脚的STM32F103ZET6系列芯片，该芯片采用了扁平式QFP封装，方便焊接和安装。C。rtex-M3内核使用3级流水线哈佛架构，运用分支预测、单周期乘法和硬件除法功能实现了 1.25 DMIPS/MHz出色的運算效率，且功耗仅为0.19 mW/MHz。另外，该芯片具有良好的片内资源，可以满足一般的外围开发设计。

电源选择：Cortex-M3系列的供电需求是3.3 V，但是一些外围设备需要5 V电源供电。

网络芯片选择：SIM800模块、ESP8266串口Win无线模块。

外围设备选择：包括放射源传感器、蜂鸣器、GPS模块、数个高精度传感器等。

2.2 电源电路及调试电路

低层电路芯片3.3 V供电选用了AMS1117-3.3 芯片，3号引脚Vin为输入电压5 V，2号引脚为固定输出3.3 V电压，程序下载电路选择了J-Link模式下载，并且在数据传输的两端SWDIO/SWCLK各接了两个10 K的电阻，D2为电源指示灯，S2为电源开关。电路如图2所示。

2.3 各传感器连接电路

本系统低层使用了高精度的数据采集传感器，放射源传感器、震动传感器、传感器、干簧管传感器、一氧化碳传感器、液化气传感器、烟雾传感器、热释电传感器、火焰传感理器后做数据处理，来判断是否进行外部控制的输出，由于器等，通过这些高精度的传感器进行放射源定位、辐射剂量考虑到生活中的实际使用性和人性化设计，此处将所有的外采集、现场图像采集、联动报警等[4]，再传递给低层中央处部传感器都通过插针并用导线连接引出，电路如图3所示。

3 系统软件设计

该系统通过LabVIEW和易安卓语言完成上位机的设计，主要包括数据接收和数据处理两大部分。数据接收部分，包含的功能有串口通信、指令发送、数据接收、数据显示、数据存储；在Keil 4开发环境下设计和实现了下位机的运行程序，结合一些函数来实现各个模块对应的功能[5]。

4 测试结果

该系统在STM32F103ZET6核心板、传感器及外部设备等硬件设备支持下，以无线GPRS/4G和WiFi作为传输手段，在LabVIEW和易安卓语言等上位机环境平台下，完成了对系统的整体测试工作，主要分为测试目的、测试环境、性能测试以及测试效果4个部分。整个系统的综合测试结果基本达到了预期目标，测试效果如图4所示。

5 结语

本文介绍并设计了一种放射源远程监控系统，该系统分为下位机硬件部分和上位机监控系统软件两部分，该系统设计加强了在使用、运输、存储等过程中的实时在线安全监控，预防放射源可能发生的丢失、误操作、泄露等管理不善引起的核事故，具有高效、便捷、可靠的优点，具有很高的实际应用价值与市场前景。

[参考文献]

[1]徐霖.基于ARM11的嵌入式无线监控系统的研究与实现[D].武汉：武汉科技大学，2012.

[2]韩颖.基于无线传感器网络得室内环境监控系统[D].沈阳：沈阳工业大学，2014.

[3]王婷婷.基于STM32W的智能环境监控系统的研制[D].镇江：江苏科技大学，2015.

[4]张占军，陈诗伟.智能家居系统的无线控制方案设计[J].科教导刊，2015（1）：160-161.

[5]严立.基于Wi-Fi的智能家居中控制器的设计和实现[D].成都：电子科技大学，2015.