基于MSP430和LcoRE6的无线辐射监控系统设计

摘要：介绍了一种利用高性能MSP430单片机和LcoRE6系列OEM无线收发模块构成的无线辐射监控系统设计方法，对其中的主从机架构、无线通信方式和系统运行流程等进行了探讨。该系统具有成本低、可靠性好以及便于实际工程实施等优点，可快速构成由点及面的分布式区域辐射监控系统。
关键词：MSP430；LcoRE6；IPORT；无线监控

目前，在冶金、石油等企业的生产过程中普遍使用大量放射源，由于部分放射源活度较大，有可能对作业人员造成伤害，因此必须对射源周边的辐射剂量进行实时可靠的监控。此外，矿厂的作业现场环境一般比较恶劣且厂区面积较大，所以有线方式监控不能满足现实要求，而无线辐射监控系统则可以很好的进行无缝式区域辐射监控。

1 系统总体方案设计
系统采用模块化设计思想，主要包括高压电路、MSP430F149微处理器、IPORT以太网转串口模块、LcoRE6无线收发模块、上位机监控等部分组成。总体框图如图1所示。

GM计数管是探测辐射射线的常见元件，其管内充以惰性气体和少量有机气体。工作时，两极间加上适当的直流高压，射线粒子射入管内使气体电离，电子运动的过程中，受到强电场的加速，与许多分子碰撞电离产生大量电子，它们聚集后在外电路中形成可以计数的电压脉冲。
系统的整体工作原理是：探头部分的高压电路产生450v左右的直流高压，使得GM计数管在辐射射线的作用下产生脉冲信号。脉冲信号被送入MSP430F149微处理器的计数口进行计数，经过数学转换得出辐射剂量值并通过无线模块将数据发送到主机。主机的LcoRE6无线收发模块接收到探头无线模块发送过来的辐射剂量值，经过处理器处理后在LCD液晶上显示出来，数据同时由IPORT以太网转串口模块通过网线发送到上位机监控端。上位机除了查询显示剂量值外，还可以设置相应探头的报警阈值以及分布式探头编号的增加和删除。从而实现直观的人机交互监控。

2 无线收发模块设计
系统采用夏瑞科技公司的LcoRE6无线收发模块。该模块具有体积小、超低功耗、发射距离较远(300米内)、工作于免许可证频段、组网灵活等优点。可轻松实现点对点、点对多点、广播和Ad-Hoc网络等组网方式。
模块独有的Ad-hoc网络技术为重要数据的传输提供了快速、可靠的无线网络，使用户可以建立完全自适应和可升级、可扩展的应用系统。Ad-Hoc路由协议是专为多跳的无线传感器网络而设计的，网络中数百个传感器节点可以实时与控制中心进行数据通信。网络中的每个节点都可以为网络中的其它节点转发数据，接收到损坏的数据包时节点可以进行检测并丢弃错误的数据包。
2．1 无线模块配置
配置LcoRE6模块的基本流程如图2所示。

(1)查看当前模块工作模式：AT命令为AT$B?，返回结果0为主机模式，返回结果1为从机模式。在实际应用中，数据采集探头部分无线模块设置为从机模式，命令为AT$B=1。主机部分无线模块设置为主机模式，命令为AT$B=0。
(2)查看当前网络ID：AT命令为ATI?，返回结果即为当前网络ID号。为了使同一网络中的设备能够正常通信，免受其他网络设备对本网络的数据干扰，同一网络中的所有设备无线模块应该设置为同一ID号码。修改ID的AT命令为ATI=参数值。
2．2 无线模块外围接法
由于LcoRE6模块采用串行UART数据接口技术，使得其外围电路十分简单，通信口只需占用单片机的一个串口，两个引脚，十分便于集成。而且通过其特有的休眠(WAKE)引脚，可方便的设置工作于低功耗模式，如图3所示。

3 主机与上位机通信模块设计
由于辐射监控系统的特殊性，需要建立一个远程监控平台以便于能够实时直观的监控。通过周立功IPort以太网转串口模块将监控主机连入因特网，我们便可以方便的在任何地方查询和监控。
IPort串口设备联网服务器是具有RJ45的以太网串口转换模组，内部集成TCP／IP协议栈，提供全面的网络解决方案，可工作于TCP Serv er，TCPClient，UDP和Real Com等模式下，目标IP和端口均可设置。利用它可以轻松完成嵌入式设备的网络功能。其外围电路接口十分简单，如图4所示。

4 系统软件设计
系统上电后，系统进行I／O口和液晶初始化，然后读取存储芯片24c64中存储的探头编号和数目，主机通过无线通信方式依次向这些探头询问数据，探头应答从而进入数据采集程序，接着进行ERR、阈值、掉线三种报警状态判断。系统的主要流程图如图5所示。

5 上位机监控端
主机通过IPORT嵌入式以太网转串口模块和PC服务器通信，然后监控人员通过因特网登录服务器网页，查询相应探头采集的数据。服务器实时查询并存储监控剂量值，从而可以获得年月日多种统计数据。图6所示为实际项目中系统的1号监控点的数据监测曲线图。其中纵坐标代表监测值，横坐标代表监测时间点。如果某时刻监控数据大于报警上限，则系统自动对监控人员发出报警信号。