无线异步传输（精选6篇）
无线异步传输 篇1
与传统模拟视频系统相比,数字视频系统具有可数字化采集、储存、处理、传输等特点,以及视频质量高、抗干扰能力强等优势,已得到广泛应用。某微波视频传输系统,目前采用模拟技术体制,存在占用带宽较大,可用频点较少,而且相邻信道之间会相互干扰,多系统无法同时工作,在传输过程中容易造成颜色的失真等系列问题,需要进行技术改造,实现数字化。
为了解决这些问题,在原系统保留射频模块和主要功能不变的基础上,需要对系统进行数字化改造。新系统以基于Linux的ARM11 多媒体处理平台为核心,实现视频数字化采集和压缩处理以及收发处理,实现彩色LCD视频播放; 采用异步串行传输方式,减少开发的难度和周期; 采用mmap和多线程方式,优化了视频数据读取的实时性,保证了视频的流畅性。采用中频CP-FSK调制方式,实现高速视频传输。新的数字视频系统以简单的结构、低廉的成本,易实现的技术完成了高速视频的采集、压缩处理、数字传输和实时回放,达到了设计目标。
1 系统方案
1. 1 视频采集与发送端方案
保留原有微波发射电路的中频以上部分电路不变,采用中频FSK调制器,以中频频率60 MHz为中心,实现高速FSK调制,调制速率设计为1 Mbaud。FSK调制采用灵活配置的DDS芯片AD9854 实现。视频采集与处理模块采用基于ARM11 的Linux嵌入式系统,完成图像采集、H. 264 压缩处理以及视频数据的发送,采用触摸屏显示采集到的视频。视频数据经过压缩和成帧处理后送到FSK调制器,发送方案如图1 所示。
串行数据传输有同步和异步两种方式。同步方式性能好,但收发处理复杂,软硬件成本高,而异步方式实现简单、方便、成本低。综合考虑各种因素,方案采用UART异步串行方式。由于现有嵌入式平台UART所支持的最大速率为115. 2 kbit /s,无法满足设计要求,因此采用USB转UART方式,提升串口传输速率。采用单片CP2102 实现USB转UART,速率最高可达1 Mbit /s,且具有硬件电路简单,成本较低等特点。
视频采集与处理模块可以采用三星公司的多媒体处理器S3C6410。S3C6410 处理器集成了视频处理子系统MPEG-4 / H. 263 / H. 264 协处理器和ARM内核以及多种外设。开发平台前期选用广州友善之臂计算机公司生产的Tiny6410 开发板,支持USB摄像头输入,支持彩色触摸屏,满足各项技术要求[1]。
1. 2 视频接收端与回放方案
保留原有微波接收电路的中频以上部分电路不变,采用中频FSK解调器,以中频频率38 MHz为中心,实现速率1 Mbit /s FSK解调。FSK解调采用集成PLL芯片NE564,单片直接完成FSK解调,接收方案如图2 所示。
与发送端相同,视频接收与处理模块亦采用基于ARM11-S3C6410 的Linux嵌入式系统,完成视频接收和H. 264 解码处理以及LCD视频回放。
2 硬件设计
2. 1 高速异步串行接口设计
串行传输接口采用的USB转UART方式,使用CP2102 作为桥接器,外围电路器件较少。S3C6410 平台通过USB实现与CP2102 数据交换,经过转换后通过UART接口实现异步串行发送。该芯片集成了USB收发器和时钟,USB控制器符合USB2. 0 规范,内部集成48 MHz时钟发生器,发送缓冲640 byte,接收缓冲为576 byte,波特率最高可达到1 Mbaud[2]。
2. 2 FSK调制电路设计
FSK调制方案采用亚德诺( Analog Devices) 半导体公司高性能DDS芯片AD9854,其工作时钟可以高达300 MHz,支持FSK,BPSK,PSK,CHIRP,AM等5 种工作模式[3],串行通信速度达10 Mbit /s。
在FSK模式下,DDS的输出频率是频率调谐字寄存器1、频率调谐字寄存器2 和引脚29( FSK/BPSK/HOLD)逻辑电平的函数,引脚29 的逻辑低电平选择频率f1,逻辑高电平选择频率f2。DDS系统框图如下图3 。
AD9854 输出的模拟信号经过D / A处理,含有高次谐波分量,需进行低通滤波改善频谱纯度。为此,采用Elliptic函数,设计输入输出阻抗为50 Ω,通带截止频率61 MHz,阻带截止频率80 MHz,阻带损耗60 d B,带内波动为1 d B的7 阶的LC低通滤波器。设计中采用了村田公司提供的实际电感电容模型替换ADS仿真设计出的理想模型,并不断对LC参数进行调整后得到了较为满意的仿真结果。滤波器结构和特性见图4、图5。
2. 3 FSK解调电路设计
采用单片锁相环芯片NE564[4]只需外接少量的辅助电路即可方便构成如图3 所示的FSK解调电路,解调波形如图6 所示。
NE564 解调电路的电路参数可设计如下:
NE564 的l2 / l3 端的定时电容CT决定着压控振荡器的固有频率,如式( 1)
中心频率为38 MHz时,计算得CT= 11. 96 p F,那么就可以选6. 8 p F和10 p F的可调电容来调节VCO的中心频率。
环路滤波电容的选定: 当规定环路的 ξ =0. 5,芯片供电电压为5 V,且调节2 脚电位器使2 脚对应电流I2为200 μA后,4、5 脚的电容大小,可用如下式子计算得到4、5 脚电容约为5 p F。
3 软件设计
3. 1 系统软件架构设计
考虑到Linux操作系统的开源、可移植和裁剪,选用Linux-OS平台。在ARM11 + Linux平台上,为了实现既定目标,需要开发底层的USB/UART驱动、USB摄像头驱动、LCD驱动和MFC驱动,以及视频采集和回放、H. 264硬编解码、异步串行收发、LCD显示与人机界面等应用软件。为保证视频采集、压缩、传输和解码、回显的实时性,采用了多线程方式设计。系统软件架构如图7 所示。
3. 2 视频采集及处理软件设计
3. 2. 1 视频的采集模块的设计
V4L2( Video for Linux 2) 是Linux下开发视频采集设备驱动的一套规范,为驱动程序的开发提供了清晰的模型和统一的接口。应用程序使用统一的API函数来进行操作,视频采集流程如图8。
1) 使用open函数只读模式打开摄像头设备文件。接着调用V4L2 接口函数设置视频设备采集格式,采集视频分辨率320 × 240 等。相关参数保存在结构体struct v4l2_format fmt中。
2) 向驱动申请4 个帧缓冲。
3) 将申请到的帧缓冲映射( mmap) 到用户空间,用户可直接获取帧数据。
4)使用命令VIDIOC _QUERYBUF将申请到的缓冲区入采集消息队列,系统返回每个缓冲区的首地址和长度,这些参数保存在结构体struct V4L2_requestbuffers中。
5) 开始采集视频,当采集到完整一帧视频后,使用命令VIDIOC_DQBUF控制缓冲出消息队列,用户依据地址和帧长度就可以获得采集到的视频数据。
6) 将帧缓冲重新入队列,实现循环采集。
S3C6410 H. 264 压缩处理单元进行H. 264 压缩编码时要求输入原始数据格式必须为YUV420。本文中USB摄像头采集到的图像数据格式是JPEG,需要进行格式转换。配合使用S3C6410 MFC-JPEG处理单元和Post Processor,可以将采集的图像格式转换成YUV420。
3. 2. 2 视频的编码与解码
S3C6410 编解码单元具有高性能的H. 264 视频编解码功能,它还能同时处理图像的压缩和解压,也能同时对不同格式的图像进行处理。编解码单元包括BIT处理器和视频编解码模块,BIT处理器能处理比特流和控制视频编解码硬件。编解码单元可以达到全双工720 ×480,30 f/s( 帧/秒)压缩和解压的性能。
1) 本文采用H. 264 编码格式,对YUV420 格式的数据进行压缩以减小其传输所需要的带宽。H. 264 硬件压缩方式,效率高且占用CPU时间少。经测试使用该编码器可以压缩掉90% 以上原始数据,编码顺序如图9。
2) H. 264 视频格式的解码同样采用S3C6410 H. 264硬件解码器,解码后的数据格式是YUV420,需要将该YUV420 格式转换成RGB格式后才能在LCD屏上预览,流程如图10 所示。
3.2.3视频数据发送与接收帧处理
1)视频数据帧格式
压缩后对数据进行拆分,组帧发送,依据驱动buffer大小,以每次发送1 024 byte对数据进行划分,并定长1 029 byte发送。划分的每一组数据加入一些标志位进行组帧,帧头2 byte,数据大小2 byte,帧尾1 byte,拆分组帧如图11。
在进行数据划分时要考虑两种情况: 一是编码后的数据可以分成n整数帧,二是编码后的数据不能整数划分,能分成n帧和余下不足1 024 byte的数据帧m。
2) UART配置及收发流程
串口参数包括控制模式,波特率,起始位停止位数量等参数,串口主要参数设置是在Linux提供的一个标准接口temios中,该接口在头文件temios. h中定义。需要注意的是本文使用串口来传递二进制数据,所以要关闭软件流控,发送模式设置为非规范模式,输入的数据不会被合成一行,不对数据进行加工处理。本设计在此设置串口主要参数如下:
配置好这些关键参数后,串口的运行环境就准备就绪了,这时就可以调用write函数将要发送的数据写入串口设备。
串行数据经过调制过后送如发射机无线传输。处理流程见图12、图13。
3) 数据接收处理流程
接收机收到数据经过低噪声放大,下变频到中心38 MHz频率和中频放大之后送入解调模块恢复出串行数据。在接收上采用中断方式,当串行接收缓冲区接收到1 029 byte数据通过软中断信号告知应用程序读取,并把数据存在环形缓存区1 内。
应用程序读取接收的数据后,通过一些标志位获得视频数据,并将视频流拷贝到一个视频暂缓存区域Buf进行数据的拼接,数据的拼接按照接收顺序和上一帧数据的大小来偏移本次存视频的地址实现。
当完整的接收到一帧视频数据后,将完整的数据转到共享缓冲2,解码线程调用MFC提供的接口函数将接收的视频数据解码并在LCD上显示。因为接收线程,数据处理线程和解码线程是同时运行的,而且共享同一缓冲区进行数据的交互,因此必须采用信号量机制实现同步。进行实际操作之前,进程( 或线程) 先检查信号量的值,如果当前值大于0,则进行P操作( P操作使信号量值减1) ,否则休眠,等待其他进程( 或线程) 在该信号量上V操作( V操作使信号量值加1)[7]。解码操作流程和函数如图14。
3. 2. 4 视频数据读取和实时性优化
在数据采集压缩端,主要有两个处理任务,一是采集的视频本地回显,二是将采集的视频数据格式转换后进行H. 264 压缩并发送,如图15 所示。考虑到视频数据流向较为复杂,对实时性要求很高,需要进行优化处理。
因此,视频数据读取和实时性优化采用了如下措施:
1) 视频采集时采用mmap方式,其具体功能就是直接将物理内存直接映射到用户虚拟内存,使用户空间可以直接对物理空间操作,相比较在用户控件和内核空间互相拷贝数据,效率更高。
2) 视频本地回显,压缩和解码数据流交互采用共享环形缓冲区和多线程机制。在采集视频端主线程负责视频采集和LCD本地回显,子线程实现数据的转换和H. 264压缩与传输。在接收端除接收主线程之外,开辟了一个数据拆帧和数据拼接线程,一个解码显示线程,组成了一个类似于三级流水线形式的处理流程,保证了画面的流畅。
4结束语
采用了高速串行异步通信方式,实现视频的无线传输和接收,硬软件实现较为经济。设计中采用了ARM +Linux平台,可以根据需要进行软硬件裁剪,解调采用了NE564,即可在中频阶段实现数据的恢复,在发送接收端采用了多线程,实时性得到了提高,经系统级联实验测试,在分辨率为320 × 240 情况下,可以较稳定的传输接收并解码显示,色彩保持度较好,平均帧率在10 f /s以上,达到了设计要求。
摘要：基于Linux操作系统,以ARM11嵌入式处理平台为核心,采用异步串行传输和FSK调制解调方式,设计了一种视频采集、处理与无线高速传输系统。采用USB摄像头实现数字视频的采集,S3C6410处理器对视频进行H.264硬件编解码,并利用FSK调制解调模块和射频模块完成视频的无线传输与接收。经实验测试,系统达到设计要求。
关键词：S3C6410,Linux,H.264,FSK调制解调,无线传输
无线异步传输 篇2
1.1 背景
部分信息化建设较早的总分结构的大型企业存在这样一种情况, 系统分散部署在各分支机构。近年来, 随着企业业务及信息化发展, 绝大部分新系统上线之初就以集中形式建设, 老的分散系统则逐步开始进行大集中。这个过程中, 不可避免的出现了集中系统与分散系统交互的情况, 消息机制无疑是处理这类交互较好的一种方式。
1.2 研究思路
以某公司实施的集中系统与分散系统数据传输项目为案例, 介绍了初始设计时采用的技术思路, 经试运行, 总结过程中产生的问题, 提出了解决方案并付诸实践, 对数据传输压力和改进效果进行对比分析。
2 参考文献
2.1 消息
消息有异步和同步之分。同步指客户发出调用后, 必须等待服务对象完成处理并返回结果后才能继续执行;异步指客户发出调用后即可返回, 待对端完成处理后, 再返回结果。在现实系统中, 异步消息机制得到了广泛应用, 出现了消息中间件MOM (Message-Oriented Middleware) , 它的主要机制是:消息发送者将消息发送给消息服务器, 消息服务器将消息存放在消息队列中, 在合适的时候将消息发送给接收者, 发送和接收是异步的。
2.2 JMS
JMS (JAVA Message Service) 是J2EE平台中消息处理标准, 是一个与具体平台无关的API, 绝大多数MOM提供商都对JMS提供支持, 包括IBM Web Sphere MQ、Oracle Web Logic Server、Apache Active MQ等。它包含了点对点 (Point to Point) 和发布订阅 (Publisher/Subscriber) 两种消息模型, 提供可靠消息传输、事务和消息过滤等机制。
2.3 MDB
MDB (Message-Driven Bean) , 即消息驱动bean, 是在EJB容器中消费和处理异步JMS消息, 这样可以把一些任务抽象出来交给容器提供的基础功能去完成。MDB消息处理模式, 极大简化消息监听、消息处理逻辑, 提高消息处理效率, 并实现自由配置消费者的大小, 合理使用资源, 当初始消费者较少时, 根据业务繁忙情况, 容器自动创建消费者实例, 增加服务处理能力, 当服务压力较小时, 可释放一定的消费者, 减少资源使用。
3 某公司数据传输方案
3.1 系统体系结构
A系统为全国集中的渠道类系统, 公司很多核心应用分散部署在分公司, 为保证A系统数据的正常后处理, 需开发一套数据传输系统用于总分公司数据交互, 保证后续业务的顺利进行, 同时保障总分公司相关数据一致性。
3.2 消息处理机制设计
(1) 在总公司和分公司各部署相应数据传输应用。
(2) 采用多线程后台运行模式, 总公司与分公司分别有三个线程处理三个队列消息, 每个线程负责一个队列消息的处理, 即每个线程启动一个服务窗口显示消息的处理情况。
(3) 总公司三个队列集中处理全国各地的消息。
4 问题及分析
4.1 问题
(1) 资源管理机制不完善, 无法有效监控资源利用情况。
一是每个线程需要的资源比如:系统内存大小、线程总数大小及需要加载的服务启动jar包都需单独配置, 资源利用不合理。
二是通过单独线程启动服务, 无法方便的监控服务运行情况, 包含数据源的使用情况, 服务线程使用情况, 消息队列的使用情况等。
(2) 可靠性差, 个别地区的消息堵塞影响全国数据交互
总公司三个线程集中处理全国消息, 在初期业务量较小的情况下还适用, 随着业务量快速增长该模式已经无法保障消息正常收发。每天下午4点到6点各分公司上收消息量达30000条/小时;同时, 总分数据传输不稳定的现象也时有出现, 原因包括总分广域网网络异常, 分公司数据传输设备异常, 分公司数据传输应用异常等等。一旦消息出现堆积, 蝴蝶效应会立刻将影响放大到各分公司。
4.2 解决方案设计及效果
为有效解决以上问题, 拟实施以下几点改进方案。
4.2.1 整合服务到MDB
采用MDB处理模式后, 相关资源的分配管理由容器实现, 对数据库的访问也可以直接使用JDBC方式进行访问, 实现了资源的有效管理配置;另外, 可以通过中间件控制台可视化监控服务器运行情况, 及时发现问题以便采取措施。
4.2.2 采用集群部署
为保障数据传输系统的稳定性, 总公司采用集群部署方案, 以应对单节点出现异常的情况;采用集群部署, 在主管服务控制台上需要调整消息队列为分布式队列。
4.2.3 队列分区优化
为解决单一地市出现问题影响全国的情况, 梳理出经常出现网络问题的地市及出单量较大的地市有针对性的进行分区处理。分区简单理解为在总公司服务端将各分公司分成不同区, 对不同区采用不同的数据传输队列及服务, 进行负载均衡及分解风险。综合考虑到资源合理利用及负载、风险有效分担, 分解后共设有6个区。如表1所示。
4.2.4 错误队列优化
现有服务正常使用三个队列进行处理消息, 所有队列消息处理顺序都是先进先出, 因某个消息无法正常处理时不会被移走, 就会造成消息堵塞。为解决该问题, 在总公司端增加了错误队列, 并基于中间件采用了容错机制。
调整后总公司每个分区配置5个队列, 分别用于消息发送、接受以及容错。具体如表2所示。
错误队列使用机制。当正常队列无法把消息推送到目的地时, 需要将正常队列消息转移到错误队列, 以便下一个消息正常处理。转移到错误队列的消息等待与该分公司数据传输服务进行连接, 若连接成功, 则继续处理此队列上的消息。如图4-1所示。
经过以上调整, 对新近的数据传输效率进行了统计, 结果比较满意, 具体如下。
2014年1-4月数据传输单量、传输时间及数据传输一次成功率见下表, 共传输约1728千万笔, 平均每日约14万笔。如表3所示。
从以上数据可以看出, A、B类单平均在1.3秒内能够完成;D类单平均在2.5秒内能够完成;有99%以上的单子, 能够一次传输成功, 只有少部分单子因分公司数据库、网络等原因需要人工处理。
5 总结
本文简单介绍了消息传输技术, 基于某公司现状及数据传输需求, 设计了数据传输方案, 并针对试运行期间出现的问题进行一定深度的分析, 设计解决方案, 达到了一定的效果, 可以供同类项目参考。
参考文献
[1]徐计忠, 何明昕.基于JMS的金融支付系统的实现[J].计算机应用与软件, 2010.
[2]王俊松.基于JMS和Web服务的数据交换系统研究与实现[J].工业控制计算机, 2013.
无线异步传输 篇3
1 总体方案设计
在VSP存储系统中，测井数据由井下的采集节点传输给井上的采集站再通过有线网络传输给PC机。所得到的测井数据通过串口从PC机发送给FPGA，再由FLASH写控制器将测井数据写入FLASH，最后FLASH读控制器将烧写到FLASH中的数据读出并通过串口发送到PC机与原始测井数据进行比较。如图1所示。
系统以FPGA为核心，实现串口收发、FLASH的读、写、擦除操作以及整个系统的控制协调功能。首先PC机控制开关选择器产生FLASH擦除命令使能信号并通过擦除模块完成FLASH擦除操作。当PC机接收到测井数据并以字节形式完成串口数据的发送后，开关选择器启动UART接收模块和写模块将接收到的测井数据写入FLASH。为了检验烧写到FLASH中的测井数据是否正确，FLASH写模块将测井数据写入FLASH后，开关选择器启动读模块并将从FLASH读取到的测井数据通过UART发送模块发送给PC机。最后通过串口调试工具将接收到的测井数据与原始测井数据进行比较，以保证测井数据正确写入。
2 顶层模块方案设计
采用Cyclone IV系列FPGA[4,5]，以自顶向下的设计方法设计UART控制FLASH进行存储的顶层模块，顶层模块组要由波特率发生器模块、UART接收模块、UART发送模块和FLASH模块组成。如图2所示。
2.1 波特率发生器模块
波特率发生器实际上就是一个分频器[6]，它给发送模块和接收模块提供发送数据接和收数据的基准时钟，这里分别定义为sclk(9 600 bps)和rclk(16×9 600 bps)，波特率发生器产生的分频时钟rclk是sclk的16倍是为了在接收数据时能够精确地采样以提取异步的串行数据。由于FPGA的系统时钟为50 MHz,RS-232通信的波特率为9 600，即50×10[6]/9 600=5 208，故采用偶数分频得到sclk，由50×10[6]/9 600×16=325，故采用奇数分频得到rclk。仿真如图3所示。
2.2 发送模块
发送模块的功能实际上就是对并行数据的缓存并进行并/串转换，然后将数据输出。发送模块采用FSM的方法，状态转移图如图4所示。整个发送模块的状态机包括3个状态:idle、send和stop。idl为空闲状态，复位后发送模块就处于这一状态并不断检测起始信号。若检测到txd的跳变，则立即进入send状态。在send状态中按波特率依次发送帧数据且遵循帧格式为1位起始位、8位数据位和1停止位。然后进入stop状态检测停止位，等待一定时间后直接跳到idle状态。仿真发送数据01010101如图4所示。
2.3 接收模块
整个接收模块在其内部状态机的驱动下完成相应的逻辑功能，状态转移图如图6所示。复位后UART接收模块处于r＿start状态，在此状态下状态机等待rxd由逻辑1变为逻辑0的电平跳转从而判断UART数据帧的开始。检测到起始位后状态机转入r＿center状态，当检测到rxd由逻辑0变成逻辑1时进入r＿wait状态，在r＿wait状态保持信号值不变并等待记满16个采样时钟后判断8个有效比特是否发送完毕，如果是则转到r＿sample，否则，跳转回r＿wait状态并等待数据发送。r＿sample状态即数据位采样检测，完成后无条件转入r＿wait状态，仿真接收数据01010101如图7所示。
2.4 FLASH模块
2.4.1 FLASH读、写、擦除操作
Spansion公司的S29AL016D[7]芯片有70 ns和90 ns两个速度等级，可充分满足FPGA的工作时序要求。根据芯片的操作命令表和时序图通过编写FSM即可实现FLASH的读、写、擦除操作。FLASH存储器字节编程命令和整片擦除命令如表1、2所示。
FLASH写操作时序如图8所示，在PA(向待定的地址)中写入PD(待定的数据)时片选信号CE一直为低。FLASH存储器实现写操作需要4个总线周期并且每个总线周期占4个时钟周期。第一个时钟周期Addr和Data有效，第二时钟周期WE被拉低同时地址被锁存，第4个时钟周期WE被拉高，此时数据被锁存从而完成一个字节的写操作。当完成4个总线周期的写操作后，若检测到RYBY变低即可以将OE拉低进入读操作。
2.4.2 FLASH读、写、擦除的编程实现
对FLASH读、写和擦除操作就是按照规定的时序传送指令序列并查询相应的状态位从而判断FLASH内部执行指令的工作状态[8]，其状态转移图如图9所示。Flash空闲或上电时处于idle状态。当接收到有效的外部操作指令后，Flash状态机控制器进入判决状态并在判决状态中完成对外部操作指令的识别。然后对Flash进行相应的写、读和擦除操作，验证了依次向地址0h00004f中写、读和擦除数据0h0f，仿真如图10、图11、图12所示。
3 接口电路设计
FLASH是一种非易失型存储器，在VSP数据存储系统中采用Spansion公司的S29AL016D以帧数据格式存储测井数据，以便根据需要随时读取。该芯片具有存储容量大，速度快，功耗低，掉电后数据不丢失且可选择性进行8位或16位数据操作等优点。电路与PC机通过RS232串行接口链接并采用MAX3232对UART进行RS232的电平转换。在本系统设计中采用8位数据总线系统，FPGA与FLASH以字节方式进行数据交换。接口电路如图13所示。
4 结论
本文介绍了基于FPGA的UART控制FLASH存储系统的设计，重点描述了系统总体方案的实现、硬件电路设计以及各个模块的设计。本文将基于FPGA的UART控制FLASH系统结构进行了模块化分解并采用状态机对核心电路部分进行了描述，使控制逻辑直观简单，大幅度提高了设计效率。该存储系统设计方法将FPGA、FLASH与UART相结合并已成功应用于VSP测井领域，实践证明了该存储系统的稳定性和实用性。
参考文献
[1] 胡刚,何正勤,叶太兰.浅VSP技术应用研究进展.工程地球物理学报,2009;6(3):282—288
[2] 杨大柱.基于FPGA的UART电路设计与仿真.微计算机信息,2007;23(5):212—215
[3] 周治良,刘俊,张斌珍.基于FPGA及FLASH的数据采集存储系统设计.微计算机信息,2007;23(3):91—94
[4] Cyclone device handbook.Altera Crop,2004
[5] 夏宇闻.Verilog数字系统设计教程.2版.北京:北京航空航天大学出版社,2003
[6] 贾子申,李淑清,王冠雅,等.基于FPGA的UART控制器设计.电子测量技术,2008;31(3):82—84
[7] S29AL016D90TFI020Handbook.http://www.analog.com/datasheet.2004
无线异步传输 篇4
关键词：WEB程序,AJAX,交互性
基于WEB的应用程序越来越多地采用B/S架构, 提高了程序开发效率, 降低了维护成本。但是, C/S时期客户分散的处理任务, 现在均交由服务器进行处理, 服务器的压力增大。由于每次应用的交互都需要向服务器发送请求, 频繁的数据交换以及相同的HTML在浏览器和服务器间往来, 浪费了带宽, 降低了效率, 响应也慢, 白屏现象更令用户体验感大大降低。利用A-JAX异步传输技术可以有显著改善B/S架构WEB程序的上述不足。
1 AJAX技术
Ajax是Asynchronous Java Script and XML的缩写。AJAX是一种独立于Web服务器软件的浏览器技术。它不是一种新的编程语言, 而是一种用于创建更好更快以及交互性更强的Web应用程序的技术。AJAX使用Java Script向服务器提出请求并处理响应。其核心对象是XMLHTTPRequest, 通过这个对象, 用户的Java Script可在不重载页面的情况与Web服务器交换数据。
AJAX应用可以仅向服务器发送并取回必需的数据, 它使用SOAP或其它一些基于XML的WEB SER-VICE接口, 并在客户端采用Java Script处理来自服务器的响应。因此在服务器和浏览器之间交换的数据大量减少, 响应更快。同时很多的处理工作可以在发出请求的客户端机器上完成, 所以Web服务器的处理时间也减少了[1]。AJAX传输应用模型及工作原理如图1所示。
Ajax不需要任何浏览器插件, 只需要用户允许Java Script在浏览器上执行即可。在基于Ajax技术设计的系统中, 浏览器不仅仅是内容的展示, 而以完整的应用运行环境的地位出现, 当用户访问时动态返回的页面内部带有大量客户端脚本程序, 构成客户端运行环境, 使浏览器端能够产生丰富的应用交互事件, 并负责处理这些事件的异步响应。用户界面对象能够被单独地加以更新, 不再需要刷新整个页面对象树。设计者能够利用异步事件机制实现丰富的用户界面交互过程。
与常规页面刷新不同, AJAX应用是由客户发出针对特定对象的请求, 只有少量上下文变化需要的数据才会被在浏览器和服务器之间传输, 以其占用网络带宽少、速度快、用户体验较好等优点, 同时, AJAX能够在浏览器端实现丰富的客户端交互类型, 实现大量传统Web应用无法实现的功能, 受到了WEB应用程序开发者的青睐, 成为基于WEB应用信息管理系统开发的重要工具。
使用Ajax的最大优点, 就是在不更新整个页面的前提下维护数据。这使得Web应用程序更为迅捷地回应用户动作。
2 AJAX局部刷新实现步骤与方法
AJAX的功能和方法很多, 下面以一个常见页面局部刷新为例, 并通过注释介绍AJAX异部传输实现用户交互的过程。
以上是一个典型的AJAX局部刷新示例, 浏览器页面显示为“这里是页面原有内容”和一个按钮[更新]。当用户点击[更新]按钮时, 触发on Click事件, 从而启动AJAX处理过程send Request () 函数, 请求服务返回页面webajax.asp的HTML, 返回div为st的容器, 并更新内容。
在上述处理过程中, 页面其他对象均保持不变, 实现了局部刷新。
3 典型应用实例研究
下面以在线考试系统的设计为例。
一个在线考试系统中, 如图2所示, 考生答题页面, 被置于一个框架网页之中。由于考生需要在各道试题之间进行切换, 传统页面刷新, 会带来试题Request集合的刷新, 页面对象全部刷新, 控制面板的重新计算, 而真正需要刷新只有试题记录[2]。
AJAX借助异步传输可以实现记录更新, 从而提高处理速度, 减轻服务负担。
图2中, 题号按钮的生成代码为:
当用户点击题号按钮时, on Click事件触发浏览器端send Request () 函数, 并传送st_id参数。Send Request () 函数请求页面webajax.asp页面处理记录为st_id的记录, 并返回到div为st的容器中。
[上一项]、[下一项]按钮, 由于无法绑定st_id值, 因此在设计时, 可以在页面置入一个隐藏域st_id, 通过value属性绑定到当前试题的st_id字段值上。
在页面send Request函数中, 加入下现两行代码, 以取得st_id请求参数值。
st_id=st_id+1;//上一项为-1, 下一项+1
同样原理, 交卷按钮可以通过AJAX, 请求另一个asp页面lt.asp, 通过lt.asp页面处理并返回未答题的记录集st_id信息, 并更新到原另一个div块jcinfo中, 作为漏题提醒使用。其回传接收函数process Responsejc_lt () 作出如下处理:
这段代码可以实现confirm提示, 同时在页面jcinfo块内更新提示。
Ajax技术正在推动各类传统的桌面类应用的进一步发展, 并成为Web开发的一种主流技术趋势。
此外, 在表单处理过程中, AJAX为多个列表/菜单的级联更新提供了又一种解决方法, 可以大大地提高用户界面的交互性和友好性。
4 结束语
Microsoft Active Server Pages动态网页技术, 已经成为WEB应用开发的主流技术之一。在采取B/S架构, 没有了客户端程序开户维护的成本之后, 网络通信量、服务器的处理负担在加重, 响应速度变慢。AJAX在Web应用程序中的客户端脚本和服务器语言之间架起了一座桥梁, 通过把现有页面的一部分组织起来, 通过浏览器端脚本程序处理, 使这部分页面内容能够以异步的方式更新, 而无须刷新整个页面, 实现了更加方便的相互沟通, 给用户带来愉悦的体验, 降低了冗余请求和响应对服务器造成的负担[3]。
AJAX为WEB程序由C/S向B/S架构发展之后, 促进B/S架构WEB程序的更好发展提供解决之道, 将推动WEB应用的进一步发展。
参考文献
[1]佘名高, 王程根, 邓浩, 等.基于Web2.0的Ajax技术的开发[J].计算机技术与发展, 2007 (5) :203-205, 209.
[2]唐满英.基于ASP语言的考试系统软件设计[J].网络安全技术与应用, 2009 (4) :58-60, 36.
无线异步传输 篇5
近几年, 随着国民经济的快速发展和基础设施建设步伐的加快, 能源需求增长加速, 煤炭产量也迅速增长, 煤矿生产最重要的问题之一便是安全问题[1]。三相异步电机作为煤矿企业生产的重要电气设备, 被广泛应用在煤矿生产的各个环节, 不可避免地会发生故障, 对煤矿生产安全运行蕴藏潜在的威胁。因此, 实现煤矿三相异步电机的实时监控, 及时准确地掌握煤矿三相异步电机的运作状态, 确保其安全运行, 具有十分重要的意义[2]。
1 系统工作原理
Zigbee无线传感器网络由分布式传感器节点、路由节点、协调器节点组成, 基于Zigbee的煤矿三相异步电机无线监控系统如图1所示, 电机网络节点通过传感器完成煤矿三相异步电机的电压、电流参数的测定, 并经过功率计算, 将测得的数据通过Zigbee网络传送给协调器, 同时根据协调器发来的指令实现对电机的控制。Zigbee网络的协调器通过串口和用户监控中心进行通信, 将采集到的电机的参数数据传送给监控计算机, 同时接受监控计算机的控制指令, 并通过Zigbee网络把质量发给相应的电机网络节点, 从而实现煤矿电机功率的实时监控。
2 硬件设计
煤矿井下三相异步电机无线监控系统硬件部分主要由上位机主站和异步电机网络节点两部分组成。上位机主站是由一台工控机或个人电脑与协调器通过串口相连;异步电机网络节点则是由测量异步电机参数的传单元、电源模块、微处理器、继电器模块和通信模块组成。
异步电动机网络节点结构框图如图2所示, 用内置精确的低偏置线性霍尔电流传感器ACS712进行相电流采集;利用磁补偿原理、在电气上高度绝缘的霍尔电压传感器HNV-025A进行相电压采集, 两者采集的信号经信号调理电路处理后通过A/D转换后送给微处理器;利用感应线圈测量转子频率测量电机的转差率, 从而根据异步电机能流图计算出电机功率;无线射频模块负责与协调器的通信, 发送电机的参数, 并接受电机的控制命令;继电器模块实现对电机的通断控制。
微处理器选用TI公司的CC2530单片机, 采用增强型8051MCU, 支持IEEE 802.15.4协议[3]。该芯片硬件方面, 内部自带ADC, 集成高性能的RF收发器及出色的低功耗功能。
由于矿井下数据传播路径会遇到阻隔, 所以CC2530无线射频模块选用外接型鞭状天线增强信号的强度。无线RF模块电路选用无巴伦的匹配电路, 天线匹配电路如图3所示, 电路中C18、C19、C20、C21、C22、L2和L3的阻抗相匹配, 满足射频模块输入/输出阻抗为50Ω的匹配要求。
由于常用的电源电压为5 V, 而CC2530的工作电压为3.3 V, 选用NCV1117ST33T3G芯片, 它是一款低压降可调稳压芯片, 可以把输出电压调整到3.3 V, 电源电路原理如图4所示。
协调器硬件设计和异步电动机网络节点类似, 也是选择CC2530为控制芯片的无线射频单元与其他节点通过Zigbee网络进行数据通信, 而工控机和CC2530通过串口进行数据通信。
3 系统软件设计
软件设计包括上位机监控软件设计、协调器软件设计及异步电动机网络节点软件设计三部分。上位机监控软件设计包括监控界面的设计及数据库设计, 监控界面查看三相异步电机的各种参数及运行情况, 数据库存储三相异步电机运行参数。协调器主要负责管理整个无线网络, 检查整个网络中各个节点连接运行情况, 接收各节点传来的电机参数数据并送给工控机, 同时接收工控机控制指令并发送给相应的节点, 程序流程图如图5所示;异步电动机网络节点负责采集电机参数信息并将数据转送给协调器, 主要负责与协调器建立网络、接收控制指令、发送数据参数并计算电机的功率, 程序流程图如图6所示。
4 结语
本文采用CC2530为主控芯片的设计异步电动机监控无线节点, 构建基于Zigbee的无线监控网络, 实现了对煤矿井下三相异步电动机的无线监控。实验结果表明:本系统运行稳定, 能够实时采集电机的电压、电流参数, 并经过功率计算, 实现煤矿电机功率的实时监控, 确保电机的正常运行。
参考文献
[1]韩涛, 黄友锐, 曲立国.基于Zigbee的煤矿风机无线监控系统研究[J].煤矿机械, 2014, 35 (1) :218-220.
[2]惠阳, 曹现刚, 张怀珠.基于XC164CS单片机的煤矿三相异步电机功率监控系统[J].煤矿机械, 2014, 35 (1) :194-196.
无线电力传输关键技术 篇6
关键词：无线电力,频率,中继,功率,认证
1 频率调整
1.1 根据元器件参数调整谐振频率
谐振电路[1,3]中, 当发射线圈的电感偏移时, 谐振电路的固有频率将发生偏移, 传输功率和效率会下降很多, 因此需要使发射装置的谐振频率能够跟随其元器件固有频率而变化, 即在发射装置的发射线圈和驱动电路之间设置反馈环节, 通过测量发射线圈回路的电流和电压, 确定二者之间的相位差, 如果匹配合适则发射电路已经达到谐振, 此时电路呈阻性, 如果偏离谐振则电路呈容抗性, 并据此通过PI控制器对驱动电路进行控制, 使得驱动电路改变输入到发射线圈中电能的频率。
1.2 接收装置跟踪发射装置谐振频率
只有接收装置的谐振频率与发射装置的谐振频率相同时, 即二者共振, 电能的传输效率最高;此外, 当接收装置能够跟踪发射装置的谐振频率时, 接收装置能够和任一发射装置进行电能传输, 即一对多, 增加了接收装置的适应性。
因此, 使得接收装置的谐振频率能够跟随发射装置的谐振频率是极其必要的, 即在接收回路中增加由选择开关、固定电容、固定电感组成的分段粗调节补偿电路和由可连续调节电容、可连续调节电感组成的细调节补偿电路, 并在接收回路和补偿电路之间设置反馈环节和控制电路, 将从接收回路测量得到的电气量反馈给控制电路, 控制电路判断该电气量是否达到其最大值, 进而根据判断结果对补偿电路进行切换, 实现接收装置对发射装置谐振频率的跟随。
1.3 发射装置谐振频率的调整
如果在供电范围内存在与发射装置谐振频率相同的寄生负载, 则在发射装置为期望的接收装置传输电力的同时, 该寄生负载同时也会从发送装置吸取电能;如果发射装置的谐振频率一直保持不变则寄生负载的温度将会跟随吸收电能的增加而上升, 导致其发生不必要的过热损坏。
因此, 应当在发射装置回路中增设由选择开关、固定电容、固定电感组成的分段调节补偿电路, 并设置温度感测单元或计时计数装置, 当温度感测单元检测到的温度高于预设温度, 或当计时计数单元计算得到的时间或数值大于预设时间或数值, 控制选择开关动作以接通不同的调节补偿电路, 改变发射装置的谐振频率使其中断对某个固定频率寄生负载的供电。
2 无线电力的中继转发
无线电力传输是有距离和方向限制的, 即将接收装置放置在某一距离以外或偏离某一方向时, 其将无法得到电力供应。因此需要在发射装置和接收装置之间建立中继。
中继具有接收部用于接收发射装置发送的电力, 具有发射部用于输出其接收的电力以为接收装置提供电力, 接收部的结构可以与接收装置一样, 如具有跟随发送装置谐振频率的部分, 发送部的结构可以与发射装置一样, 如具有改变发送部谐振频率的部分, 即中继可以以某一频率接收电力并以另一频率发射电力, 扩宽了无线电力传输的路径范围, 增加了接收装置的种类和数量。
是否开启中继, 开启哪一个或几个中继, 可以通过将接收装置的位置信息反馈给中继控制部来实现, 中继控制部根据接收装置的位置信息选择中继中的一个或几个来逐级接收发射装置发出的电力并转发给接收装置, 当接收装置与发射装置之间的距离较小时所有的中继都将处于休止状态, 最大可能地减少传输过程中损耗的电力。
3 传输功率控制
有线电力传输中, 负载通过适配器与交流干网连接, 以保证负载能够得到需要质量的电力供应, 同样, 无线电力传输中的接收装置也各自具有符合其自身要求的电力供应条件, 因此根据接收装置自身对供应电力的需求调整供应至其的电力是十分必要的。
可在每个接收装置中增设符合自身负载需求的适配装置, 但这无疑增加了成本;也可以建立发射装置和接收装置之间的通信通道, 如电力载波或无线, 接收装置通过通信通道将自身的电力需求情况传输给发射装置, 发射装置的通信部分接收该通信信号并根据其调整发射装置的输出电压。
当存在多个接收装置且其电力需求优先级不尽相同时, 每个接收装置可通过通信通道将自身的电力需求情况以及紧急程度传输给发射装置, 发射装置的通信部分接收这些信号并按照电力需求紧急程度为每个接收装置分配不同的电力, 将大部分电力首先供给电力需求优先级最高的接收装置, 根据接收装置实时电力需求情况分配电力供应。
4 接收装置认证
由于发射装置传输的电力在整个无线电力传输范围内都能被接受到, 因此如何避免没有被指定的接收装置无偿地从发射装置吸取电力, 避免发射装置过载过热等现象, 是需要注意的重要问题。
可加设接收装置认证体系, 只有经过发射装置认证的指定的接收装置才能够从发射装置汲取电力。认证方法有固定口令和动态口令, 发射装置可以选择定次或定时向接收装置询问口令。
发射装置可以定时改变自身的谐振频率, 并将改变顺序与周期通过加密通道发送给指定的接收装置, 即使有不被指定的接收装置偶尔通过了认证程序, 但当发射装置的谐振频率改变时没有被指定的接收装置接收到的电力将变得极小。
如果将发射装置自身谐振频率改变的周期设置的小于接收装置跟踪到正确的发射装置谐振频率所消耗的时间, 即使没有被指定的接收装置具有频率跟踪功能, 其也无法获得满足自身需求的电力供应, 从而保障了无线电力传输的安全性。
5 结语
我国无线电力传输工业正处于蓬勃发展阶段。本文根据笔者多年从事无线电力传输工作的相关经验, 提出了在应用无线电力传输时首先需要考虑的关键技术, 促进该项技术的产业化进程。
参考文献
[1]Joshua Le-Wei Li.Wireless Power Transmission:State-of-the-Arts in Technologies and Potential Applications[C].Proceedings of the Asia-Pacific Microwave Conference, 2011.
[2]曾翔.无线电力传输技术研究[J].硅谷, 2010.