警用无线监管电击系统的设计

时间：2024-05-04

韩哲鑫

警用无线监管电击系统的设计

韩哲鑫

武警警官学院信息工程系，四川成都 610213

基于CC1020和TIMSP430F1121单片机警用无线监管系统，能随时随地监控犯罪分子的行为活动，当犯罪分子超出限定范围时，系统自动产生报警信号，同时启动电击程序，当超过限定时间，则发出电击命令。系统可用于犯罪分子的押送、看守和劳动监督等场合。该方案设计的系统具有体积小、低功耗、适合室内外使用等特点。

单片机；无线收发模块；无线监管系统

武警部队担负着犯罪分子的押送、看押、劳动改造等重要任务，如何防止罪犯逃跑，特别在室外情况下，犯罪分子人数多而执勤战士人数不足时，若出现突发事件如逃跑、暴乱等情况，该如何处理和应对？针对上述情况，本文设计了警用无线监管系统。该系统采用极低功耗的IC，为系统的使用维护带来极大的方便。

1 系统结构及工作原理

警用无线监管系统的主要硬件。主机部分主要包括单片机MSP430F1121、射频IC-CC1020、LCD显示模块、报警模块。分机包括MSP430F1121、射频IC-CC1020、微型电击模块。一个主机可以巡检多个分机，整体构成一点对多点的无线监管系统。MSP430系列单片机是TI公司近期推出的16位系列单片机。该系列是一组超低功耗的微控制器，供电电压范围为1.8～3.6Ｖ，超低功率消耗，适用于长期使用电池工作的场合[1]。由于具有16位RISC结构、16位寄存器，因而MSP430 系列单片机具有最大的代码效率。考虑到本设计低功耗、小体积的要求，因此，选用了MSP430F1121型单片机芯片。液晶显示器采用的是PHILIPS公司生产的具有I2C总线的低功耗LCD驱动器PCF8576，该芯片有40个段输出和4个背极输出，可完成160个段的LCD显示。PCF8576的二总线I2C数据传输结构可使其与微控制器的连线减至最低，从而最大限度地减少显示系统的开销。在开阔地视距和模块波特率为2.4Kbs情况下，天线型号为TCA07FR，距离地面高度为2米，数据可先靠传输距离可达600m。天线型号为TQJ-400SII，距离地面高度2米，数据传输距离可达800米。为了避免同频干扰的问题，系统采用时分TDMA技术，把系统主机CMS与任意一台分机RTU之间的通信采用时分的方式分开，主机通过扫描的方式与各台分机设备进行单台通信，这样系统中的CMS与RTU的通信方式就成为点对点的通信方式。CMS主机可以给每个分机注册一个唯一的ID序列号，并可以访问每个分机的信息，对该信息进行存储、分析、显示、报警等，这样就非常方便地实现了许多分机的扩展，即实现对多人的实时监管。CC1020的通信信道是半双工，最适合点对多点的通信方式。通信的协调完全由主站控制，主站采用带地址码的数据帧发送数据或命令，从站全部都接收，并将接收到的地址码与本地地址码比较，不同则将数据全部丢掉，不做任何响应；地址码相同，则证明数据是给本地的，从站根据传过来的数据或命令进行不同的响应，将响应的数据发送回去。这些工作都需要上层协议来完成，并可保证在任何一个瞬间，通信网中只有一个电台处于发送状态，以免相互干扰。

2 软件设计

系统中所有CC1020 Module 均采用433.92MHz作为系统工作频率。下面以星状点对多点通信系统为例，详细介绍系统的软件设计。主程序设计：协议的第一件事就是能够识别噪声和有效数据，噪声是以随机字节出现的，没有明显的结合方式，噪声源可能产生任意字节的组合，在无线通信的过程中最好能通过一种协议能有效的抑制噪声的产生。通过测试和试验发现0x55 在噪声中不容易发生，传输协议应该在数据包前加开始字节0xFF 后跟0xAA，0x55发送协议的开始应该以一个任意内容的字节，然后是0xFF 后跟一个0xAA，0x55。于是就可以很方便地把以上系统的数据包格式定为：

表1 数据包格式

Lead 为引导字节；Header 为数据包的命令字节，由此确定数据包的类型；Length 为数据包包含的Length字节之后的所有字节的长度；HostID 为主机地址；Local为本地机地址；Destination 目标地址；Unit为RTU地址字节；Data位数据包字节；Checksum 校验字节。

图1 软件设计流程图

串行通讯的解决方法：MSP430F11XX系列单片机片内没有串行通讯模块，不能直接用于异步串行通讯，但由于定时器TIME A的捕获与比较以及特殊的结构，利用定时器实现异步串行通讯的位定时以及起始位检测等功能，可方便实现串行通讯。系统的流程图如图1所示。