摘 要： 針對機場地面保障設備運行狀況依靠人工觀察所帶來的問題，設計了一種基于藍牙技術的機場保障設備運行監測系統。該系統可以實現機場保障設備在線監測，及時高效地完成機場保障任務。系統由上位機和下位機兩部分組成：微處理器作為下位機的控制系統，將采集的機場保障設備運行狀態數據信息處理后送入藍牙模塊進行無線發送；工業級平板電腦及人機交互界面作為上位機的監測系統，完成采集數據的接收、存儲和實時顯示。通過藍牙模塊無線傳輸實現上位機與下位機之間的數據交互，利用人機交互界面實現在線監測。
關鍵詞： 藍牙技術；數據采集；微處理器；在線監測
0 引言
隨著我國民用航空業的快速發展，民航機場航班起降頻次更加頻繁，相應地，機場地面保障設備數量和運行時間也逐步增多[1]。高效、合理地調度機場地面保障設備，這對機場地面保障技術提出了極大的挑戰。
現行的地面保障設備（飛機牽引車、加油車和除冰車等）運行狀況主要依靠操作人員人工報告，這種方式容易造成信息誤報、遺漏等缺陷，且對設備的運行不能在線監測和及時報告，無疑降低了設備的正常率和對航班的保障水平[2]。面對這種狀況，機場地面保障人員迫切需要一種能在線監測設備運行狀況并能自動報告的設備。
本文提出基于藍牙技術的機場保障設備運行監測系統，對實時信息的獲取、數據的傳輸方法以及人機交互界面的在線監控進行研究。
1 總體結構與功能描述
本文提出一種以工業級平板電腦為上位機的便攜式機場地面保障設備運行的數據采集設計，在微處理器為下位機的邏輯控制下，利用傳感器完成數據的采集，運用FBT-06系列藍牙模塊將采集數據傳輸到工業級平板電腦。同時，工業級平板電腦可以根據需要發送一些控制命令，將所接收的采集信息在人機交互界面中實時顯示，保障人員通過人機交互界面的采集信息對地面保障設備狀態進行在線監控，進而對地面保障設備進行調度和管理。
從總體結構上看，數據采集裝置包括硬件設備和軟件控制兩大部分。硬件設備部分包括3種傳感器模塊、微處理器、FBT-06系列藍牙發送及接收模塊和工業級平板電腦。軟件控制部分包括采集數據處理程序、藍牙收發模塊無線通信和人機交互界面測試平臺程序的編寫。系統總體結構[3]如圖1所示。
2 系統硬件設計
系統硬件主要有傳感器、信號調理、藍牙模塊、微處理器和工業級平板電腦。液位傳感器和溫度傳感器都用于采集飛機除冰液儲存罐的液位和溫度，流量傳感器用于采集飛機除冰作業時噴曬除冰液的流量采集。
2.1 數據采集
如圖2所示，傳感器采集到的模擬信號經調理電路轉換成0～2 V的電壓信號，A/D轉換后將信號傳送到微處理器，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、溫度和流量數據信息打包[4]，通過微處理器串口與藍牙發送模塊之間的接口電路將數據包傳送至藍牙發送模塊，準備數據發送。
2.2 藍牙發送與接收模塊
藍牙技術是一種大容量近距離無線數字通信技術規范[5]，其有效半徑約為10 m，最大可達100 m，可同時傳輸語音和數據信息，有很好的抗干擾能力且功耗低。
兩個藍牙模塊進行通信連接時，設定上位機側的藍牙接收模塊為主節點，下位機側的藍牙發送模塊為從節點。本文微處理器與藍牙發送模塊之間采用UART接口進行通信，而工業級平板電腦與藍牙接收模塊之間采用的是RS232接口進行通信。UART接口和RS232接口都采用串行通信，UART接口通信針對的是藍牙芯片和主機在同一塊印制電路板上的情況，而RS232接口通信支持的是藍牙芯片和位于不同實體中的主機進行通信的情況[6-7]，距離較遠。圖3所示為藍牙模塊連接示意圖。
FBT-06采用CMOS電平設計，而工業級平板電腦采用RS232電平，二者不可直接連接，需要工業級平板電腦與藍牙接收模塊之間接口電路實現電平轉換，本文使用MAX3232實現電平轉換。
2.3 工業級平板電腦
工業級平板電腦選用GT6805嵌入式主機，三星公司推出的高性能低成本處理器S3C2416，內核為ARM926EJ，支持運行WINCE 6.0/LINUX操作系統。嵌入式主機對外端口USB和RS232等已經集成在主板，適合應用于工業設備控制和需要進行人機交互界面的應用。
3 系統軟件設計
系統軟件設計主要包括兩個部分：傳感器采集3種物理量后的采集數據處理軟件設計和人機交互界面設計。
3.1 采集數據處理軟件設計
采集數據處理軟件主要任務是：準確地讀取經過A/D轉換后的液位、溫度和流量信息，并將這3種采集信息進行數據打包，然后在微處理器的控制下通過藍牙發送模塊發送數據包。
微處理器在單線程的工作方式下要完成液位、溫度和流量信號的處理，因完成液位、溫度和流量數據處理所消耗的時間不同，為此，本文采用定時中斷分配各個任務的處理時間[4-8]。
圖4為采集數據處理程序流程圖。其中圖4（a）為主程序流程圖，主程序主要完成數據的打包和數據的發送。主程序初始化主要完成串口初始化、時鐘初始化、A/D初始化，將中斷標志位zdflag定義成全局變量、無符號型且初始值zdflag=0，以及一些寄存器的設置工作。zdflag=0時讀取溫度傳感器DS18B20的數據，其輸出為數字量，無需進行A/D轉換。圖4（b）為中斷服務程序流程圖，主要完成對3個物理量數據的準確采集，通過設置和讀取中斷標志位zdflag的值判斷出溫度、液位和流量數據是否都得到準確處理，進而完成相應的操作。
3.2 人機交互界面設計
人機交互界面主要包括兩個部分：數據信息顯示和用戶輸入設置。數據信息顯示部分用于將采集的數據信息在人機交互界面中實時顯示，包括：除冰液液位、溫度和除冰液噴曬時的流量顯示，液位、溫度上下限指示及設備漏液故障指示。而用戶輸入設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定，以及其他操作指令的設置，如除冰車車號選擇、除冰時作業人員的選擇和除冰液類型選擇。
人機交互界面是基于工業級平板電腦在Windows CE系統環境下，利用Visual Studio 2008開發環境編寫的一個友好界面，便于用戶直觀地、實時地掌握機場地面保障設備運行狀態信息。
4 測試方法與測試結果
4.1 測試方法描述
（1）連通性測試
測試藍牙收發模塊的連通性主要是通過觀察藍牙模塊配對信號燈的亮與否來判斷[9]。當藍牙收、發模塊建立連接后，藍牙模塊的信號燈都由正在連接時的閃爍變為常亮；否則需要對藍牙收發模塊的設置進行檢查。
（2）通信穩定性測試
藍牙模塊通信穩定性測試是根據藍牙模塊配對連通之后，信號燈是否保持常亮來進行判斷。如果連通后配對信號燈又產生了閃爍，說明連通的藍牙收發模塊穩定性不好。當藍牙模塊正在進行數據傳輸時數據傳輸信號燈會閃爍，無數據傳輸時此信號燈保持熄滅狀態，配對信號燈仍常亮。
4.2 測試結果
測試結果如圖5所示。藍牙接收模塊接收到液位、溫度和流量的數據包后，根據既定的數據格式進行解包分解出液位、溫度和流量信息，將解包后的數據存放至工業級平板電腦的磁盤中保存，同時將采集數據實時地在人機交互界面測試平臺中顯示。
通過工業級平板電腦對采集數據進行分析，判斷飛機除冰液的液位、溫度和除冰液噴曬流量是否符合飛機除冰作業的要求和規范，以及設備是否發生漏液故障，同時對除冰液溫度和除冰液存儲罐中液位上下極限設置燈光報警指示以便及時提醒作業人員，進而為機場地面保障設備的運行監控提供實時的數據信息。
5 結論
本文在機場地面保障應用方面采用低成本的藍牙無線數據傳輸方案，實現微處理器與工業級平板電腦的點對點無線通信。根據人機交互界面測試平臺顯示的實時數據，地面保障人員可以及時跟蹤設備狀態的數據變化，為實時監控地面保障設備的運行提供依據，進一步提高了機場地面保障設備的作業效率，同時也可增強地面保障設備運行的安全性，從而間接地提高航班正點率。本文所設計的系統為保障設備的數據采集傳輸提供了一種新思路，具有良好的應用前景。
參考文獻
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