摘  要： 針對(duì)機(jī)場(chǎng)地面保障設(shè)備運(yùn)行狀況依靠人工觀察所帶來的問題，設(shè)計(jì)了一種基于藍(lán)牙技術(shù)的機(jī)場(chǎng)保障設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)保障設(shè)備在線監(jiān)測(cè)，及時(shí)高效地完成機(jī)場(chǎng)保障任務(wù)。系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)兩部分組成：微處理器作為下位機(jī)的控制系統(tǒng)，將采集的機(jī)場(chǎng)保障設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息處理后送入藍(lán)牙模塊進(jìn)行無線發(fā)送；工業(yè)級(jí)平板電腦及人機(jī)交互界面作為上位機(jī)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，完成采集數(shù)據(jù)的接收、存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)顯示。通過藍(lán)牙模塊無線傳輸實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)交互，利用人機(jī)交互界面實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。

　　關(guān)鍵詞： 藍(lán)牙技術(shù)；數(shù)據(jù)采集；微處理器；在線監(jiān)測(cè)

0 引言

　　隨著我國民用航空業(yè)的快速發(fā)展，民航機(jī)場(chǎng)航班起降頻次更加頻繁，相應(yīng)地，機(jī)場(chǎng)地面保障設(shè)備數(shù)量和運(yùn)行時(shí)間也逐步增多[1]。高效、合理地調(diào)度機(jī)場(chǎng)地面保障設(shè)備，這對(duì)機(jī)場(chǎng)地面保障技術(shù)提出了極大的挑戰(zhàn)。

　　現(xiàn)行的地面保障設(shè)備（飛機(jī)牽引車、加油車和除冰車等）運(yùn)行狀況主要依靠操作人員人工報(bào)告，這種方式容易造成信息誤報(bào)、遺漏等缺陷，且對(duì)設(shè)備的運(yùn)行不能在線監(jiān)測(cè)和及時(shí)報(bào)告，無疑降低了設(shè)備的正常率和對(duì)航班的保障水平[2]。面對(duì)這種狀況，機(jī)場(chǎng)地面保障人員迫切需要一種能在線監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀況并能自動(dòng)報(bào)告的設(shè)備。

　　本文提出基于藍(lán)牙技術(shù)的機(jī)場(chǎng)保障設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)實(shí)時(shí)信息的獲取、數(shù)據(jù)的傳輸方法以及人機(jī)交互界面的在線監(jiān)控進(jìn)行研究。

1 總體結(jié)構(gòu)與功能描述

　　本文提出一種以工業(yè)級(jí)平板電腦為上位機(jī)的便攜式機(jī)場(chǎng)地面保障設(shè)備運(yùn)行的數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)，在微處理器為下位機(jī)的邏輯控制下，利用傳感器完成數(shù)據(jù)的采集，運(yùn)用FBT-06系列藍(lán)牙模塊將采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦I(yè)級(jí)平板電腦。同時(shí)，工業(yè)級(jí)平板電腦可以根據(jù)需要發(fā)送一些控制命令，將所接收的采集信息在人機(jī)交互界面中實(shí)時(shí)顯示，保障人員通過人機(jī)交互界面的采集信息對(duì)地面保障設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)控，進(jìn)而對(duì)地面保障設(shè)備進(jìn)行調(diào)度和管理。

　　從總體結(jié)構(gòu)上看，數(shù)據(jù)采集裝置包括硬件設(shè)備和軟件控制兩大部分。硬件設(shè)備部分包括3種傳感器模塊、微處理器、FBT-06系列藍(lán)牙發(fā)送及接收模塊和工業(yè)級(jí)平板電腦。軟件控制部分包括采集數(shù)據(jù)處理程序、藍(lán)牙收發(fā)模塊無線通信和人機(jī)交互界面測(cè)試平臺(tái)程序的編寫。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)[3]如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)硬件主要有傳感器、信號(hào)調(diào)理、藍(lán)牙模塊、微處理器和工業(yè)級(jí)平板電腦。液位傳感器和溫度傳感器都用于采集飛機(jī)除冰液儲(chǔ)存罐的液位和溫度，流量傳感器用于采集飛機(jī)除冰作業(yè)時(shí)噴曬除冰液的流量采集。

　　2.1 數(shù)據(jù)采集

　　如圖2所示，傳感器采集到的模擬信號(hào)經(jīng)調(diào)理電路轉(zhuǎn)換成0～2 V的電壓信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換后將信號(hào)傳送到微處理器，獲取除冰液的液位、溫度和噴曬除冰液的流量信息。最后在微處理器邏輯控制下將液位、溫度和流量數(shù)據(jù)信息打包[4]，通過微處理器串口與藍(lán)牙發(fā)送模塊之間的接口電路將數(shù)據(jù)包傳送至藍(lán)牙發(fā)送模塊，準(zhǔn)備數(shù)據(jù)發(fā)送。

　　2.2 藍(lán)牙發(fā)送與接收模塊

　　藍(lán)牙技術(shù)是一種大容量近距離無線數(shù)字通信技術(shù)規(guī)范[5]，其有效半徑約為10 m，最大可達(dá)100 m，可同時(shí)傳輸語音和數(shù)據(jù)信息，有很好的抗干擾能力且功耗低。

　　兩個(gè)藍(lán)牙模塊進(jìn)行通信連接時(shí)，設(shè)定上位機(jī)側(cè)的藍(lán)牙接收模塊為主節(jié)點(diǎn)，下位機(jī)側(cè)的藍(lán)牙發(fā)送模塊為從節(jié)點(diǎn)。本文微處理器與藍(lán)牙發(fā)送模塊之間采用UART接口進(jìn)行通信，而工業(yè)級(jí)平板電腦與藍(lán)牙接收模塊之間采用的是RS232接口進(jìn)行通信。UART接口和RS232接口都采用串行通信，UART接口通信針對(duì)的是藍(lán)牙芯片和主機(jī)在同一塊印制電路板上的情況，而RS232接口通信支持的是藍(lán)牙芯片和位于不同實(shí)體中的主機(jī)進(jìn)行通信的情況[6-7]，距離較遠(yuǎn)。圖3所示為藍(lán)牙模塊連接示意圖。

　　FBT-06采用CMOS電平設(shè)計(jì)，而工業(yè)級(jí)平板電腦采用RS232電平，二者不可直接連接，需要工業(yè)級(jí)平板電腦與藍(lán)牙接收模塊之間接口電路實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，本文使用MAX3232實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。

　　2.3 工業(yè)級(jí)平板電腦

　　工業(yè)級(jí)平板電腦選用GT6805嵌入式主機(jī)，三星公司推出的高性能低成本處理器S3C2416，內(nèi)核為ARM926EJ，支持運(yùn)行WINCE 6.0/LINUX操作系統(tǒng)。嵌入式主機(jī)對(duì)外端口USB和RS232等已經(jīng)集成在主板，適合應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備控制和需要進(jìn)行人機(jī)交互界面的應(yīng)用。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)部分：傳感器采集3種物理量后的采集數(shù)據(jù)處理軟件設(shè)計(jì)和人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)。

　　3.1 采集數(shù)據(jù)處理軟件設(shè)計(jì)

　　采集數(shù)據(jù)處理軟件主要任務(wù)是：準(zhǔn)確地讀取經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后的液位、溫度和流量信息，并將這3種采集信息進(jìn)行數(shù)據(jù)打包，然后在微處理器的控制下通過藍(lán)牙發(fā)送模塊發(fā)送數(shù)據(jù)包。

　　微處理器在單線程的工作方式下要完成液位、溫度和流量信號(hào)的處理，因完成液位、溫度和流量數(shù)據(jù)處理所消耗的時(shí)間不同，為此，本文采用定時(shí)中斷分配各個(gè)任務(wù)的處理時(shí)間[4-8]。

　　圖4為采集數(shù)據(jù)處理程序流程圖。其中圖4（a）為主程序流程圖，主程序主要完成數(shù)據(jù)的打包和數(shù)據(jù)的發(fā)送。主程序初始化主要完成串口初始化、時(shí)鐘初始化、A/D初始化，將中斷標(biāo)志位zdflag定義成全局變量、無符號(hào)型且初始值z(mì)dflag=0，以及一些寄存器的設(shè)置工作。zdflag=0時(shí)讀取溫度傳感器DS18B20的數(shù)據(jù)，其輸出為數(shù)字量，無需進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。圖4（b）為中斷服務(wù)程序流程圖，主要完成對(duì)3個(gè)物理量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集，通過設(shè)置和讀取中斷標(biāo)志位zdflag的值判斷出溫度、液位和流量數(shù)據(jù)是否都得到準(zhǔn)確處理，進(jìn)而完成相應(yīng)的操作。

　　3.2 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

　　人機(jī)交互界面主要包括兩個(gè)部分：數(shù)據(jù)信息顯示和用戶輸入設(shè)置。數(shù)據(jù)信息顯示部分用于將采集的數(shù)據(jù)信息在人機(jī)交互界面中實(shí)時(shí)顯示，包括：除冰液液位、溫度和除冰液噴曬時(shí)的流量顯示，液位、溫度上下限指示及設(shè)備漏液故障指示。而用戶輸入設(shè)置部分用于除冰液安全液位上下限和最佳除冰液溫度上下限范圍的設(shè)定，以及其他操作指令的設(shè)置，如除冰車車號(hào)選擇、除冰時(shí)作業(yè)人員的選擇和除冰液類型選擇。

　　人機(jī)交互界面是基于工業(yè)級(jí)平板電腦在Windows CE系統(tǒng)環(huán)境下，利用Visual Studio 2008開發(fā)環(huán)境編寫的一個(gè)友好界面，便于用戶直觀地、實(shí)時(shí)地掌握機(jī)場(chǎng)地面保障設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息。

4 測(cè)試方法與測(cè)試結(jié)果

　　4.1 測(cè)試方法描述

　　（1）連通性測(cè)試

　　測(cè)試藍(lán)牙收發(fā)模塊的連通性主要是通過觀察藍(lán)牙模塊配對(duì)信號(hào)燈的亮與否來判斷[9]。當(dāng)藍(lán)牙收、發(fā)模塊建立連接后，藍(lán)牙模塊的信號(hào)燈都由正在連接時(shí)的閃爍變?yōu)槌Ａ粒环駝t需要對(duì)藍(lán)牙收發(fā)模塊的設(shè)置進(jìn)行檢查。

　　（2）通信穩(wěn)定性測(cè)試

　　藍(lán)牙模塊通信穩(wěn)定性測(cè)試是根據(jù)藍(lán)牙模塊配對(duì)連通之后，信號(hào)燈是否保持常亮來進(jìn)行判斷。如果連通后配對(duì)信號(hào)燈又產(chǎn)生了閃爍，說明連通的藍(lán)牙收發(fā)模塊穩(wěn)定性不好。當(dāng)藍(lán)牙模塊正在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)燈會(huì)閃爍，無數(shù)據(jù)傳輸時(shí)此信號(hào)燈保持熄滅狀態(tài)，配對(duì)信號(hào)燈仍常亮。

　　4.2 測(cè)試結(jié)果

　　測(cè)試結(jié)果如圖5所示。藍(lán)牙接收模塊接收到液位、溫度和流量的數(shù)據(jù)包后，根據(jù)既定的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行解包分解出液位、溫度和流量信息，將解包后的數(shù)據(jù)存放至工業(yè)級(jí)平板電腦的磁盤中保存，同時(shí)將采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地在人機(jī)交互界面測(cè)試平臺(tái)中顯示。

　　通過工業(yè)級(jí)平板電腦對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷飛機(jī)除冰液的液位、溫度和除冰液噴曬流量是否符合飛機(jī)除冰作業(yè)的要求和規(guī)范，以及設(shè)備是否發(fā)生漏液故障，同時(shí)對(duì)除冰液溫度和除冰液存儲(chǔ)罐中液位上下極限設(shè)置燈光報(bào)警指示以便及時(shí)提醒作業(yè)人員，進(jìn)而為機(jī)場(chǎng)地面保障設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)控提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)信息。

5 結(jié)論

　　本文在機(jī)場(chǎng)地面保障應(yīng)用方面采用低成本的藍(lán)牙無線數(shù)據(jù)傳輸方案，實(shí)現(xiàn)微處理器與工業(yè)級(jí)平板電腦的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無線通信。根據(jù)人機(jī)交互界面測(cè)試平臺(tái)顯示的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，地面保障人員可以及時(shí)跟蹤設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)變化，為實(shí)時(shí)監(jiān)控地面保障設(shè)備的運(yùn)行提供依據(jù)，進(jìn)一步提高了機(jī)場(chǎng)地面保障設(shè)備的作業(yè)效率，同時(shí)也可增強(qiáng)地面保障設(shè)備運(yùn)行的安全性，從而間接地提高航班正點(diǎn)率。本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)為保障設(shè)備的數(shù)據(jù)采集傳輸提供了一種新思路，具有良好的應(yīng)用前景。

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