當(dāng)前,，作為航空運(yùn)輸重要基礎(chǔ)設(shè)施的機(jī)場(chǎng)不僅僅是航空運(yùn)輸?shù)钠瘘c(diǎn)和終點(diǎn),，更是現(xiàn)代城市重要的交通樞紐。安全是民航發(fā)展的基石，也是民航一切工作的基礎(chǔ)。伴隨智能視頻分析技術(shù)逐漸在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，視頻感知也逐漸成為物聯(lián)網(wǎng)最重要的應(yīng)用,。配合傳統(tǒng)的報(bào)警、門(mén)禁系統(tǒng)的應(yīng)用,，物聯(lián)網(wǎng)安防應(yīng)用在機(jī)場(chǎng)建設(shè)中的作用越來(lái)越明顯,，提高了機(jī)場(chǎng)的服務(wù)水平^[1-2]。

國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)安檢部門(mén)在運(yùn)營(yíng)當(dāng)中對(duì)于安檢門(mén)使用的功能過(guò)于單一,，如能對(duì)安檢門(mén)遠(yuǎn)程控制并將檢測(cè)數(shù)據(jù)信息統(tǒng)計(jì)分析,，可以大大提高管理效率。傳統(tǒng)的工業(yè)控制常采用有線(xiàn)傳輸系統(tǒng),，這種方式需要在現(xiàn)場(chǎng)布置大量的導(dǎo)線(xiàn)和電纜,，安裝、拆除復(fù)雜,、靈活性差^[3],。在機(jī)場(chǎng)環(huán)境下不允許如此復(fù)雜的設(shè)施鋪設(shè)，需要盡可能簡(jiǎn)單的硬件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)功能要求,。采用無(wú)線(xiàn)通訊的方式能夠省去有線(xiàn)電纜的鋪設(shè),，簡(jiǎn)化硬件組成，提高可行性,。目前在無(wú)線(xiàn)通訊方式中采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信是最方便,、快捷的，由于不同的公司在通訊中采用的標(biāo)準(zhǔn)各不相同,，產(chǎn)品之間的通訊常常不能兼通^[4]。為了實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)的遠(yuǎn)程控制方式,，同時(shí)滿(mǎn)足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn),，本文將工業(yè)控制中的Modbus協(xié)議經(jīng)過(guò)改進(jìn)與無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)上位控制機(jī)按Modbus改進(jìn)協(xié)議與下位信號(hào)采集處理模塊的信息無(wú)線(xiàn)交互,，同時(shí)在上位機(jī)使用Labview虛擬儀器軟件制作人機(jī)對(duì)話(huà)窗口,，形成一套功能完整的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

針對(duì)機(jī)場(chǎng)中安檢門(mén)的位置是固定不變的,，各通道之間的距離不長(zhǎng)的特點(diǎn),，系統(tǒng)選用距離在200m左右的無(wú)線(xiàn)通信方式即可以滿(mǎn)足要求。常用的短距離無(wú)線(xiàn)通訊方式有兩種：IrDA(infrareddataassociation)紅外技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)和工作于ISM(industrialscientificmedical)頻段的射頻技術(shù)(RF)技術(shù)^[5],。紅外技術(shù)存在方向性強(qiáng),、不能有遮蓋物、通信距離短,、缺點(diǎn),；與普通RF技術(shù)比，藍(lán)牙和HomeRF技術(shù)復(fù)雜度高,，軟硬件設(shè)計(jì)及其協(xié)議編程容易出錯(cuò),。因此系統(tǒng)選擇了挪威NORDIC公司的nRF905無(wú)線(xiàn)芯片，其具有低功耗,、低成本,、可配置、設(shè)計(jì)編程簡(jiǎn)單,、開(kāi)發(fā)時(shí)間較短等優(yōu)點(diǎn),。

系統(tǒng)主要由主控PC機(jī)及若干個(gè)安檢門(mén)分機(jī)采集模塊組成，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示,，本文以基于RF技術(shù)的nRF905無(wú)線(xiàn)通信板作為安檢門(mén)分機(jī)設(shè)備與上位控制機(jī)信息交互的連接點(diǎn),，nRF905無(wú)線(xiàn)通訊板可經(jīng)過(guò)MAX232轉(zhuǎn)化后與PC機(jī)直接串行通訊，通訊協(xié)議采用改進(jìn)的Modbus協(xié)議作為標(biāo)準(zhǔn),。上位機(jī)利用Labview內(nèi)嵌的WebServer功能,，將包含安檢門(mén)狀態(tài)、通過(guò)人數(shù)及報(bào)警次數(shù)等信息的交互界面發(fā)布到局域網(wǎng)Web上,，局域網(wǎng)內(nèi)的各客戶(hù)端在Web網(wǎng)頁(yè)上向本地主機(jī)請(qǐng)求控制安檢門(mén)的操作,，實(shí)現(xiàn)對(duì)安檢門(mén)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2 系統(tǒng)硬件原理設(shè)計(jì)

2.1 nRF905無(wú)線(xiàn)通訊電路

nRF905無(wú)線(xiàn)收發(fā)器能工作在433/868/915MHz共3個(gè)頻道下,，各頻道之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間僅需要650μs,；同時(shí)具有512個(gè)通訊頻道，滿(mǎn)足多點(diǎn)通訊,、分組及跳頻等應(yīng)用需求,；使用無(wú)增益的天線(xiàn)，傳輸距離即可達(dá)到200m的傳輸距離,，可改裝為帶增益的天線(xiàn),，傳輸距離高達(dá)1km，滿(mǎn)足不同用戶(hù)的需求,；最高支持50kpbs傳輸速率,，足以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需求；驅(qū)動(dòng)電路由3部分組成,，TRX_CE,、PWR及TX_EN構(gòu)成了模式接口,，用來(lái)定義通訊電路的工作模式；SCK,、MISO,、MOSI及CSN構(gòu)成SPI接口，用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸參數(shù)的設(shè)置和控制,；AM,、CD及DR構(gòu)成了狀態(tài)接口，用來(lái)檢測(cè)信號(hào)輸出,。無(wú)線(xiàn)通訊板的接口原理電路如圖2所示,，使用STC11L04E作為nRF905模塊的控制單元，P1口和P3口用來(lái)驅(qū)動(dòng)nRF905芯片所需要的驅(qū)動(dòng)信號(hào),，其小體積的特點(diǎn)能夠使通訊板集成在很小的電路板上,。系統(tǒng)為拓展該通訊板的使用功能，采用STC11L04E單獨(dú)驅(qū)動(dòng)nRF905的方式,，不進(jìn)行其它外圍電路控制,，需要發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)通過(guò)串行Rxd和Txd引口外設(shè)得到，因此該通訊板可以在其它系統(tǒng)中通用,，只需將Rxd和Txd接到其它控制器上,，就能夠發(fā)送控制器中需要發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，提高了該通訊板的多用性,。

2.2 信號(hào)采集調(diào)理電路

該電路部分的主要功能用來(lái)對(duì)安檢門(mén)的狀態(tài)信號(hào),、通往人數(shù)及報(bào)警信號(hào)的采集，并通過(guò)串行數(shù)據(jù)口Txd發(fā)送到nRF905通信板,；同時(shí)經(jīng)Rxd接收通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信板接收到的上位機(jī)的命令報(bào)文做出相應(yīng)的動(dòng)作,。電路原理如圖3所示。采集調(diào)理電路以STC89C52RC單片機(jī)作為控制芯片,，采用中斷觸發(fā)的方式用來(lái)采集紅外對(duì)射管信號(hào)的變化,，在單片機(jī)內(nèi)部完成信號(hào)的計(jì)數(shù)和存儲(chǔ)，其數(shù)值即為通過(guò)人數(shù),；在不破換安檢門(mén)原有電路的基礎(chǔ)上,，將蜂鳴器信號(hào)經(jīng)過(guò)CD40106是施密特觸發(fā)器整形為標(biāo)準(zhǔn)的矩形信號(hào)，然后通過(guò)74HC121組成的單穩(wěn)觸發(fā)器電路,，設(shè)置延時(shí)時(shí)間為2s,，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)警信號(hào)的計(jì)數(shù)；由于安檢門(mén)的電源是交流220V供電方式,，因此需要采用低壓控制高壓的方法，系統(tǒng)選用SSR05DA固態(tài)繼電器,，控制電壓為3~24V直流電壓,，過(guò)載電壓為24~380V的交流電壓,，通過(guò)控制P1.0和撥動(dòng)開(kāi)關(guān)接連三極管開(kāi)關(guān)電路的基極，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電路的導(dǎo)通/閉合,，最后通過(guò)邏輯或門(mén),，達(dá)到控制電壓的目的；同時(shí)在P1.1與固態(tài)繼電器的控制電壓端接連到一起,，用來(lái)判斷安檢門(mén)的工作狀態(tài),。

3 基于Modbus的通訊協(xié)議

Modbus協(xié)議是工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中常用的一種協(xié)議，同時(shí)作為一種標(biāo)準(zhǔn)的串口通信協(xié)議,，支持標(biāo)準(zhǔn)的RS-232C串行接口,，在RS232協(xié)議基礎(chǔ)上規(guī)定了消息、數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu),、命令和應(yīng)答的方式,，并采用主/從的數(shù)據(jù)通訊方式。Modbus協(xié)議通訊格式包括ASCII,、RTU及TCP等,，RTU格式由于傳輸效率高被廣泛采用^[6-7]，標(biāo)準(zhǔn)的Modbus(RTU)數(shù)據(jù)幀格式如表1所示,。

本文在采用串行鏈路Modbus(RTU)模式協(xié)議的基礎(chǔ)上,，結(jié)合系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用，更改了數(shù)據(jù)幀格式結(jié)構(gòu),。通信傳輸?shù)膱?bào)文幀格式如下：

CRTU—SK0,、ADX、FC0,、D0,、CRC

RRTU—SK1、AD1,、D0,、D1、D2,、CRC

其中CRTU表示上位控制機(jī)發(fā)送到下位分機(jī)的控制命令報(bào)文,，SK0表示起始標(biāo)志，定義為0xFF,；ADX表示目的地址,，即各分機(jī)的本地地址，取值范圍在1~253,，地址254表示廣播報(bào)文,，每個(gè)分機(jī)都接聽(tīng)報(bào)文；FC0表示功能選項(xiàng),，設(shè)定0x00為初始化,，使下位機(jī)的內(nèi)部寄存器,、計(jì)數(shù)器清零操作及時(shí)鐘復(fù)位計(jì)時(shí)，設(shè)定0x01為遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)機(jī)指令,；D0表示數(shù)據(jù),，在本文中數(shù)據(jù)為二進(jìn)制8位，設(shè)定0x00為關(guān)機(jī),，0x01為開(kāi)機(jī),；CRC表示校驗(yàn)結(jié)果，在發(fā)送端采用CRC=ADX-FC0-D0的方法計(jì)算并發(fā)送,。

RRTU表示上位控制機(jī)接收的來(lái)自各分機(jī)的狀態(tài)信息報(bào)文,，SK1表示起始標(biāo)志，定義為0xFF,；AD1表示發(fā)送端分機(jī)的地址,；D0表示通過(guò)人數(shù)的數(shù)據(jù)；D1表示報(bào)警次數(shù)的數(shù)據(jù),；D2表示當(dāng)前的開(kāi)關(guān)機(jī)狀態(tài),；CRC表示校驗(yàn)結(jié)果，在各發(fā)送端采用CRC=AD1^D0^D1^D2的計(jì)算方法得到,，接收端接收數(shù)據(jù)幀后重新計(jì)算CRC,，此校驗(yàn)稱(chēng)為二次校驗(yàn)，若與接收到的CRC不符,，則表示通訊失敗,。

4 軟件程序設(shè)計(jì)

4.1 nRF905的通訊設(shè)計(jì)

在無(wú)線(xiàn)通訊過(guò)程中，報(bào)文的格式應(yīng)嚴(yán)格按照上文中的幀格式,，能夠降低誤碼率,，上位機(jī)和分機(jī)才能夠按照編寫(xiě)好的程序?qū)?shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行解析判斷。在硬件設(shè)計(jì)當(dāng)中已規(guī)定了使用STC11L04E單片機(jī)驅(qū)動(dòng)nRF905工作,，并定義了管腳功能,。使用Rxd和Txd接收和發(fā)送分機(jī)中控制器的報(bào)文信息。圖4為通訊板發(fā)送報(bào)文流程圖,。

當(dāng)分機(jī)控制器將采集的安檢門(mén)的信息通過(guò)串口Txd發(fā)送出去時(shí),，通訊板的Rxd作為接收端接收到信號(hào)，表示有數(shù)據(jù)需要發(fā)送,，此時(shí)STC11L04E先接收數(shù)據(jù),，此時(shí)的數(shù)據(jù)為分機(jī)控制器中按照Modbus協(xié)議數(shù)據(jù)幀格式打包的報(bào)文，先對(duì)報(bào)文解析,，根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)調(diào)用CRC函數(shù)計(jì)算CRC,，比較接收到的CRC來(lái)判斷接收?qǐng)?bào)文的正確性，此過(guò)程文中定義為一次校驗(yàn),。后將TRX_CE和TX_EN置為高電平,，激發(fā)nRF905模塊到射頻發(fā)送模式,，直至到TRX_CE為0時(shí)表示發(fā)送過(guò)程完畢，回到空閑狀態(tài)[8],。接收?qǐng)?bào)文流程與發(fā)送報(bào)文流程相似，只將TRX_CE,、TX_EN及PWR_UP按照接收模式驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電勢(shì)即可,。

4.2 系統(tǒng)程序流程

在串行鏈路主/從式通訊結(jié)構(gòu)中，上位機(jī)常采用輪詢(xún)各節(jié)點(diǎn)的方式^[7],。本文考慮到大部分機(jī)場(chǎng)中安檢門(mén)通常在10臺(tái)以下這一特點(diǎn),，分機(jī)數(shù)量不大，采用輪詢(xún)機(jī)制足以滿(mǎn)足系統(tǒng)要求,。當(dāng)各分機(jī)接收到上位控制機(jī)發(fā)送的控制命令報(bào)文時(shí),，均以報(bào)文響應(yīng)的方式回應(yīng)，以此用于判斷通訊鏈路是否通暢,。系統(tǒng)程序流程如圖5所示,。

各分機(jī)在接收到控制命令報(bào)文后對(duì)報(bào)文解析，首先通過(guò)判斷起始位是否正確,，來(lái)確認(rèn)報(bào)文的可靠性,；然后查看地址信息，若為254則報(bào)文為廣播報(bào)文,，所有的分機(jī)都需要執(zhí)行這條指令報(bào)文,，若地址值不為廣播地址時(shí)，判斷地址值與分機(jī)本地地址是否一致,，一致時(shí)解析功能值和數(shù)據(jù)值,，不一致則丟棄該報(bào)文；最后,，分機(jī)根據(jù)解析的報(bào)文計(jì)算CRC值與接收到的CRC值比較,，若一致則執(zhí)行命令，并發(fā)送應(yīng)答碼到上位控制機(jī),，完成控制命令報(bào)文的發(fā)送,。

4.3 上位機(jī)交互程序

本文在應(yīng)用層開(kāi)發(fā)使用的是NI公司的Labview軟件，Labview作為一個(gè)專(zhuān)為測(cè)試測(cè)量設(shè)計(jì)的編程語(yǔ)言,，使用圖形化的編程方式,，已逐漸成為測(cè)試測(cè)量行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的軟件平臺(tái)。系統(tǒng)采用VISA的方式實(shí)現(xiàn)串行通信,，首先需要調(diào)用VISACon-figureSerialPort函數(shù)對(duì)串口參數(shù)配置,，包括串口資源分配、波特率,、數(shù)據(jù)位,、停止位,、校驗(yàn)位和流控等，在初始化配置成功后使用VISAWrite函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù),，VISARead函數(shù)接收數(shù)據(jù),，后將接收到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)組當(dāng)中，方便后續(xù)函數(shù)調(diào)用^[9],。上位機(jī)在接收到主控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)信息,，一方面在本機(jī)的Labview人機(jī)交互界面上實(shí)時(shí)監(jiān)控狀態(tài)信息；另一方面使用Labview內(nèi)嵌的WebServer將交互界面上傳到Web上,，在工作局域網(wǎng)上的客戶(hù)端可以在Web上看到安檢門(mén)設(shè)備的狀態(tài)信息,，但在同一時(shí)刻，只有一個(gè)用戶(hù)具有控制權(quán)限,，其余用戶(hù)只能在遠(yuǎn)程面板查看監(jiān)測(cè),。配置WebServer的流程如圖6所示。

配置完WebServer后,，點(diǎn)擊Labview中的Tools菜單中WebPublisingTool選項(xiàng),，設(shè)定用戶(hù)需要的必要選項(xiàng)；然后可單擊PreviewinBrowser預(yù)覽發(fā)布網(wǎng)頁(yè)的運(yùn)行效果,；在各設(shè)置都符合自己要求后,，點(diǎn)擊SavetoDisk保存HTML文件；最后點(diǎn)擊StartWebServer將交互界面發(fā)送到網(wǎng)頁(yè)Web之上^[4,，10],。

5 模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果

系統(tǒng)在安檢實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)應(yīng)用，分別對(duì)實(shí)驗(yàn)室中的4臺(tái)安檢門(mén)上加裝系統(tǒng)所需要的電子元件模塊,，將改動(dòng)后的安檢門(mén)稱(chēng)為分機(jī),，在上位控制機(jī)中使用Windows系統(tǒng)下的Labview軟件設(shè)計(jì)交互界面，并在組建的局域網(wǎng)中通過(guò)共享Web方式實(shí)現(xiàn)安檢門(mén)的遠(yuǎn)程監(jiān)控,。局域網(wǎng)中的各客戶(hù)端采用請(qǐng)求的方式向管理員主機(jī)索要控制權(quán)限,，同一時(shí)間內(nèi)只有一個(gè)客戶(hù)可以工作在控制模式，當(dāng)不需要控制系統(tǒng)動(dòng)作時(shí),，將控制權(quán)限釋放歸還給管理員主機(jī),，按請(qǐng)求時(shí)間先后的順序再給下一個(gè)客戶(hù)。經(jīng)過(guò)不斷的調(diào)試驗(yàn)證,，已經(jīng)能夠在實(shí)驗(yàn)室中順利操作運(yùn)行,，Web遠(yuǎn)程監(jiān)控界面如圖7所示。

該監(jiān)控軟件系統(tǒng)包括兩層結(jié)構(gòu),，主界面和各分機(jī)操作界面,。在主界面中同時(shí)顯示4個(gè)安檢門(mén)的主要信息參數(shù)和開(kāi)關(guān)操作命令。當(dāng)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)打到ON的位置時(shí)，啟動(dòng)安檢門(mén)同時(shí)狀態(tài)指示燈會(huì)發(fā)亮,，如果狀態(tài)指示燈發(fā)暗表示安檢門(mén)出現(xiàn)了故障,；有人通過(guò)時(shí)，通過(guò)指示燈發(fā)亮,；有人攜金屬物品通過(guò)時(shí),，報(bào)警指示燈發(fā)亮；同時(shí)通過(guò)報(bào)警率指示盤(pán)能形象的顯示出各個(gè)安檢門(mén)的報(bào)警率,，有利于工作人員對(duì)報(bào)警率高的安檢門(mén)進(jìn)行排查或者重點(diǎn)檢查,。

6 結(jié)論

本文在分析了目前機(jī)場(chǎng)安檢設(shè)備中安檢門(mén)使用率低的現(xiàn)狀，研究了一種基于安檢門(mén)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),，分別對(duì)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、主要硬件模塊設(shè)計(jì)及軟件程序流程做出了闡述,。系統(tǒng)在工業(yè)Modbus協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)上進(jìn)行了改進(jìn),，并將改進(jìn)的協(xié)議與無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)相結(jié)合，優(yōu)化了設(shè)備資源,。軟件中使用Labview中的Web功能,，將人機(jī)控制界面發(fā)布到局域網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)了安檢門(mén)信息在局域網(wǎng)中遠(yuǎn)程監(jiān)控,，使安檢門(mén)的使用特性得到了跨越提高,。系統(tǒng)在安檢實(shí)驗(yàn)室多次應(yīng)用操作，驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性和穩(wěn)定性,，再加以改進(jìn)可以在機(jī)場(chǎng)中實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn),，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí),，以該系統(tǒng)為基礎(chǔ)可以把其他安檢設(shè)備根據(jù)不同的功能需求逐漸加入到該網(wǎng)絡(luò)中,，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的整合管理，提高機(jī)場(chǎng)安檢工作部門(mén)的工作效率,。