嵌入式计算机在雷电监测系统中的应用

项目背景

　　自古以来，雷电灾害一直存在，据有关研究统计，在地球上任一时刻平均有2000多个雷在进行着，平均每秒有100次闪电。每个闪电强度可高达10亿伏，足见其能量之大，产生的危害可想而知。

　　近年来雷灾更是频繁出现，这主要是因为一些高大建筑的兴起，如高层智能大厦，微波站、天线塔等都会吸引落雷，从而使本身所在建筑及附近建筑遭到破坏。增设的各种架空长导线反倒引雷入室，使避雷装置失去作用。另外，随着微电子技术高度发展及广泛应用到各个领域，使雷害对象也发生了转移，从对建筑物本身的损害转移到对室内的电器、电子设备的损害，以至发生人身伤亡事故。雷电产生的电磁感应已成为主要危害，因此对雷电进行监测也是预防灾害的一种手段。

　　原有的方案是利用电脑连接雷电探测器（可以记录空气中电荷量），当电脑读到雷电探测器返回的数据后，对数据进行分析，来判断是否有发生雷电的可能。这个系统中主要采用ADSL的拨号模式让各个设备连接在一个网络上。但随之带来的问题是如果现场不具备ADSL拨号的条件，那么系统就不能使用。而一旦网络断掉，现场的实时数据将会丢失。

应用需求

　　雷电探测器采用Modbus RTU协议通讯，嵌入式计算机需将Modbus协议转换成Modbus TCP协议，以方便与后台通讯。

　　嵌入式计算机可以实时主动采集数据，按需保存历史数据，并且实现智能主动上传数据

　　提供有线和无线两种方案。一旦现场不具备上网条件，则可以采用无线通讯的方式。

Moxa解决方案

　　在这个系统中，Moxa最终为客户提供了两种不同的解决方案——有线和无线，以适应现场不同环境的需求。

　　1） 有线解决方案

　　原有架构中采用了Modbus网关将雷电探测器与ADSL相连，起到协议转换的作用。现在的架构中，客户采用了Moxa UC-7101嵌入式计算机代替原有的Modbus网关。UC-7101采用MOXA ART ARM9 192 MHz RISC CPU，具备强大的计算和通信能力，而发热量却很小。内建8MB NOR Flash ROM和16MB SDRAM，可为用户提供了足够的储存空间；同时，SD卡可存储用户各种各样的应用程序。在有线解决方案中，UC-7101作为一款前置通讯网关，通过设定的程序，UC7101可以主动利用Modbus RTU协议与雷电探测器通讯，并将数据保存在实时数据库中，同时记录到SD卡中，UC7101通过对实时数据的分析，可以在雷电到来之前和主动向监控室发送报警信息。

　　2） 无线解决方案

　　而在没有ADSL拨号条件的情况下，客户采用了W315无线嵌入式计算机。W315是一款基于RISC架构、配备GSM/GPRS通信模块的嵌入式工业计算机。在这个方案中使用Moxa的W315代替有线解决方案中的UC-7101和ADSL，直接通过GPRS与网络进行连接。作为前端的通讯网关，W315可以主动拨号到GPRS网络，与后台连接。通过软件编程，W315可以主动利用Modbus RTU协议与雷电探测器通讯，并将数据保存在实时数据库中，同时记录到SD卡中，W315通过对实时数据的分析，可以在雷电到来之前和主动向监控室发送报警信息。

　　1）有线解决方案

　　2）无线解决方案

　　为什么选择Moxa？

　　Moxa为客户提供了两种解决方案：有线环境中采用UC-7101；无线环境中采用W315，可主动连接无线GPRS网络

　　UC-7101和W315均为RISC架构的嵌入式计算机，为苛刻的工业环境提供了一个功能强大且稳定可靠的通信平台

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      UC-7101和W315均支持1个软件可选RS-232/422/485三合一串口和1个以太网口

　　UC-7101和W315均可实时主动采集数据、按需保存历史数据、智能主动实现数据上传

　　嵌入式计算机内部无风扇无飞线，确保产品和系统的稳定可靠

　　应用产品介绍

　　UC-7101：

　　MOXA ART ARM9 32-bit 192 MHz处理器

　　16MB RAM和8MB Flash ROM

　　1个10/100Mpbs以太网口和1个软件可选RS-232/422/485串口

　　可通过SD卡插槽扩展存储容量

　　无风扇设计，稳定可靠

　　W315：

　　MOXA ART ARM9 32-bit 192MHz处理器

　　板载32MB RAM，16MB闪存

　　内建GSM/GRPS 850/900/1800/1900 MHz无线通信模块

　　配备1个软件可选RS-232/422/485三合一串口

　　10/100 Mbps以太网口，可实现网络冗余

　　系统稳定，无风扇设计