1  引言
    随着核科学技术的发展，放射性获得了越来越广泛的使用。核工业企业或其他伴有放射性外照射风险的企业和设施，如核电站、核潜艇等需要具有剂量监控的出入口控制系统，以便保证工厂企业的正常运行和辐照工作人员的安全健康。现有的剂量监控系统多是单机版，并且大多采用RS-232、RS-485或有线Modem的通信方式。虽然经济实用，但是其有线数据传输方式却在很大程度上限制了应用场合的拓展。
    移动通信业务经过多年的发展，目前技术已经相当成熟。无线公网CDMA 1X网络平台在短消息服务（Short Messaging Service，SMS）方面的应用具有不需拨号、价格低廉、传输速率高、传输可靠、覆盖范围广等特点，特别适用于需要频繁传输小流量数据和不易铺设线路的应用场合。而且发送短消息的运营费用可以与网络运营商协商采用按照信息流量或者是包月、包年的计费方式来降低。本文用CDMA 1X网络模块通过RS-232接口连接单片机和PC机实现数据的无线传输，可实现远程监控、实时报警等自动功能。
2  系统结构与功能
2.1  系统结构

图1  检测管理系统

    本文提出的设计实现单片机、PC机与CDMA 1X网络模块之间的串口通信。系统主要有两个部分组成，剂量检测设备和中心管理部分。剂量检测设备将人员信息和采集的数据信息通过CDMA模块以短消息的方式发送到PC机端。PC机端对接收的数据进行处理并通过数据库操作在应用程序界面显示人员进出和剂量信息，提供区域出入的实时管理控制。基于短消息的辐射剂量检测管理系统原理图如图1所示。
2.2  系统功能
    CDMA是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端由使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号转换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。CDMA模块与PC机之间的通信是本管理系统的基础，也是基于短消息通信的设计重点。在应用程序中通过MSComm控件的Input属性接收CDMA模块发送的数据，Output属性向CDMA模块发送AT命令[1]接收和发送短消息。管理系统[3-4]对接收的数据进行处理，完成监测管理功能。
    中心软件可对网络中的检测设备进行集中参数配置，包括对输入的数据进行检测，完成与数据库的通信，进行数据的初期处理、操作人员的登陆以及权限管理等功能。管理中心与检测设备的通信采用两种连接方式：检测设备定时发送实时检测量，管理中心将接收的信息与数据库进行连接完成分析等功能；当检测设备检测到异常时，将异常检测量立即发回到管理中心，并发出声光等报警提示。系统组成框图如图2所示。

图2 系统框图
3  系统硬件设计
3.1  剂量检测设备
    剂量检测设备采用51系列单片机完成剂量的检查、数据的接收发送、发出声光报警提示等功能，并带有时钟电路对完成计时等功能。结构图如图3所示。

图3  检测设备结构图

3.2 检测管理中心
    检测管理中心由单片机控制接收发送数据，并与PC机通过MAX232串口实现数据交互。结构图如图4所示。

图4  检测管理中心结构图

4  系统软件设计
    系统的软件设计采用了模块化设计。整个程序由上位机、下位机程序和两者之间的通信协议组成，其中下位机程序由单片机C语言实现控制收发信号，并用AT命令实现CDMA模块的短信收发。上位机用Visual Basic6.0（简称VB6）[2]开发Windows环境下的串口通信应用软件。
4.1  AT命令
    AT命令作为一个接口标准，最初用于modem和PC机串口之间的通信。AT命令集是由一个特定的命令前缀“AT”开始，由一个命令结束标志“<CR>”结束。当AT命令设置了一个参数，那么这个值在它被改变之前都是有效的。基于AT命令对短消息的控制共有两种模式： PDU Mode 和Text Mode。Text Mode比较简单，在Text Mode下可进行CDMA字符集与8Bit 数据的收发等操作，但不支持中文或UCS2字符集字符的收发操作。在PDU 模式下可支持上述所有操作，但需要理解收发PDU 数据格式。本系统是基于Text Mode的应用，短消息中仅包含基本的英文和数字符号。在CDMA模块返回的确认信息中会包含回车和换行符，因此读取信息时应该把每个字节都转换为ASCII字符[2]。AT短消息命令如下：
    （1）AT+CSMS 选择消息服务。支持的服务有 GSM-MO.SMS-MT.SMS-CB。
    （2）AT+CNMA 新信息确认应答。
    （3）AT+CPMS 优先信息存储。这个命令定义用来读写信息的存储区域。
    （4）AT+CMGF 优先信息格式。执行格式有 TEXT 方式和 PDU 方式。
    （5）AT+CSAS 保存设置。保存+CSAS 和+CSMP 的参数。
    （6）AT+CRES 恢复设置。
    （7）AT+CSDH 显示文本方式的参数。
4.2 下位机软件设计
    当定时时间到或剂量超标时微控制器响应中断将数据通过CDMA发回给管理系统。管理系统收到下位机发出的信息后发回一确认信息，下位机收到确认则结束，否则重发数据给管理系统。系统流程图如图5所示。

图5 下位机软件流程图

4.3  上位机软件设计
    MSComm 是Microsoft公司提供的主要用于串口通信编程的ActiveX 控件。ActiveX 控件包括一系列的属性、方法和事件，应用程序通过ActiveX控件提供的接口来访问控件的功能。通过C、VC++编写串口通信程序，是要使用API函数发送和接收数据。而MSComm控件实际上是这些Windows API函数的有机集成，它以属性和事件的形式提供了对Windows 通信驱动程序的API接口封装了API函数的底层操作，为应用程序提供了通过串行接口收发数据的简便方法。因此，在程序中设置和监视MSComm 控件的属性和事件即可完成串口的编程。

上位机与下位机通过串口实现数据通信，在进行串口通信时，一般为字符传送方式。在传输线上的数据是一个字节接一个字节地被传送过来，接收端收到这些数据后再进行组合形成数据资料或文件，这种情形就是Binary（二进制数据）方式传送。当InputMode属性取值为0时（默认值）数据以文字形式取回，取值为1时，数据以二进制形式取回。
    上位机的管理系统采用数据库编程。数据库的功能是实现所有数据的存储、维护和管理，能确保数据的完整性和安全性，并控制多用户同时使用。数据库的设计采用C/S结构（客户机/服务器，Client/Server），数据库采取表的形式存储数据，各个表之间建立字段关联，以减小冗余。包括用户信息表、剂量限额表等。
4.4  通信协议设计
    剂量检测设备和服务器之间进行的数据通信采取的主要方式是短消息，短消息中每个数据信息代表的具体意义，以及短消息中的数据排列规则都需要通信的双方达成一致，因此通信双方必须有统一的数据格式。
    设计数据格式既要充分考虑剂量系统需要传输的数据类型及大小，还要考虑短消息的内容不能超过一条短消息规定的字数限制。进入、退出控制区时剂量检测设备发给服务器信息的数据每一帧为70字节，这些信息包括出入控制区的标识码、累计剂量、剂量报警值、工作状态和进入控制区时间、停留时间和发生最大剂量的相对时刻等信息。进入、退出控制区时剂量计发给服务器信息的数据格式如表1所示。

表1  剂量计发给服务器信息的数据格式

5  结语
    本系统是一个基于CDMA无线网络短消息通信的区域网络化个人剂量实时监测与管理系统。主站采用PC机结合CDMA模块，远端通过单片机等将采集的剂量等数据通过CDMA模块以发送短消息的方式传送给PC机端。PC机端对接收到的信息进行处理的具体设计与实现过程，它主要以VB开发的应用程序为前台客户端，以SQL Server 2000为后端服务器，综合应用RS-232串口通信技术、单片机技术、AT命令技术、VB技术和SQL Server数据库技术进行开发。系统突破了有线网络的限制，对于放射性地区实现无线检测具有很好的可行性，对未来实现无线辐射监测具有很高的研究价值，具有非常广泛的应用前景。