嵌入式計算機在雷電監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用

項目背景

自古以來，雷電災(zāi)害一直存在，據(jù)有關(guān)研究統(tǒng)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(chǎn)生的危害可想而知。

近年來雷災(zāi)更是頻繁出現(xiàn)，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(shè)的各種架空長導(dǎo)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(shù)高度發(fā)展及廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域，使雷害對象也發(fā)生了轉(zhuǎn)移，從對建筑物本身的損害轉(zhuǎn)移到對室內(nèi)的電器、電子設(shè)備的損害，以至發(fā)生人身傷亡事故。雷電產(chǎn)生的電磁感應(yīng)已成為主要危害，因此對雷電進行監(jiān)測也是預(yù)防災(zāi)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(dāng)電腦讀到雷電探測器返回的數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)進行分析，來判斷是否有發(fā)生雷電的可能。這個系統(tǒng)中主要采用ADSL的撥號模式讓各個設(shè)備連接在一個網(wǎng)絡(luò)上。但隨之帶來的問題是如果現(xiàn)場不具備ADSL撥號的條件，那么系統(tǒng)就不能使用。而一旦網(wǎng)絡(luò)斷掉，現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)將會丟失。

應(yīng)用需求

雷電探測器采用Modbus RTU協(xié)議通訊，嵌入式計算機需將Modbus協(xié)議轉(zhuǎn)換成Modbus TCP協(xié)議，以方便與后臺通訊。

嵌入式計算機可以實時主動采集數(shù)據(jù)，按需保存歷史數(shù)據(jù)，并且實現(xiàn)智能主動上傳數(shù)據(jù)

提供有線和無線兩種方案。一旦現(xiàn)場不具備上網(wǎng)條件，則可以采用無線通訊的方式。

Moxa解決方案

在這個系統(tǒng)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(yīng)現(xiàn)場不同環(huán)境的需求。

1） 有線解決方案

原有架構(gòu)中采用了Modbus網(wǎng)關(guān)將雷電探測器與ADSL相連，起到協(xié)議轉(zhuǎn)換的作用。現(xiàn)在的架構(gòu)中，客戶采用了Moxa UC-7101嵌入式計算機代替原有的Modbus網(wǎng)關(guān)。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(fā)熱量卻很小。內(nèi)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(yīng)用程序。在有線解決方案中，UC-7101作為一款前置通訊網(wǎng)關(guān)，通過設(shè)定的程序，UC7101可以主動利用Modbus RTU協(xié)議與雷電探測器通訊，并將數(shù)據(jù)保存在實時數(shù)據(jù)庫中，同時記錄到SD卡中，UC7101通過對實時數(shù)據(jù)的分析，可以在雷電到來之前和主動向監(jiān)控室發(fā)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(gòu)、配備GSM/GPRS通信模塊的嵌入式工業(yè)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(wǎng)絡(luò)進行連接。作為前端的通訊網(wǎng)關(guān)，W315可以主動撥號到GPRS網(wǎng)絡(luò)，與后臺連接。通過軟件編程，W315可以主動利用Modbus RTU協(xié)議與雷電探測器通訊，并將數(shù)據(jù)保存在實時數(shù)據(jù)庫中，同時記錄到SD卡中，W315通過對實時數(shù)據(jù)的分析，可以在雷電到來之前和主動向監(jiān)控室發(fā)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(huán)境中采用UC-7101；無線環(huán)境中采用W315，可主動連接無線GPRS網(wǎng)絡(luò)

UC-7101和W315均為RISC架構(gòu)的嵌入式計算機，為苛刻的工業(yè)環(huán)境提供了一個功能強大且穩(wěn)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(wǎng)口

UC-7101和W315均可實時主動采集數(shù)據(jù)、按需保存歷史數(shù)據(jù)、智能主動實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳

嵌入式計算機內(nèi)部無風(fēng)扇無飛線，確保產(chǎn)品和系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠

應(yīng)用產(chǎn)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(wǎng)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(fēng)扇設(shè)計，穩(wěn)定可靠