嵌入式計算機在雷電監測系統中的應用

項目背景

自古以來，雷電災害一直存在，據有關研究統計，在地球上任一時刻平均有2000多個雷在進行著，平均每秒有100次閃電。每個閃電強度可高達10億伏，足見其能量之大，產生的危害可想而知。

近年來雷災更是頻繁出現，這主要是因為一些高大建筑的興起，如高層智能大廈，微波站、天線塔等都會吸引落雷，從而使本身所在建筑及附近建筑遭到破壞。增設的各種架空長導線反倒引雷入室，使避雷裝置失去作用。另外，隨著微電子技術高度發展及廣泛應用到各個領域，使雷害對象也發生了轉移，從對建筑物本身的損害轉移到對室內的電器、電子設備的損害，以至發生人身傷亡事故。雷電產生的電磁感應已成為主要危害，因此對雷電進行監測也是預防災害的一種手段。

原有的方案是利用電腦連接雷電探測器（可以記錄空氣中電荷量），當電腦讀到雷電探測器返回的數據后，對數據進行分析，來判斷是否有發生雷電的可能。這個系統中主要采用ADSL的撥號模式讓各個設備連接在一個網絡上。但隨之帶來的問題是如果現場不具備ADSL撥號的條件，那么系統就不能使用。而一旦網絡斷掉，現場的實時數據將會丟失。

應用需求

雷電探測器采用Modbus RTU協議通訊，嵌入式計算機需將Modbus協議轉換成Modbus TCP協議，以方便與后臺通訊。

嵌入式計算機可以實時主動采集數據，按需保存歷史數據，并且實現智能主動上傳數據

提供有線和無線兩種方案。一旦現場不具備上網條件，則可以采用無線通訊的方式。

Moxa解決方案

在這個系統中，Moxa最終為客戶提供了兩種不同的解決方案——有線和無線，以適應現場不同環境的需求。

1） 有線解決方案

原有架構中采用了Modbus網關將雷電探測器與ADSL相連，起到協議轉換的作用。現在的架構中，客戶采用了Moxa UC-7101嵌入式計算機代替原有的Modbus網關。UC-7101采用MOXA ART ARM9 192 MHz RISC CPU，具備強大的計算和通信能力，而發熱量卻很小。內建8MB NOR Flash ROM和16MB SDRAM，可為用戶提供了足夠的儲存空間；同時，SD卡可存儲用戶各種各樣的應用程序。在有線解決方案中，UC-7101作為一款前置通訊網關，通過設定的程序，UC7101可以主動利用Modbus RTU協議與雷電探測器通訊，并將數據保存在實時數據庫中，同時記錄到SD卡中，UC7101通過對實時數據的分析，可以在雷電到來之前和主動向監控室發送報警信息。

2） 無線解決方案

而在沒有ADSL撥號條件的情況下，客戶采用了W315無線嵌入式計算機。W315是一款基于RISC架構、配備GSM/GPRS通信模塊的嵌入式工業計算機。在這個方案中使用Moxa的W315代替有線解決方案中的UC-7101和ADSL，直接通過GPRS與網絡進行連接。作為前端的通訊網關，W315可以主動撥號到GPRS網絡，與后臺連接。通過軟件編程，W315可以主動利用Modbus RTU協議與雷電探測器通訊，并將數據保存在實時數據庫中，同時記錄到SD卡中，W315通過對實時數據的分析，可以在雷電到來之前和主動向監控室發送報警信息。

1）有線解決方案

2）無線解決方案

為什么選擇Moxa？

Moxa為客戶提供了兩種解決方案：有線環境中采用UC-7101；無線環境中采用W315，可主動連接無線GPRS網絡

UC-7101和W315均為RISC架構的嵌入式計算機，為苛刻的工業環境提供了一個功能強大且穩定可靠的通信平臺

UC-7101和W315均支持1個軟件可選RS-232/422/485三合一串口和1個以太網口

UC-7101和W315均可實時主動采集數據、按需保存歷史數據、智能主動實現數據上傳

嵌入式計算機內部無風扇無飛線，確保產品和系統的穩定可靠

應用產品介紹

UC-7101：

MOXA ART ARM9 32-bit 192 MHz處理器

16MB RAM和8MB Flash ROM

1個10/100Mpbs以太網口和1個軟件可選RS-232/422/485串口

可通過SD卡插槽擴展存儲容量

無風扇設計，穩定可靠