基于通信器S1503的门禁系统的设计

2024-10-18

基于通信器S1503的门禁系统的设计（通用10篇）

基于通信器S1503的门禁系统的设计篇1

门禁系统的设计涉及到硬件组装和软件编程。硬件组装

主要包括车场调度室计算机与通信器的连接，通信器、电子标签以及电动门的安装等。通信器与主机最好采用屏蔽电缆连接。通信器的安装应注意使通信器天线波束覆盖整个车场大门，最好安装在门口旁边；电子标签安装在车辆前面的挡风玻璃下方，以便与通信器进行通信。电子标签在安装前最好进行初始化，在该系统中，初始化工作是通过通信器自带的标准应用程序Pyramid手工输入完成的。为了确保系统有较快的处理速度，通信器由自带的标准应用程序Pyramid控制，主要完成系统和电子标签的初始化以及电子标签的检测等。故在该系统中，软件编程主要是指通信器与主机的通信编程。

3.1 硬件连接结构

门禁系统包括通信器（S1503）、电动门和若干标签（S1251）。硬件连接结构示意图如图5所示。S1503通过串行口与主机相连，并且通过继电器对电动门实现控制。

3.2 工作原理

通信器内有数据库，内部存有合法车辆的车牌号信息和车辆唯一标识码，电子标签安装在车辆前挡风玻璃内适当位置并与车辆一一对应，主要是记录每个车辆的信息数据（包括唯一标识码）。在通信器的控制范围内，电子标签能与通信器进行实时通信，传递所存储的信息。通信器通过微波通信监控电子标签来监视车辆的进出场动作。当监测到有车辆出入时，通信器接收电子标签所送的信息数据，将所收到的数据与数据库中的数据进行比较，确认是合适车辆后，继电器闭合，接通电动门电源，电动门打开，给予放行，并向主机发送车辆的进出场信息；当检测到不合法车辆或陌生车辆时，通信器不接通电动门电源，而是向主机发送提示信息，发出声音警告。

3.3 软件编程的实现

软件编程主要实现的功能是：通信器检测到电子标签后，生成标签记录；将标签记录以邮件的形式提交给主机；主机接收到邮件后，对邮件内容进行处理，并将处理结果显示在主机屏幕上。

在该系统中，利用CONFIDENT软件库提供的邮件交换系统实现通信器S1503与主机的通信。使用邮件交换系统的程序流程图如图6和图7所示。其实现功能是主机接收到通信器送来标签邮件后，立即对邮件内容进行处理，并将与标签对应车牌号显示在屏幕上。为了避免主机和通信器同时控制串行口而产生矛盾，系统规定：每当空格键被按下时，改变通信器的安静模式。

图7 通信器通信程序流程图

通信器在安静格式时阅读标签事件。并将标签数据通过邮件发送给主机，主机通过邮件将通信器设置为非安静模式并在通信器为非安静模式时读取标签数据邮件。在程序实现时，利用定时器事件，主机应用程序每隔30秒自动输入空格键来达到此目的。

基于通信器S1503的门禁系统的设计篇2

一、应急通信简介

1、应急通信的定义。

在出现自然或人为的突发性紧急情况时综合利用各种通信资源,保障救助救援和必要的通讯所需的通信手段和方法,实现通信机制就是应急通信[1]。应急通信不是独立存在的全新技术,而是多种通信技术在紧急情况下综合运用的通信措施。应急通信的核心就是在紧急情况下的通信。由于灾害的不确定性,对应急通信系统也提出了一些特殊要求。包括两个方面,首先需要从网络和技术设备上保障通信技术顺利进行;其次要求建立完善的应急通信管理体系,针对不同情况建立快速应急响应机制。

2、研究应急通信的目的和意义。

中国由于地质地貌结构复杂,自然灾害时有发生,这对国民经济和人民群众的生命财产安全造成了很大的损失。例如,汶川地震。血泪的教训使我们逐渐意识到完善应急通信体系的必要性,只有这样才能保障人民生命安全和减少财产损失。突发事件的发生时间地点规模无法确定,相应的应急通信时间、地点以及使用设备也不确定。应急通信的应用范围十分广泛,包括战备通信、抢险救灾等方面。在战略地位上,应急通信技术是非常重要的一环,这就从根本上要求我国必须建立和发展自己的应急通信技术。短波通信是一种非常重要的应急通信手段。

二、短波通信技术概述

短波通信可利用地波方式传播,但是主要是利用天波远距离传播信号[2]。短波通信的优点包括:通信设备体积小,灵活性大,成本低廉,对于经济发展相对落后的地区的应急通信系统有很大的推动作用;其次是短波通信设备的构架能力强,受地面障碍物的制约性小,在自然灾害突发的地区,弥补了大型通信设备由于障碍物太多而导致的无法正常工作的缺陷;最后是短波通信设备拥有一定的抗击打能力,可以抵御突发事件或自然灾害对其造成的影响。短波通信的缺点包括:传输的稳定性较差;通信的容量和数据传输速率有限制;短波通信的种类相对单一。

三、短波通信技术的应急通信系统设计

1、系统组成。

目前来说短波通信技术在应急通信中主要体现在两个方面:前方应急现场:后方指挥中心。后方的指挥中心相对固定,不像前方的应急现场机动灵活,后方的指挥中心必须依赖前方的应急现场将事发现场实际情况上报后才可以进行重大的决策。后方指挥中心由三部分组成,包括大功率短波电台、语音终端和计算机终端。大功率短波电台的组成部分是大功率发信机、收信机和天调系统。后方指挥中心同样可以接入有线IP网络,通过计算机终端与IP网络及路由设备实现互联;前方应急现场的用户连接方式与后方指挥中心稍有不同,后者是通过短波无线信道与前者接入IP网的计算机终端实现互通。

2、前方的应急现场。

前方的应急现场由应急单人系统和应急指挥通信车两部分组成。其中应急单人系统可以与应急指挥通信车和后方指挥中心直接联络。相较于其他短波电台,应急单人系统能够达到自动调试。应急现场的另一组成部分—应急指挥通信车,是由车载平台、电子信息和综合保障组成,其中电子信息又主要分为终端和通信。语音终端采用普通的送受话器或含有多种功能的送受话器来发送和接收语音。数据终端在适应野外颠簸环境的同时进行信息数据的发送和接收。车载短波电台一般处理信号的收发和调制解调。

3、短波通信技术在应急系统应用中的关键技术。

(1)实时信道估值技术。短波信道具有不稳定性,所以对于短波信道质量的实时评估是实现应急系统畅通的一个关键技术。通过实时信道估值技术,及时探测噪声对于短波通信的影响情况,可以自主选择最佳的信道,有助于提高短波通信的质量,和应急通信系统信息传递的畅通性。(2)短波通信数据的传输技术。最新的短波通信网络目前可以提供的数据业务传输包括两个,分别是低速数据传输协议和高速数据传输协议。可以根据情况不同选择不同的传输协议方式,其中在信道质量较好时可以进行较大规模的、高速的数据传输,在信道条件恶劣时可以进行对传输速度要求较少的低速数据传输协议。

四、结束语

综上所述,当前各种公共安全事件时有发生,这需要健全的应急通信系统作为保障。建立健全的应急通信系统的意义重大,影响深远。短波通信技术在应急系统中的应用,可以有效提高突发事件的处置效率。

摘要：短波通信有多方面的优点,在通信领域中具有无法替代的作用。但是短波通信固有的缺点,严重影响了系统性能。本文首先介绍了应急通信系统,然后从短波通信技术手段着手分析短波通信的基本原理和特点;分析短波通信技术应急通信的可行性。

关键词：应急通信系统,短波通信技术,应用

参考文献

[1]曾宪云,唐爱军.现代应急通信系统的接入技术[J].硅谷,2014,(08)62-63.

基于通信器S1503的门禁系统的设计篇3

【关键词】通信系统；MSTP技术；数据收集

0.引言

MSTP技术在电信通信系统中能广泛的被应用与其独特的技术特点是分不开的。MSTP技术有灵活的电路调度能力，灵活性强，功能丰富，性能好，能同时开展多项业务。它能有效的节省电信通信系统的营运成本，深受广大通信营运商的欢迎。

1.电力通信系统

目前，通信系统的工作模式正在发生质的转变，逐渐由语音通信向数据通信过渡。调查结果显示，在整个通信系统业务中，数据通信的使用量已经占了整个宽带市场需求的80%。在所有的数据业务中，IP协议应用最为广泛。IP技术的安全性好，并且应用方式相对比较开放，可靠性强。因此，随着电力行业市场化和信息化程度的加深，IP技术会在现有基础上，进一步的成为电力数据网络发展的领导人。数据业务包括如下的内容：普通的数据业务和相对复杂、安全的保障业务；以比特率为划分标准的比特率恒定的业务、比特率可变的业务和比特率随意的业务。总的来说，业务的内容是比较丰富的。这些业务对数据传送质量、通道宽带的要求存在比较大的差异，具体的内容如下表：

表1　不同业务对通道带宽的要求

MSTP技术性价比很高，它不仅能减少企业在传输光缆上的的投资，还能解决对多种业务同时进行数据传送的问题。因此，MSTP技术已经成为电力通信系统中，解决多业务同时工作的首选技术。

2.MSTP技术介绍及应用前景

MSTP技术全称多业务传送平台，主要是指基于SDH 平台同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送，提供统一网管的多业务节点。总的来分析，MSTP技术是将SDH复用器、网络二层交换机和IP 边缘路由器等传统设备混合连接成一个新的工作系统，该系统包含了所有这些单个设备所具备的功能。随着对该技术研究的深入，MSTP技术也伴随时代的进步不断的被完善，该技术最初只支持在以太网上的使用，紧接着发展到支持二层交换，一直到现在支持以太网业务QOS，也就是说，到目前为止，该技术已经进行了三次的更新换代，历史悠久，经受了时代科技进步的考验。

就目前的形势来看，大部分MSTP设备都采用了DLCAS、XGFP和VC虚联网等现代技术，灵活的配置TDM、IP、ATM支持的宽带技术。它的最大优点就是实现了以太网的二层交换，能够将以太网业务所使用的宽带进行共享，进一步提高了这个宽带网络的使用效率。此外，MSTP设备上的弹性分组环能够对数据进行处理，实现了以太网上对宽带统计复用、分配更加简便，扩大了服务的范围。同时，该技术还支持ATM VP/VC交换和ATM 业务的聚类，确保了MSTP设备能够对现有数据业务和ATM 业务的安全问题提供有效的保障。随着MSTP技术的逐渐完善，在MSTP设备中会引入MPLS等机制，这将进一步增强MSPT设备对数据的处理能力，拓宽业务范围。在该设备中，还会增加GMPLS智能系统，实现设备的自我控制和调节功能。该技术的特点可以归纳为以下几类：

（1）业务带宽灵活配置，MSTP上提供的10/100/1000Mbit/s系列接口，通过VC的捆绑可以满足各种用户的需求。

（2）可以根据业务的需要，工作在端口组方式和VLAN方式，其中VLAN方式可以分为接入模式和干线模式。

（3）可以工作在全双工、半双工和自适应模式下，具备MAC地址自学习功能。

（4）对每个客户独立运行生成树协议。

3.MSTP技术在通信系统中的具体应用

MSTP技术是在传统的SDH技术上开发出来的，因此，对于电力通信行业中普遍使用的TDM设备都能够完全的兼容。与SDH相比，MSTP技术将传统的传输设备与现有的层交换设进行了有效的联合，它具备了二层交换等相关数据的搜集、分析功能，保证了数据业务在SDH设备中能够快速的传输，最终在MSTP组建的平台上对TDM、以太网、ATM进行统一的管理，提高工作效率。综上所述可以看到，MSTP设备能够让以太网、ATM等多种业务同时运行，在一个统一的平台上，所有的业务都汇聚在一起，通过MSTP设备的处理后，各自单独运行，互不干扰。MSTP设备根据不同业务的特点，提供不同的服务供能。

3.1 TDM专线业务

TDM专线业务是通信系统中最常见的业务，在电力通信系统中，如果接入传统的E1等类型业务，例如PCM设备、遥视设备、变电站安全稳定装置等，这可以使MSTP设备能根据实际情形，将比特率固定的业务跟通道内相应容量的库存进行配比，能有效的提高通信质量。所以，在电力系统的传送过程中，可以插入TDM专线业务，例如PCM设备、变电站安全稳定装置等安全装置。

3.2点对点的以太网透传业务

此项功能是针对以太网专门设计的，它主要是借助MSTP设备的接口进行数据的传递，最终实现以外网点对点的透传功能。在这种情况下，各种业务专线都会根据之前分配的宽带单独的工作，彼此不产生干扰，它的原理是：将各以太网传送通道单独隔离开来，宽度以分流的形式均分到各个业务，从而从物理上避免了外界之间的相互干扰，确保了整个业务过程的安全性。这种业务可以借助MSTP设备接入端口的交换功能，建立一个专用网络系统，例如实际应用中的通信电源监控系统、电能计量遥测系统等各种技术。

3.3点对多点的以太网汇聚业务

从上文的分析中可以看到，数据业务分部散乱，没有规律性，针对此问题，要使MSTP设备的接入端口具备交换功能，还必须在设备中添加环路控制功能。如果能实现此项功能，环路上的所有业务都能共享一个宽带，很大程度上提高了宽带的利用效率，这对一些对实时性要求较低的地方，如办公自动化、生产MIS，具有深远的实践意义。MSTP技术在应用的过程中，可以根据业务的特征选择合适的接入方式，有效的解决了电力通信系统中多业务同时进行数据传送的需求，让整个电力通信行业由单一的传统的语音业务向TDM 、ATM 、IP多种业务同时并举过渡。

3.4多点到多点的以太网交换业务

以太网宽带的共享，能实现让以太网在多个节点上相互连接，这种业务比较适合集团内部专用网、局域网等网络的建设，同时对一些对安全性、实时性要求较高的地方（基于IP 的SCADA 数据传送）也适用该技术。

4.结语

随着电力通信系统的发展，MSTP技术的应用将会越来越普遍，简化了电力通信系统中的多业务传送流程。MSTP具有很大的优势：它能兼容传统的TDM 通信业务；能满足IP等多种突发性数据业务的数据传输要求；能够对电力通信系统中的数据进行分析、归类；还可以提高IP数据业务的实时性和安全性。此外，MSTP技术能让多业务同时接入，实现内部网络资源的共享。MSTP技术的诸多优点决定了它在日后的电力通信系统建设中，具有深远的应用意义。

【参考文献】

［１］左建．任艳.MSTP技术推动城域网优化建设[J].电信科学，2005(6).

基于通信器S1503的门禁系统的设计篇4

关键词：以太网 IP113 PECL

以光波为信息载体进行光通信的历史由来已久，大气激光通信是以大气作为传输介质的通信，是激光出现后最先研制的一种通信方式。由于它具有传输距离远、频带宽、发射天线小、保密性好及抗电磁干扰等优点，越来越受到关注，应用也日渐广泛起来。

以太网是应用最广的联网技术，它以可靠性高、媒体信息量大、易于扩展和更新等优点，在企业、学校等领域得到广泛的应用。根据IEEE802.3 Ethernet标准规范，以太网每段同轴电缆长度不得超过500m，通过中继器互联后，网络最大距离也不得超过2.8km。在这种情况下，利用激光无线通信技术，超越以太网的地域限制，满足数据通信的需要，具有很强的应用价值。

基于串口通信的电站监控系统设计篇5

小型固定及方舱电站作为应急备用电源系统, 已在银行、医院、移动通信、部队等许多领域和场合得到广泛应用。对于无人职守的备用电站, 要求电站不但能可靠、连续不间断地工作, 还要有一定的通信能力, 以实现对电站的远程 (集中) 控制及检测功能, 方便用户使用及维护。

在实时控制系统和自动化测量系统中, 串行通信是实现计算机与控制系统数据传输的主要通信手段。因此, 本文采用PLC与PC机之间的串行通信方式, 实现电站的“三遥”功能, 即远程在线实时监控电站的运行状态、性能参数及故障信息, 远程在线修改电站的保护及控制参数, 并实现对电站的启停控制。

1 系统功能要求

电站本机需设计为一个符合GB12786—91《自动化柴油发电机组通用技术条件》和GB/T4712—96《自动化柴油发电机组分级要求》的单机应急自动化电站控制系统[1,2]。系统远程监控功能:

(1) 遥测:发电机组的三相电压、三相电流、频率、输出功率、冷却水温度、机油压力及蓄电池电压, 旋转UPS (不间断电源) 的三相电压、频率。

(2) 遥信:工作状态, 工作方式, 电压/电流/频率故障, 水温高、油压低及燃油位低故障。

(3) 遥控:开/关机及ATS开关转换。

(4) 保护及控制参数修改:电压/电流/频率故障保护动作值、电站操作人员开机密码及电站初始状态。

2 系统总体结构

电站监控系统的总体结构如图1所示。

该系统的设计主要从通信传输方式、本机控制单元 (发送端) 和远端显示控制单元 (接收端) 入手。其中发送端是整个系统的核心部分。基于电站“三遥”功能要求复杂、可靠性高的特点, 经过多种技术方案的分析比较, 最终选用性价比适中的西门子SIMATIC S7-200 (CPU226, 2个RS485通信口) 型PLC作为发送端控制器, 该控制器提供的RS485串行通信接口可支持PPI、MPI、Profibus和自由模式下的用户定义通信协议。接收端采用带有RS232接口的PC机。RS232接口与RS485接口通过PLC的PC/PPI电缆实现转换。

3 发送端设计

3.1 硬件设计

发送端主要由S7-200 PLC, 电压、电流等传感器 (或变送器) 和执行元件组成, 如图2所示。

发送端工作原理:将发电机组的电压、电流、频率信号经各自的变送器转换为+5 V直流电压, 作为PLC模拟量输入信号;转速采样通过安装在发动机飞轮壳上与飞轮齿面垂直的磁性传感器测得, 磁性传感器与发动机飞轮齿顶的距离为0.5～1 mm, 传感器输出交流脉动信号, 该信号经整形后进入PLC高速计数口I0.2, 从而实现对电站发动机转速的监测功能;电站循环水温度传感器、机油压力传感器的输出为开关量, 可直接进入PLC的开关量输入口。PLC对采集的各参数进行比较、运算处理后, 得出机组及市电的工作状态。旋转UPS的工作参数通过RS485通信端口传输到PLC, PLC根据这些工作状态判断机组、旋转UPS是否投入运行, 并自动完成市电与旋转UPS、旋转UPS与机组电之间的相互切换[3,4]。

3.2 软件设计

3.2.1 软件程序流程

发送端软件设计是指PLC梯形图的编制。该软件主要完成对电站及旋转UPS参数的采集、运算、判断及控制功能, 其工作流程如图3所示。

3.2.2 PLC设置

(1) 串行通信口配置

系统采用PLC自由模式下的用户定义协议, 即用户用编制的梯形图程序来调用接收中断、发送指令、接收指令等通信操作。S7-200 PLC带有2个串行通信口, 可通过特殊寄存器SMB30 (端口0) 和SMB130 (端口1) 来配置自由模式下的通信参数。本系统采用端口0完成PLC与PC机的通信, 配置为SMB30=9, “9 600, N, 8, 1”, 即选择自由口协议、波特率为9 600 bit/s、每个字符为8 bit、不校验。

(2) 接收信息控制配置

系统通过对特殊寄存器SMB87、SMB88、SMB89、SMW92和SMW94的配置, 检测PC 机传输信息的起始字符、结束字符等信息, 以保证读/写字符的正确性。接收信息控制配置如表1所示。

4 接收端设计

系统采用一台PC机作为接收端, 实现电站“三遥”功能。本文主要介绍接收端监控软件的设计。

监控软件采用VB语言编制。VB提供了一个MSComm串行通信控件[5,6], 其属性描述及设置如表2所示。

在设置完MSComm控件后, PC机即可通过COM0口发送指令到PLC的PORT0 (或PORT1) 口, 发送的指令格式为33字节, 格式如表3所示。

启动监控程序后, PC机通过多个定时器不断地轮流读取PLC传来的数据, 每个定时器每次读取8字节数据, 并根据需要将这些数据显示在监控主界面上, 如图4所示。监控主界面主要包括菜单设置、状态显示、故障显示、参数显示、操作控制、发电机组额定参数、工作状态提示及系统时钟显示八部分。各部分的主要功能:

(1) 菜单设置:

为方便用户操作及使用, 监控主界面设计了运行、系统参数 (额定参数、电流变比、发动机齿数、启动时间) 设定、电气保护参数 (过电压、欠电压、过频率、欠频率、过电流) 、油机保护参数 (超速) 、设置操作密码及帮助6个下拉式主菜单。通过点击菜单可弹出相应设置窗体, 以重新设定参数、操作密码等。

(2) 状态显示:

对电站工作状态 (机组供电、运行等) 进行实时显示。

(3) 故障显示:

定时读取PLC故障状态显示寄存器各标志位及故障保护参数存储器, 实时显示电站的故障类型。

(4) 参数显示:

对电站及旋转UPS工作参数进行实时显示。

(5) 操作控制:

发送 (写) 启动/停机指令给PLC相应寄存器, 控制机组的启停。

(6) 电站额定参数:

上电读取PLC相应寄存器单元参数, 以提醒用户正确使用电站。

(7) 工作状态提示:

定时读取PLC工作状态标志寄存器, 用滚动条的方式不断显示电站实时工作状态及提示用户下一步操作。

(8) 系统时钟:

显示时间。

5 系统特殊设计

根据现场使用特点, 相比国内外同类产品, 该系统在任务保障性、可维修性、可操作性方面进行了特殊设计。

(1) 任务保障性:

系统具有应急、手动及自动3种控制方式。这3种方式分层次设计, 可通过一键转换独立运行, 保障了电站在紧急情况下的应急供电。

(2) 可维修性:

系统引入了专家诊断设计, 即电站发生故障后, 在本地及远端都有自动语音提示, 可提示电站故障发生的类型、故障点及排除方法, 增强了电站的可维修性。在接收端的实现方法:根据故障代码判定故障类型, 借助PC机上的声卡和VB中的MMControl多媒体控件, 执行以下代码:

6 结语

利用PLC及串行通信技术设计了一种电站监控系统, 实现了电站“三遥”及参数修改功能。该系统可应用于各种型号、功率的电站上, 如低噪声智能多制式电站、75 kW低噪声汽车电站、150 kW自行式大功率电站等, 操作方便, 性能可靠。此外, 该系统的接收端监控软件还可嵌入到大型分布式控制系统的监控软件中, 作为其监控程序的一部分, 以完成设备集中化管理任务。

参考文献

[1]GB12786—91自动化柴油发电机组通用技术条件[S].1991.

[2]GB/T4712—96自动化柴油发电机组分级要求[S].1996.

[3]王胜洪, 孙晓静, 谭坚.柴油发电机组PLC控制装置[J].移动电源与车辆, 1999 (1) :17-19.

[4]谭景文, 孙晓静, 姚琪.自动化低噪声汽车电站的研制[J].移动电源与车辆, 2003 (1) :10-12.

[5]范逸之, 陈立元.Visual Basic与RS-232串行通信控制[M].北京:清华大学出版社, 2002.

基于通信器S1503的门禁系统的设计篇6

【关键词】锁相环技术；无线通信系统；设计

锁相环是指一种电路或者模块，它用于在通信的接收机中，其作用是对接收到的信号进行处理，并从其中提取某个时钟的相位信息。或者说，对于接收到的信号，仿制一个时钟信号，使得这两个信号从某种角度来看是同步的(或者说，相干的)。由于锁定情形下(即完成捕捉后)，该仿制的时钟信号相对于接收到的信号中的时钟信号具有一定的相差，所以很形象地称其为锁相环。

1锁相环技术的工作原理及功能

1.1锁相环技术的工作原理

锁相环的主要结构十分简单。它由鑒相器、环路滤波器、压控振荡器(VCO)和分频器构成。锁相环电路在启动时处于“失锁”状态，这时，VCO分频后的输出频率与参考信号的频率无关。鑒相器是相位比较部件，把相位差转换成成比例电压信号；环路滤波器具有低通特性，消除误差信号的高频分量及噪声，同时他还是整个环路动态特性的主要调节部件；压控振荡器受控于环路滤波器输出电压的控制，并形成所要求的频率信号。对于数字锁相环的具体工作过程：在锁相环环路处于失锁状态时，参考时钟的上升沿与VCO输出时钟的上升沿之间存在一个相位差，这个相位差经过积分之后，反馈回来控制VCO的输出频率，使之向参考时钟的频率靠近，直到锁定。锁相环进入“锁定”状态，鑒相器鑒测出来的相位误差就进入要求的相位误差范围中，因为此时VCO的频率和相位都与参考时钟的频率和相位一致。鑒相器只对分频后的VC0输出信号与参考时钟进行比较，因而锁相环的实际输出频率比参考频率高N倍。因此，锁相环还可以实现倍频功能。

1.2锁相环的特性

（1）窄带滤波特性。环路对于输入信号可以等效为一个以压控振荡器输出频率为中心的窄带带通滤波器。（2）频率跟踪特性。锁相环因为是一个反馈的控制系统，所以具有跟踪参考频率的特性。该项特性主要应用于调制解调和提取载波上。

2锁相环路的应用

由于锁相环路性能优越，现广泛应用于无线电通信系统中，可实现模拟和数字信号的调制和解调、频率合成，锁相接收机等方面。

2.1锁相环在调频和解调电路中的应用

调频波的特点是频率随调制信号幅度的变化而变化。由压控振荡器表达式可知，压控振荡器的振荡频率取决于输入电压的幅度。当载波信号的频率与锁相环的固有振荡频率ω0相等时，压控振荡器输出信号的频率将保持ω0不变。若压控振荡器的输入信号除了有锁相环低通滤波器输出的信号uc外，还有调制信号ui，则压控振荡器输出信号的频率就是以ω0为中心，随调制信号幅度的变化而变化的调频波信号。由此可得调频电路可利用锁相环来组成。

2.2锁相环路在频率合成方面的应用

目前，频率合成器已成为电子技术、空间技术和通信技术中的一个重要的组成部分。例如，在现在无线电收、发信机中，广泛采用频率合成器作为收、发信机的振荡频率源。

2.2.1频率合成器概述

所谓频率合成器，就是以一个精确度、稳定度极好的石英晶体震荡器作为基准频率，并利用加、减、乘、除等基本运算技术，以获得与石英晶体振荡器同等精确度和稳定度的大量离散频率信号的设备称作频率合成器。为什么用频率合成器来代替收、发信机的振荡频率源，那么，就应当知道原来收、发信机的振荡频率有什么问题。我们知道，在超外差收信机中，总是要求收到的中频信号是一个恒定的频率值。可是在实际工作中，发信机的载波频率和收信机的本机振荡频率，可能由于温度、电源电压和负载的变化引起频率漂移，从而使混频后的中频频率也发生变化。这样，一方面会给调制信号造成寄生调制而引起接收信号的失真，另一方面又会使收信机的选择性、灵敏性显著地降低，尤其严重的情况是，如果中频频率漂移的范围超出收信机的中频放大器的通频带，则可能完全收不到信号。因此，为了克服上述的缺点，就要求现代的发信机、收信机都采用稳频措施，以提高频率的精确度和稳定度。频率合成器便是一种优良的稳频设备。

2.3锁相式频率合成的实际应用

锁相式频率合成在实际应用中采用IGO环路，这种环路的框图。通常在这种环路中，图中的鑒相器是采用取样—保持电路组成的脉冲取样鑒相器，图中的基准输入脉冲对压控振荡器的输出信号进行周期取样，如果压控振荡器输出频率f0恰好是基准输入脉冲的某次谐波，则脉冲鑒相器输出直流，环路锁定，其环路输出频率f0为：f0=Nf (N=1、2、3、4……)式中N是脉冲的谐波次数。

由此可得出：(1)环路输出频率f0的稳定度取决于基准输入信号频率fi，若fi是石英晶体振荡器的频率，则f0具有与fi相同的频率稳定度，即有较高的频率稳定度。(2) IGO环路，实际上是起着倍频作用，即输出频率f0等于N倍的输入信号频率fi当然锁相式频率合成的实际应用有很多种，在这里只是列举出了其中的一种。

本文设计的是可用于高频无线通信系统的频率合成器模块中的全数字锁相环架构。锁相环路的应用不仅如此，还有可以解决专门问题的锁相环，如彩电电视彩色副载波的提取，振荡器的频率稳定与提取，相关应答器等，在电子设备，无线电，航空航天，雷达等领域被广泛采用。

参考文献

[1]万天才. 频率合成器技术发展动态[J]. 微电子学.2004 年 8 月第 3 卷， p1-6

[2]王建新. 直接数字频率合成技术及其应用研究[D]. 南京理工大学，博士学位论文，1999年 8 月，p.2

[3]高泽溪高成. 直接数字频率合成器(DDS)及其性能分析[J]. 北京航空航天大学学报，1998 年10月第 24 卷第 5 期.

（作者单位：西安外事学院）

民航通信导航系统的设计浅析篇7

【关键词】航空通信导航民航安全通信系统设计

一、引言

民航运输，肩负着我国日益增长的居民出行运输重任，民航的空中安全管理成为重中之重。防患于未然，利用通信导航系统晚上安全航行，提升安全预警机制，不仅仅关系着飞行员和乘客的安全，也与地面居民的生命财产安全息息相关。借助精确的民航和及时通信导航系统杜绝空难事故的出现，是民航安全管理局的首要任务。如何优化民航通信导航系统的使用操作，传输精确的数据，实现预警空中事故的发生，对于建设安全民航空中运输有重要现实意义。

二、民航航空通信导航系统概念

民航航空通信导航系统，是包括通信联络、组织调度、协调作业指挥控制等。导航主要是引导航班的近进引导、进场着陆等，导航有地面、空中、机载涉及的区域。主要的操作是运用有线、无线通信设备，时时传递数据信息，保障沟通顺畅，飞行过程中能按照塔台及控制中心的调度指示完成安全航行，并且保障地地通信、地空通信的安全畅通运行。

三、民航航空通信导航系统存在的问题

3.1航空通信受到干扰影响安全运行

我国地面卫星发射塔台、地面基站的数量逐渐增多，会出现相互干扰、带外干扰和同频干扰等，影响民航的航空运输。尤其是无线电设备、飞无线电设备的电磁波影响，会给民航运输中正常数据的分析和传播带来影响，造成传播的偏差，导致民航空难事故的发生。

3.2运输流量大影响实时监测数据传输

民航运输的迅速发展，全国同一时段不同航线飞行的航班越来越多，地面枢纽终端主要是通过雷达来管制流量较大的机场、区域。我国大部分高空、中低空管制区配备了二次或一、二次雷达检测实时数据。在航行的情报上，自动化的航行情报系统，在面临航行高峰期时段，仍然不能满足中控枢纽终端雷达的实时数据传输，造成部分民航行航班因为调度不当而延误，甚至造成航行路线冲突，引发空中交通事故。

四、民航航空通信导航系统的优化设计

4.1完善机身干扰系统检测和升级

无线电对航行的干扰危害重大，在硬件上需要对机身四周采取加强机载无线电设备抗干扰系统的安装和定期升级。针对民航运输的特殊性，调整塔台及导航监视系统对航行途中的飞机实时监测的信号源识别，选择特有的航空通信接受频率，保证民航运输接收调度信息的频率独特性。利用航空电信网让AOS、GNSS与各种通信系统结合，实现各空中交通管理信息系统之间资源共享和数据交换。对同属于民航运输的空中航信信息，自动识别并传输，方便飞行员自身可以操控空中较近领域的航行班机，距离较近的班机以强烈信号频率发出预警，频率达到一定赫兹则会传导飞行员最优的避开路线，保证飞行安全。

4.2提升预警系统及管理软件科技含量

民航空中交通的预警管理需要多方面人员的合作管理，建立以民航局运行管理中心、区域管理中心和机场管理塔台三线合一的安全应急管理系统，在系统管理上与国外先进的预警系统合作，形成连点成片的内外部沟通协调机制，能及时根据实际航空安全近况做出预警和应急策略。提高安全监测、预警的软件科技含量是完成安全预警管理的技术保障。例如，引进国外先进航空预警系统：美国的GPS、俄罗斯的GLONASS，加快预警数据传输的硬件开发及合作，建立VHF数据库、ACARS系统。加快空中交通管理计算机网络化及自动化，建立自动的ACC数据管理系统。利用国际空间站卫星、机载电子设备、地面预警管理的时时联系和综合应用，完善民航的全球导航卫星系统方案，提升GPS和GLONASS的发展。如使用INMARSAT-Ⅲ改变其实时定位精度，增强民航导航的可靠性，使用GNSS，机就可直线飞行，缩短飞机间隔，还能省时省油，提高安全性、准点率与空间利用率，并且还能以此为基础作自动相关监视。

基于通信器S1503的门禁系统的设计篇8

根据实际项目的使用要求, 本文使用TI公司的TMS320F2812 DSP芯片与Xilinx的FPGA芯片XC3S400以及ASIX公司的AX88180芯片完成了基于网卡通信控制系统。

1 方案设计

系统以TI公司的TMS320F2812 DSP为中央处理器, 该芯片是用于测控领域的16位定点DSP, 处理速度达到150 MHz, 其主要特点是采用哈佛总线结构, 具有快速中断响应和处理能力, 具有4 M线性程序地址与4 M线性数据地址, 16位的数据总线, 以及1 M寻址空间的地址总线;三个外部芯片选择信号[6,7]。DSP负责通信数据信息的处理, 接收网络接口数据包, 将其转换成串行通信数据包, 并且将接收到的串行通信数据返回给网络接口。网络接口控制芯片对收到的网络数据进行处理, 将以太网传输的数据格式转换成数据, 与DSP处理器进行交互。采用Xilinx公司的Spartan系列的Spartan3-SC3S400芯片作为外部微处理器, 该芯片有400 K门, 8 M逻辑单元, 32×28个CLB (Configurable Logic Block) 内部资源。可获得的LUT门为7 168;可以使用的逻辑区为3 584[8]。FPGA完成以太网接口芯片AX88180的控制和UART实现, 采用DS90LV019进行TTL信号与差分信号转换;DSP与FPGA之间采用总线方式进行数据读写操作。系统功能框图如图1所示。

2 硬件电路设计

系统硬件设计分三部分: (1) 中央处理器TMS320F2812DSP与FPGA之间的接口部分, 这部分负责系统的通信转换控制; (2) 网络控制芯片与FPGA之间的接口, 这部分负责以太网数据与总线数据之间的转换; (3) UART接口, 这部分负责串行通信数据串并转换。

2.1 DSP+FPGA硬件电路

TMS320F2812作为中央处理器;FPGA作为外部接口XINTF与DSP连接, 连接内容包括:地址总线Address (18~0) 、数据总线 (15~0) 、片选信号 (XZCS0AND1) 、DSP读使能 (XRD) 、DSP写使能 (XWE) 、外部保持请求 (XHOLD) 、外部保持应答 (XHOLDA) 、外部准备后信号 (XREADY) 、中断控制信号XINT。DSP与FPGA连接原理框图如图2所示。

DSP处理器与FPGA处理器之间采用XINTF总线接口进行数据交互, FPGA作为DSP的一个外部扩展区, DSP处理器需要通过读、写、片选三个控制信号, 以及地址总线、数据总线以访问外部SRAM的方式进行读写控制, 控制信号通过DSP的外部I/O进行。实现方法如下:首先在FPGA内部构建一个基于分布式块区域异步IP核的SRAM, 该SRAM的数据宽度是16位, 深度是1 024, 具有读写控制信号WE, 读时钟RCLK和写时钟WCLK。读时钟RCLK由DSP的读信号XRD赋值, 写时钟WCLK由DSP的写信号XWE赋值, 读写控制信号WE由DSP的外部扩展IO赋值, 当DSP需要写外部SRAM时, IO设置为低;当DSP需要读外部SRAM时, IO设置为高。

2.2 网络接口

网络控制器选择ASIX公司的AX88180芯片, AX88180芯片是台湾ASIX公司推出的全球第一款NonPCI接口的千兆以太网络控制芯片。

通过FPGA芯片需要配置其控制信号, 网络接口芯片控制原理图如图3所示。

2.3 UART接口

UART接口芯片采用DS90LV019芯片, 该芯片电压是3.3 V, 接口是RS422/RS485接口与TTL电平转换, 电路原理图如图4所示。

3 软件设计

系统软件由两部分组成, DSP软件和FPGA软件, 其中DSP软件负责系统的控制工作。FPGA负责系统底层工作, 包括网络接口芯片的驱动及数据转换和UART接口的实现。

3.1 DSP软件设计

DSP作为系统的核心处理器, 系统地控制全部工作过程。DSP首先完成上电初始化, 并进行参数设置, 完成中断源XINT设置、GPIO设置, 然后进入主循环程序, 进行系统需要的运算处理。处理过程中, DSP以中断方式接收FPGA提供的中断信号, 该中断信号表示网络接口芯片AX88180已经接收到完整的一帧UDP数据包, 接收到中断信号后, DSP设置FPGA内部的网络接口SRAM为读操作, 读取接收到的网络通信数据。进行数据判断与处理之后, DSP需要通过FPGA内部的发送SRAM向控制端返回数据, DSP先把需要发送的数据写到FPGA内的发送SRAM, 这时SRAM的操作信号由DSP产生, 数据写好以后, DSP需要产生一个低电压有效的宽度为1μs的脉冲信号, 作为网络发送数据的起始信号。发送SRAM与接收SRAM是FPGA内部建立的两个独立的SRAM, 这两个SRAM可以并行操作。需要注意的是, 网络接收的数据格式与SRAM内顺序保存的数据格式不同, 需要DSP进行数据格式转换。

DSP处理器接收到数据包以后, 需要将接收到的网络数据写给UART接口SRAM, 然后由UART接口完成数据发送。UART接口接收过程与网络接口接收过程是一致的。

DSP接收网络数据包流程图如图5所示。

3.2 FPGA软件设计

3.2.1 网络接口芯片

网络接口操作是由FPGA使用VHDL语言实现的, 所以接收和发送两个进程可以并行操作。图6是网络接口发送流程图。

当网络上有数据时, AX88180对数据包进行分析, 如果UDP数据包的目的地址、源地址、端口号都正确, 进入数据接收进程, 按网络格式把数据保存到FPGA的接收SRAM内, 这时, 接收SRAM的控制信号是由FPGA产生的, 包括写信号、写时钟。数据接收完成后, 产生中断信号, 并且把SRAM的控制信号交给DSP。

数据发送进程如下:当接收到DSP产生的发送脉冲后, FPGA操作SRAM, 并且读出数据, 封装目的IP地址、源IP地址、端口号等固定格式, 产生UDP数据包, 通过网络发送。

3.2.2 UART接口

UART接口与网络接口一样, 都采用DSP的外接总线接口XINTF实现, 通过两个SRAM与DSP处理器进行数据交互。篇幅原因, 这里不再重复。不同的是, UART这里没有采用专用的接口芯片, 而是由FPGA使用VHDL语言实现, 这样对于程序控制更简单。

4 实验结果

本文提出的硬件设计已经通过实验验证, 系统在网络通信速度为1 Gb/s、串行通信速度为230.4 kb/s、8位数据位环境中运行稳定可靠。

本文设计了采用TMS320F2812DSP和以太网控制器芯片AX88180实现的嵌入式系统, 设计了系统的硬件电路、以太网接口和UART接口及软件程序。实验表明, 该电路实现简单、工作稳定, 具有一定的实用价值。

摘要：为了实现以太网数据与RS422串行通信接口之间的转换, 设计了采用TMS320F2812DSP和以太网控制器芯片AX88180实现的嵌入式系统, 给出了系统的总体方案、硬件结构、数据交互方法以及软件实现方法。在网络通信速度为1 Gb/s、串行通信速度为230.4 kb/s的实验环境下进行测试, 测试结果表明, 该方案设计简单, 运行稳定可靠, 具有一定的使用价值。

关键词：DSP,控制,以太网,串行通信

参考文献

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[7]万山明.TMS320F281xDSP原理及应用实例[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2008.

基于通信器S1503的门禁系统的设计篇9

单片机是科技发展的产物,通过单片机实现实时信息通信是当今讨论的热门话题。实时信息通信在工业遥控、石油钻井、城市管网压力、温度监测及智能家电等领域都有广泛应用[1,2,3]。本文设计的一种基于单片机控制n RF905的无线通信系统,不仅省去设备之间的物理线路连接,简化了施工难度和系统复杂度,而且扩展性好,维护上更容易实现,并大大降低了成本。

1 系统结构及功能

此无线控制系统由发送模块和接收模块两大模块组成,系统结构框图如图1所示。其中PIC单片机[4,5]控制n RF905发送系统采集的信号,是系统的发送模块,当设置好正确的配置字,发送使能信号被相应的置位后,发送模块就可以按照预先设计好的工作方式发送数据。而由MSP单片机控制n RF905组成接收模块[6,7],负责系统信号的接收,通过单片机给相应的接收模块进行配置字设置,即保证接收模块和发送模块工作性能匹配,包含工作频率相同、数据存储地址一致等,这些参数吻合后接收模块就可以接收发射模块发射的数据。因此该系统的核心器件是低功耗8位RSIC结构PIC单片机和16位MSP430单片机及Nordic公司推出的无线射频模块n RF905。

2 系统硬件设计

2.1 系统微控制器

发射模块的微控制器是由美国Microchip公司生产的高性能、低功耗8位PIC16F877A单片机[8],其具有高性能RISC CPU结构、非易失性程序和数据存储,8级深度的硬件堆栈,片内可靠运行的RC振荡器,低功耗高速CMOS FLASH/E2PROM工艺,并采用全静态设计,SPI可实现单片机与其他外围器件或不同单片机之间串行数据通信。

MSP430系列单片机[9,10,11]是美国德州仪器(TI)1996年开始推向市场的一种超低功耗的混合信号处理器(Mixed Signal Processor)。强大的处理能力的MSP430系列单片机是一个16位的单片机,采用了RISC CPU结构,具有丰富的寻址方式(7种源操作数寻址、4种目的操作数寻址)、简洁的27条内核指令以及大量的模拟指令;大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算;还有高效的查表处理指令;有较高的处理速度,在8 MHz晶体驱动下指令周期为125 ns,这些特点保证了可编制出高效率的源程序。

本系统收发模块选择不同型号的、低功耗的微控制器的目的:一是为保证系统良好的移植性,在条件不允许情况下,搭建系统的选择性就会更加广泛;二是在保证实时控制的前提下,系统功耗更低,尤其适用于像本系统一样对功耗要求比较严格的设计。

2.2 无线射频模块

n RF905采用Nordic公司的VLSI Shock Burst技术。Shock Burst技术使n RF905能够提供高速的数据传输,而不需要昂贵的高速MCU进行数据处理/时钟覆盖。可以自动完成处理字头和CRC(循环冗余码校验)的工作,可由片内硬件自动完成曼彻斯特编码/解码,使用SPI接口与微控制器通信,配置非常方便,其功耗非常低,以-10 d Bm的输出功率发射时电流只有11 m A,在接收模式时电流为12.5 m A。n RF905单片无线收发器由一个完全集成的频率调制器,一个带解调器的接收器,一个功率放大器,一个晶体震荡器和一个调节器组成。其Shock Burst工作模式的特点是自动产生前导码和CRC,可以很容易通过SPI接口进行编程配置。

n RF905配置简单,功耗低、速率快,利用廉价的微控制器就能开发使用,开发周期短、费用低是无线控制系统的理想选择。

3 系统软件设计

用C语言编译器开发单片机系统具有使用方便、编程效率高以及仿真调试容易等突出特点。该系统的重点是控制n RF905的程序设计,首先对n RF905进行初始配置,配置完成后按需要编写用户数据的发送和接收程序。

3.1 PIC控制的发送模块

发送系统由PIC单片机n RF905组成。PIC单片机通过SPI串行端口与n RF905进行通信连接。n RF905的SPI总线是Motorola提出的一种同步串行外设接口,是一个环型总线结构,具有信号线少、协议简单、传输速度快的特点。其CSN、SCK、MISO、MOSI端口通过连线连接到PIC单片机的SPI通信口RC5、RC4和RC3引脚,因此可以使用硬件控制。

3.1.1 PIC的SPI初始化

发送程序首先是PIC单片机SPI总线进行初始化,初始化程序如下:

由以上代码可看出PIC首先是对同步串行口控制寄存器和状态寄存器进行初始化,初始化使单片机工作在主控方式,输出时钟为1 MHz,空闲时时钟停留在高电平(为了和n RF905相匹配),允许串行口工作,无冲突无溢出输出数据末采样输入数据,串行时钟在SCK的上升沿发送数据,缓冲器仍为空。初始化还使相应的端口初始化和屏蔽所有中断,片选禁止等等。

3.1.2 给n RF905写配置字

在向n RF905写数据时的操作如图2所示。即通过MOSI端口把写命令写入n RF905的存储区,写命令找到相应的存储块并将其使能,接着在时钟的配合下被写的数据就按照写入的先后顺序写入存储区内。

在写n RF905配置字的时候时序问题是不能忽略的,如图3所示是写操作时序图。据此图可得知,n RF905的SPI工作时片选必须是低电平,时钟的上升沿采样输入数据。

本系统中n RF905的配置字内容如下:

根据这些取值可知本系统发送模块选用频率段为433 MHz、发送功率为10 d Bm、自动重发数据、发送接收地址有效宽度都为1 B等。配置字很重,它是收发模块实现正常通信的密钥,在设置被配置位时一定要注意收发模块的相关性。

3.1.3 写发送地址

写发送地址命令为0X22,此操作必须按照图2所示的规范以及满足图3所示的时序关系。本系统采用的发送地址是0XCC,0XCC,0XCC,0XCC,这是和接收模块通信的关键,只有地址匹配无线收发模块才能实现正常通信。

3.1.4 写发送数据且开始发送

写发送数据命令为0X20,此步操作是本系统的核心,发送数据是携带操作指令的载体,只有在发送数据合法化,既保证每次最多只能发4个数据,否则接收就会出现错误。本系统采用的发送数据如图4所示。

模式控制接口由TRX-CE、TX-EN和PWR组成,控制n RF905的四种工作模式:掉电和SPI编程模式;待机和SPI编程模式;发射模式;接收模式。各种模式的控制如表1所示。

根据表1,编写的转换成发射模式的程序为:

至此,整个发送流程从写配置字、写发送地址、写发送数据到转换成发送模式都已完成,接下来就是要编写接收模块的程序。

3.2 MSP430控制的接收模块

接收模块是由MSP430和n RF905组成的,和发送模块一样,MSP430也是通过SPI接口完成与n RF905的通信过程的。下面来讨论程序实现接收的整个过程。

3.2.1 SPI初始化配置

和前面的讨论类似,首先对MSP430的SPI进行初始化,初始化程序为:

在接收模块中P3用于SPI,SPI工作在主模式。UCLK时钟信号被延迟半个周期后用作SPICLK信号、数据在UCLK的上升沿输出,输入数据在UCLK的下降沿输人,选择SMCLK作为时钟源,3线SPI模式。

3.2.2 写配置字

写配置字程序的过程和发射模式大同小异,不再详述。

3.2.3 接收模式以及接收数据

从表1可知,要实现接收模式,其相应的PWE和TRX-CE必须为1,而相应的TE_CE为0即可实现,MSP语法规则和PIC的有差异,其相应的程序为:

现在接收模块已经进入接收状态,接下来要做的就是从存储模块中读取接收到的数据。写操作要按照严格的时序进行,读操作也不例外,相应的读操作时序如图5所示。读数时片选位必须工作在低电平,n RF905在SPI时钟输出的下降沿采样数据,操作指令在数据的上升沿采样数据。请注意这和写数据不同,在读数据的同时必须向n RF905写入数据,这样n RF905才能正常工作。按照以上描述,给n RF905读接收数据指令0X24,就可以接收到数据,十进制数值如图6所示,据图可知接收数据和发送的数据一样,实现了正常无误的通信。

4 结语

以上无线控制系统的设计具有高速率、低功耗等优点,而且整个系统外围元件少、调试方便、软件工作量小。特别适用于遥控、工业数据采集、非接触RF智能卡、小型无线数据终端、信息家电、生物信息采集等领域。

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基于通信器S1503的门禁系统的设计篇10

关键词:Dbus 通信 GTK Python 智能手机 Android

DOI:10.3969/j.issn.1672-8289.2010.10.056

0. 引言

近年来,随着手机产业的飞速发展,越来越多的科研人员投身到了手机或者与手机相关的行业中来。由于手机系统属于嵌入式系统的一个典型的子类,而嵌入式系统的技术复杂度比较高,所以很多研发人员都容易对手机系统的开发工作产生了一些畏惧心理。这和手机系统的相对封闭性和复杂性有一定关系。本文旨在通过研究基于Linux的手机系统,向大家介绍一种很有前景的通信方式和基于这种通信方式而开发的调试系统。了解了本文介绍的通信机制后,读者很容易能够理解当前的一些优秀手机系统的通信方式,比如谷歌的Android系统,Palm的Web OS。这些系统中就用到了本文中提到的通信机制。

1. 智能手机系统架构

文中提到的设计所运行的手机系统由两个CPU组成,即一个应用处理器加上一个协议处理器架构。这也是当前普遍的智能手机架构。用户界面及应用程序都在应用处理器端实现,而协议处理器实现了GSM/GPRS的Layer1到Layer3部分(如图1-1所示)。左边的框图中包含的模块为应用处理器上的主要软件模块,右边的Modem则实现了手机通信的协议栈功能。

图1-1 GSM/GPRS 智能手机体系架构

在应用处理器上搭建的是Linux for arm的平台,版本为2.6.12.,采用GPE phone edition作为中间件。在GPE phone edition中,主要由以下几个模块构成:

* Phone server

监听电话,短信,电话本这3个模块的Dbus请求,根据请求构造AT命令并通过串口发送到modem, 监听modem返回给串口的数据或者监听未知事件(如来电,来短信)的数据到来,并通过Dbus发给电话短信息等基本应用如:voicecall,sms等。

* Gpe-applauncher

Gpe-applauncher为模块间互相调用提供服务,如一个模块可以通过gpe-applauncher调用另外一个模块。当然,这里的调用主要是通过Dbus接口。

* 基础应用

如语音通话模块(Voicecall),短消息模块(SMS),电话本模块(Phonebook), 其它应用如通话记录,日历,备忘录,闹铃等。

2. 手机中各模块间的通信机制

手机系统中存在很多模块间的通信机制,常见的通信机制有信号,信号量,消息队列,共享内存等。这些通信机制都有各自的特色,并且使用的环境也各不相同,本文想要介绍一种基于Dbus总线的任务间通信方式,并且会介绍一下基于此通信方式下的调试系统的设计。

Dbus是一种进程间的通信系统,它提供了同一台设备上的不同进程间的交互。Dbus被定义为快速、轻量级的进程通信系统。目前Dbus已经被广泛应用于Linux系统中,充当主要的通信系统。 Dbus的一个特点就是通用性,不论我们在什么平台上开发,只要是涉及到Dbus通信部分,其概念都是一样的,只有不同的编程语言上的差别,比如Glib和QT,Python等应用,彼此用Dbus通信的语句可能不同,但基本要素都是一样的。

3. 手机的常见Debug方式

一般来说,对于嵌入式设备常用的调试方法,在手机开发中也是通用的。这里介绍几种大家比较熟悉的调试方法。

当系统还处在没有LCD的情况下,或者LCD驱动还没有正常工作时,有几个方法可以做调试,一种就是用示波器或者逻辑分析仪来分析一些测量点上的数据输出。这样的调试方法虽然比较麻烦(需要仪器),但确实非常有效的。当在仪器比较缺乏的时候,还可以通过“点灯法”来监视测量点的数据输出。所谓“点灯法”就是用LED的亮灭来表示测量点的数据值。此法成本较低但却比较繁琐。需要频繁飞线改变电路,以达到不同的测量目的。且测量的值没有办法保存和产生Log,如果眼不明,手不快,很可能需要从头来一次,重新观察。对开发测试人员要求很高。

上面谈到的是在系统开发的初级阶段,而一般情况下,我们的调试都环境都没有这么糟糕。一般在手机开发中的调试都是用比较高端的调试器进行源代码级调试。这个时候可以借用一些调试工具的断点功能,单步跟踪功能,甚至可以查看函数调用栈来查看函数的调用关系。这种情况下,经常用到的调试环境通常为Trace32+适配器+硬件,或者Visual Studio+Simulator。前者是在真实硬件环境下用高级调试工具进行的源代码级别的调试,可以实现和PC上调试代码一样的功能。但是Trace32的调试需要硬件支持,且需要专门飞线留JTEG接口,所以不是每一个硬件都可以快速用Trace32做调试的。而后者虽然是在PC环境上模拟硬件环境,但毕竟是模拟出来的,和真实环境还有比较大的差别,特别是在解决一些问题时,在模拟器和实际硬件上的表现可能完全不同。在这种情况下,一般我们会采用手机开发平台自身带的其他方法。比如用Print类接口作串口打印来输出调试信息。这类方法通用且非常易用,是比较方便的一种方法,特别是在排查一些逻辑问题时,特别有用。另外,这类Print方法可以被改写为打印到屏幕,打印到串口,打印到文件等变种接口。方便不同场合下应用。

除以上之外,一般成熟的手机开发平台都会提供一套Trace的工具,该类工具可以Log到任务间交互的信息。这在多任务系统的高层应用调试中是非常重要的,特别是手机系统,涉及到众多协议。有了这类Trace工具,对了解掌握系统的运行机制非常有帮助。但是这样的Trace系统也有一些缺点,比如说扩展性较差,因为这个系统能够识别出来的信号或者是消息类型不是统一的,所以需要重构能够被这个Trace系统识别出来的数据库,以使这个Trace系统能够捕获和显示出系统的各任务间的通信细节。

在Linux系统中,由于各模块数量众多且各模块间的通信方式不统一,因此也就没有一套Debug系统能Trace到系统中所有任务间通信的信息。那么我们在设计Linux产品时,引入了Dbus总线并把相关应用间的通信方式从原先的Linux原生通信方式移植到Dbus总线通信机制上。而总线上的通信理论上是可以被完成Log下来的。这也为我们设计基于Dbus的Debug系统提供了可能。

4. Dbus debug系统的设计

1) Dbus debug系统设计目标

Dbus debug系统希望能在PC和手机端能够实现一个实时的调试系统,由手机端的Dbus debug工具来跟踪手机上的各模块交互信息。甚至模拟手机上的任务向其他任务发送测试消息。这样的工具需要具备方便实用,有图形化的界面,且部署方便等特性。对于这些要求,我们将在设计过程中一一体现。

在系统设计之初,我们需要对系统采用什么开发语言,什么框架及哪些技术做一系列的调研。通过考虑兼容性和可移植性以及系统的可实现性,我们选择了Python作为主要开发语言,选择GTK作为GUI的框架,以及采用TCP/IP作为PC端与目标端(手机)的通信方式。此外,我们还给这个Dbus debug系统取了个名字:Dbus-ghost.

2) 开发环境

开发环境分为PC和手机两个部分,对于PC来讲,建议在Linux的发行版如Fedora,Ubuntu等的环境下开发,并安装Pygtk开发包,此开发包包含了Python库及运行环境和GTK的开发环境。Target端和PC端类似, 需要支持Python,GTK+。

要测试是否已经安装了Python运行环境(PC或者手机),可以打开一个shell程序然后输入如下所示的命令:

$ python –V

如果返回值为Python版本号,则说明已经安装了Python运行环境。

3) Dbus-ghost设计与实现

一切环境都安装就绪后,我们将进入Dbus-ghost工具的设计阶段。前面提到了Dbus-ghost的设计目的和什么是Dbus-ghost。它将是一个基于Dbus的总线Debug工具。或者说是一个总线Trace工具。在整体框架上,我们将Dbus的GUI部分和数据连接部分分开来分别开发。这个是一个主要的模块划分,因为我们知道数据连接可能因为PC系统和手机等target系统的通信方式不同而不同。

图4-1 Dbus-ghost架构

其中的数据通信层,我们设计时考虑到手机系统为Linux系统,而Linux系统手机,一般的通信协议都是支持的。主要就是考虑硬件端口所能支持的形式。此款手机的手机硬件端口为USB形式。基于USB形式的数据端口,首先想到的就是将手机端口识别为USB,将手机识别为USB client,而将PC识别为USB host。从而实现通信。在PC端,USB协议可以通过安装第三方工具实现。然后我们可以在Dbus-ghost中调用相关USB协议的驱动程序,这些驱动程序都是由Win32API或者Linux的系统调用实现的。这种方法的典型应用之一是将USB虚拟成串口。这样的话,对于PC上的Dbus-ghost软件开发和控制数据将会变得比较容易。这也是目前手机Debug系统常用的方式。

使用串口通信方式可以做到Debug系统中的PC和目标机的数据互通。不过串口通信也有它的局限性, 比如一个明显的问题就是目标机和PC必须是直接互联的,且必须配置一至的波特率等基本参数。为了增加数据通信层的通用性,我们想到了用TCP/IP作为数据传输的协议。对于PC端来说,只要配置了网卡加上OS自带TCP/IP协议就可以了,但是手机端就比较麻烦。因为手机上不可能有网络端口(受限于手机的尺寸)。因此我们如果想用TCP/IP协议的话,必须找到一种不用网络端口可以传输TCP/IP协议的方法。在手持设备中进行数据传输一般可以通过各种串口,网卡,红外以及USB接口等。其中,USB以快速、同步、动态连接且价格低廉,越来越受到欢迎。随着USB的广泛应用,在嵌入式Linux系统中越来越多地增加了对USB的支持。随着网络功能的逐渐普及、强大,通常的做法是在底层将USB接口模拟成一个以太网接口,实现基于Ethernet的网络连接。从而在上层进行同步数据,实现文件传输以及文件备份等。涉及的理论就是Ethernet Over USB或者也可以称作TCP/IP over USB。

有了这个基于USB的通信基础,我们的数据传输层就可以采用TCP/IP方式来实现,并且由于TCP/IP具有数据路由能力,我们也能做到分布式Debug/Log。因此,对应与数据通信层,我们设计了Dbusghostconnector这个模块。并把所有与调试器界面部分的代码,封装到Dbusghost这个模块中。另外还有一个重要模块是运行在Target端的Dbus-monitor模块。这三个模块的关系如下:

图4-2 Dbus-ghost模块组成

如上图所示,在PC端运行的是Dbus-ghost-main模块和Dbusghostconnector模块,前者是PC侧的主程序,负责UI,输入输出,数据处理。而后者主要是数据连通的部分(基于TCP/IP的传输方式)。在target端(手机)上则运行Dbus-monitor和Dbusghostconnector两个模块。前者是Dbus总线的接口,提供监听Dbus总线功能和传送监听数据回PC端的功能;后者则和PC端一样,是数据连接层,提供基于TCP/IP的数据传输服务。

* Dbusghostconnector

Dbusghostconnector是一个类,这个类提供了基于TCP/IP的数据传输服务,且可以运行在PC和target端。这个类设计了如下几个重要成员函数: __init__m。

该函数作为类实例化时运行的第一个函数,有四个参数。第一个参数是Mode,这个参数的概念是区分传输需要用TCP协议还是用UDP协议。对于不同协议,他们的连接形式会不同。第二个参数是pSendAdd, 这个参数是接收端的地址信息。第三个参数是pHost参数,这个参数的含义是发送端的IP地址。第四第五个参数分别是接收端的端口号和发送端的端口号。初始化时,首先判断pSendAdd是否是broadcast, 如果是broadcast则调用get_local_broadcast_addr获取当前局域网的广播地址。接下来就根据模式参数,决定建立TCP还是UDP的链接。同时,由于每一个应用除了需要发送数据外,还要接受数据,所以,同时需要建立端口信息的监听。

4) Dbus-ghost使用

整套Dbus-ghost的部署非常简单方便,只需要将Pygtk环境在PC端正确安装,在Target手机上有Python运行环境。就可以使用Dbus-ghost功能。在使用时,对Dbus-ghost-main.py和Dbus-monitor.py两个文件中的IP地址和端口号做好设定,就能使得PC和Target手机通过USB线进行通信。下面看一看Dbus-ghost系统的使用方法。

第一步,打开PC上的命令行模式,输入如下指令运行Dbus-ghost-main主程序。

图4-3 Dbus-ghost 主界面

运行后的界面如上图所示,这时候看到状态栏还是现实Disconnected状态。这时候还不能去连接。应该执行第二步曲开启Dbus-monitor.py

第二步,打开Linux手机端的命令行界面,输入如下指令,运行Dbus-monitor.py程序,此程序运行后,没有图形界面。仅开启监听PC的线程。当正常运行了Dbus-monitor.py后,则可以进入第三步建立连接了。

第三步,点击 “连接”按钮,看到状态栏显示”Connected”则表示连接成功。此时点击“Log”按钮,就可以Log手机端的Dbus上的消息了。

完成了以上三步,就可以看到Dbus上的消息了。由于运用Dbus的模块很多,如果在做一些过滤器的功能的话还能去掉一些不关心的消息。

为了演示一下Dbus上log的有意义信息,这里从手机环境连接MSN做了一次聊天,并用Dbus-ghost记录到了在Dbus上传送的聊天信息。

下图显示的是在Linux手机端运行的MSN终端,并向其他好友发送一条消息,内容为”test”。

图4-4 MSN聊天窗口

从Dbus-ghost记录到的手机Dbus总线上就看到了一条这样的消息,里面有对方的MSN地址信息,和聊天信息“test”。

图4-5 Dbus-Ghost 记录的MSN聊天信息

以上演示步骤显示了如何使用Dbus-ghost来Log手机上的Dbus总线的通信数据。可以看出,部署和使用这套log系统是非常方便的,且只要是支持python的运行环境,都可以很快运行起来。此调试方法能达到了监控和调试手机Dbus上的应用程序通信的目的,在实际项目开发中,非常实用。