数据传输系统（共12篇）
数据传输系统 篇1
自动引导小车(AGV,Automatic Guided Vehicle)是一种无人驾驶搬运车,它按照控制系统下达的指令,根据预先设计的程序,依照车载传感器确定的位置信息,沿着规定的行驶路线和停靠位置自动行驶,完成一系列作业功能[1]。大多数基于视觉引导的试验用AGV的路径识别是将摄像头捕获的路面信息直接传送至安装在车体上的嵌入式系统或车载PC完成图像处理;其各类控制数据的传送也是由车载PC,输出到单片机速度控制模块。这种传送方式对图像处理器的硬件要求较高、成本不易控制,且由于使用车载控制中心,导致AGV小车只能按照预先设定的控制程序工作、遇到特殊情况难以迅速进行人工干预、控制方式不够灵活、交互性较差。
针对数据(图像数据、控制指令)有线传输方案带来的各种不便,我校AGV课题组研究了基于无线传输技术的AGV系统:将控制中心与AGV车体分离,以PC作为控制中心,即上位机。路面图像信息无线传输至PC进行图像处理,PC既作为图像处理设备又作为控制中心,各类控制指令通过无线数据传输系统发送至车载单片机系统,进行运动控制。操作者可通过PC随时监视AGV运行状况,且在必要时可以迅速进行人工干预,控制小车动作;此外,控制中心还可以同时控制多台AGV,节约了成本,且更贴近生产实际。
1 AGV系统设计
AGV系统作为柔性制造系统(FMS)的重要组成部分,是当前的研究热点内容。基于视觉引导的AGV,其工作场所的路径布置灵活,且计算机图像处理技术成熟、控制精度较高,是当前AGV发展的主流方向之一[2]。
整个AGV系统由车体、无线图像采集模块、无线数据通讯模块、上位机PC模块、单片机处理模块、传感器模块组成。具体的工作过程为:无线图像采集模块的CCD摄像头拍摄路面图像信息,无线传输至上位机PC,进行图像处理,图像处理后得到车体当前的位置偏差与角度偏差,将计算结果转换为对应的控制指令通过通讯模块无线发送至车载单片机处理模块进行运行姿态修正,并结合速度传感器实现速度PID闭环控制。操作者也可直接在上位机控制软件中预置速度和停车信息,这些指令自动无线发送至单片机控制系统。AGV系统的结构如图1。
2 AGV无线图像采集模块
基于视觉引导的AGV的核心技术是采集路径信息进行图像处理并计算偏差。我课题组在PC上使用Visual C++编写图像处理程序,开发控制软件。上位机既作为图像处理装置,又作为控制中心。
无线图像采集模块由无线CCD摄像头、接收机、数字视频采集卡以及PC组成。模块的硬件构成如图2。
所选用的无线摄像头其频率范围为:ISM (2 400～2 483) MHz,工作频点为2 414 MHz、2 432 MHz、2 450 MHz、2 468 MHz,调频模式,无障碍传输距离为100 m,DC12 V供电。采用CCD图像传感器,PAL标准:512×582像素,解析度为420线,由于路径标识线为黑白纯色(白底黑边),图像参数基本满足试验环境下的要求。摄像头与路面成45°角安装于车体前部,将拍摄的路面图像信息发送至配套的图像接受机,接收机工作在(9—12) V电压下,通过A/V连接线与数字视频采集卡JVS—C692Q相连。JVS—C692Q安插于PC主板的PCI插槽,配备4路A/V输入接口,可发展为多点通信AGV,接收多路AGV路面信息。
Visual C++数字图像处理技术成熟,采用Visual C++开发上位机图像处理程序对PC接收到的图像进行截取,经过降噪、图像灰度化、二值化、提取中心线等步骤,即可计算出小车当前行驶方向与路径标线之间的角度偏差和位置偏差,并计算出相应的纠正参数;在途径十字路口时,通过图像配准技术与将获取的路口标志图像与预定的标志图像进行比较,判定小车下一步的行驶方向,计算得到相应速度控制参数;上位机计算的各类参数由无线通讯模块发射出去。
3 AGV无线通讯模块
3.1 工作原理
无线通讯模块主要由PC控制软件、两个无线收发模块PTR8000、两个搭载AT89S52单片机的开发板组成,其硬件组成如图3。
AGV系统启动、预置速度、停车时间控制等指令通过上位机控制软件按一定的数据格式输入,如:Lxx表示左边的驱动电机转速控制为xx,Rxx表示右边的驱动电机转速为xx,两个电机取不同的转速即可实现差速转向,这些数据由控制软件经RS232串口传送至单片机1;在AGV正常运行,不需要人工干预并输入控制指令时,上位机软件自动把通过图像处理计算出来的各参数通过RS232串口输出至单片机1。单片机1将接收的参数传送至无线发射模块PTR8000,无线接收模块自动识别数据的正确性,将收到的正确参数传至单片机2,单片机2在识别相应参数的意义后,输出电平控制信号至电机驱动芯片L298,从而控制车体的动作。
3.2 PTR8000介绍
模块中所选用的单片机均使用AT89S52,MCU1选用11.0592M晶振,以便于波特率的设置为9600,MCU2选用12M晶振,便于产生精确的PWM波调速。由于PC计算机与单片机采用不同的电平,需要在MCU1与PC之间加一个MAX232进行电平转换[3]。
成功的数据传输主要取决于两个因素:传输信号的质量和传输介质的特性[4]。这就需要无线收发芯片具有良好的抗干扰性和传输稳定性。所选用的无线收发模块PTR8000是以挪威Nodic公司生产的nRF905芯片为核心的无线射频模块。它采用高抗干扰的GFSK调制,具备独特的载波检测输出、地址匹配输出、数据就绪输出功能,自动产生前导码和CRC校验码,使用SPI接口通信[5]。其传输稳定、质量可靠。PTR8000各管脚功能如表1所示。
PTR8000的四种工作模式由TXEN,TRX_CE,PWR三个管脚控制,具体的控制模式见表2。
使用PTR8000,必须利用单片机模拟SPI接口与PTR8000相连,SPI接口由SCK、MISO、MOSI以及CSN四个管脚组成。当模块工作在SPI编程模式下时,单片机通过SPI接口配置PTR8000的工作参数;在发射、接受模式下,单片机利用SPI接口发送和接收数据[6]。图4为MCU1模拟SPI接口与PTR8000的电路接口图,MCU2与PTR8000的连接与其相同。
3.3 PTR8000工作原理
无线通讯模块上电后,单片机通过SPI接口将配置数据送至PTR8000,数据配置成功后,不论PTR8000是何种工作模式,均有效,配置数据在电源撤除后才丢失。PC端有数据到来时,与MCU1相连的PTR8000启动为发射模式,将字节数据和字节地址通过SPI接口写入,并自动添加前导码和CRC校验码,组成数据包用曼彻斯特编码发送出去;与MCU2相连的PTR8000工作在接收模式,自动检测载波频率,当检测到载波频率和地址分别匹配时,CD、AM置为高电平,模块自动将校验正确的数据解包,并置高DR,MCU2通过SPI接口读取数据,并将AM、DR置为低电平,完成一次数据接收。
4 结论
基于无线传输的视觉引导式AGV,采用无线图像采集系统将路面信息传送至PC进行处理,用计算机代替嵌入式图像处理设备,降低了AGV系统对硬件的要求;AGV各控制指令通过无线通讯模块发送和接收,其传输方便、稳定、可靠,提高了系统的敏捷性和灵活性。这种基于无线传输的AGV,在我校的AGV试验小车上工作比较稳定,是一次比较成功的技术探讨。
摘要：以基于视觉引导的AGV系统研制为背景,为了提高AGV系统的灵活性和交互性,采用无线传输方案,构建无线图像采集模块和无线数据通讯模块,分别实现图像和控制数据的无线传输。以无线CCD摄像头和视频采集卡为核心的图像采集模块采集路面图像以调频方式发送至计算机进行图像处理,并将计算的控制参数通过以AT89S52单片机以及PTR8000为核心的无线通讯模块传送至单片机调速系统,控制AGV小车的运动。AGV小车试验表明:这种无线传输系统,工作比较稳定可靠,是可行的。
关键词：无线传输,图像采集,PTR8000,自动引导小车(AGV)
参考文献
[1]商国娟,单根立,王少岩.自动导引小车(AGV)的单片机控制系统.河北省科学院学报,2004;12:53--55
[2]薛瀛.基于视觉和电子地图引导的AGV图像处理算法研究.西安:西北工业大学,2009
[3]石东海.单片机数据通信技术从入门到精通.西安:西安电子科技大学出版社,2002
[4]王明志,马忠宝.无线大型粮库温度监控系统.机械设计与制造, 2008;(9):41-434
[5]孙燕,曹成茂,马德贵.PTR8000在无线遥控控制系统中的应用.无线电工程,2008;38(8):49-51
数据传输系统 篇2
世界信息的及时性和碎片化，加大了人们对于视频直播更加快速和直接的获取及时发生的事件。前几年视频直播多用于体育赛事直播和节日直播等，现在各式各样的社会活动都可以借助网上现场直播方式传遍全世界，如新闻发布会、体育比赛、商贸展览、商业宣传、远程会议、远程看护、开学开业典礼、校友聚会、周年庆典、结婚庆典等等。佰锐科技的AnyChat音视频互动开发平台通过H.264视频编解码和AAC音频编解码技术，加上先进的P2P流媒体技术，使得音视频直播实现存在技术解决可能。
视频直播系统（BroadVision WebTV）是把现场的信号（摄像机）、电视信号（如电视节目、录像带）等进行实时采集编码成标准流式数据（FLV、WMV）进行管理、分类等传送到服务器上由页面形式发布出去，供大家通过网络实时观看到现场节目或电视节目。视频直播系统---应用分析
随着视讯技术的不断发展，用户的需求也在日益提高，传统的直播系统在很大的程度上已不能满足部分用户的需求，对于各个行业的直播需求做如下分析：
1、会议、活动、培训的直播录制
2、电视节目直播录制
3、IPTV 广电（电台、电视台、新闻网等）对于网络视音频的建设需求更是日新月异。专业网络视频门户网站涉及到视音频内容管理采集编辑、内容编目存储、多媒体内容审核发布、视频直播、点播、互动应用、广告管理发布、用户统一等多项内容，传统的视音频不能够满足目前的需求。
随着网络宽带网络与信息化建设的完善，现在校园网络所具备的硬件基础、网络宽带已经今非昔比，于是通过校园网络来组建自己的网络电视台，进行网络电视节目转播，校内活动现场直播，课堂教学互动直播等一系列应用。
1、采集编码管理
对现场视频信号（如摄像机）、电视信号（如电视节目）等进行实时采集编码成标准流式数据（如WMV、FLV)支持直播或录播应用。系统支持多码流、多格式数据的编码管理。
2、直播录播管理
实现对直播信号源的自动化采集、上传、存储和发布功能，支持多路电视节目的直播录播及节目的分段存储等。直播时的节目可以自动录制、上传、发布、发布后的内容直接上传到VOD服务供点播应用。
3、虚拟直播
利用已有的电视信源、视频节目库、广告库等自由创建任意多虚拟网络电视频道，支持实现文件虚拟直播、文件与实时采集信号的混合直播等。
4、广告插播
可实现广告与流式媒体无缝衔接，提供多样化的广告插入功能，包括定时插入广告、文字广告、动画广告等多种方式。
5、直播流加密
可以对直播节目进行数字版权加密认证（DRM），即使知道真实的直播IP地址，非法用户也无法收看直播节目。
6、用户认证管理
只有合法的用户才能看到直播节目。系统验证可以做到视频服务器和web服务器的两次认证，也可以根据
需要只进行一次认证。
7、系统监控
可实时监控服务器当前的运行状态、用户访问情况的动态实时监控等。
8、统计/日志管理
可以记录日志，对节目收视率、访问用户情况进行独立或组合统计，并以图表方式汇总等。
9、内容分发管理
通过定义内容分发策略，实施多个服务器之间的分布式中心流媒体服务器对边缘服务器流媒体内容同步分发传输法制；有效支持大容量用户直播应用。
10、负载均衡管理
提供高效的流量平衡和用户数限制管理机制，支持多种负载均衡伺候。
视频直播系统--特点优势
1、多种直播内容来源
除支持现场摄像信号源、电视信号等实时采集直播外，同时支持利用已有的视频节目库、远程MMS视频流等自由创建虚拟直播频道，实现文件虚拟直播、文件与实时采集信号等混合直播等。
2、不需要下载第三方插件程序
可同时满足内、外网视音频信息发布及视音频直播应用需要
3、全自动方式完成直播录制保存
无人值守，多频道自动直播；支持视音频流的自动采集压缩机网络直播；支持7x24小时直播录制需要。
4、灵活实现呈现页面定制
探究电气系统自动化数据传输技术 篇3
关键词：电气系统；自动化；数据传输；技术
1.数字通信
传输数字信号的通信系统称为数字通信系统。数字通信系统的主要优点是抗干扰能力强。由于信号以数码形式传送，信号被噪声干扰后如尚未恶化到造成差错，就可用再生方法来整形。即使出现差错，也可通过差错控制技术来加以控制，从而改善传输质量，提高通信的可靠性。此外，数字通信还有易于集成化、体积小、重量轻、可靠性高，便于用计算机技术对数字信号进行处理等优点。
2.异步传输和同步传输
数据采用串行传输方式时发送端将数据按码元逐位发送，接收端必须对应地按码元依次逐位接收，收发两端必须严格地同步工作，这就要求收发两端的时序频率相同，相位也应一致。为保证收发两端同步，串行传输中有异步传输和同步传输两种方式。
2.1异步传输方式 异步传输方式又称起止式同步方式，它是将所要传输的信息适当分段，每段通常是一个字符，然后按段发送。收发两端在传输每一段的工作中保持同步，而在一個字符的末位至下一个字符的首位即字符之间所经历的时间可以是任意的，在此期间并不要求收发两端同步。
2.2同步传输方式 同步传输方式要求收发两端必须始终保持同步。采用同步传输方式时在发送的数据序列（通常是一长串字符）之前先插入一个预先约定的同步码。接收端通过检出同步码实现与发送端的同步，并要维持足够长的时间，一直到下次出现同步码时再次实现收发两端的同步。
3.传送速率与误码率
3.1传送速率 在数字通信中，数字信号是逐个码元依次传送，每个码元含有一定的信息量，数字通信的传送速度可用码元速率和信息速率等方式来表达。码元速率又称信号速率，它是指每秒传送的码元数，单位为波特（Baud）。信息速率是指每秒传送的信息量，单位是比特/秒（bit/s）。对于只取两种状态且其出现的概率相同的二元制信号，每一码元所含的信息量是1比特（bit），因此二元制信号的码元速率和信息速率在数值上是相同的，但单位不同。
3.2误码率 码元差错率简称误码率，它是指在传送的码元总数中，发生差错的码元所占的比率
4.信号波形及频谱
信号波形是消息的携带者，最常用的数字信号是二元码，也称二进制码。单极性二进制码，以脉冲幅值为d时表示数字“1”，脉冲幅值为零时表示数字“0”。显然单极性二进制码中含有较多的直流分量。对信号可以从时间域也可以从频率域来分析研究。
5.传输信道
5.1信道种类 电网调度自动化系统的通信中，目前使用较广的信道主要有电力线载波、无线电以及光导纤维等。电力线载波通信是由发送端的载波机把原始信号调制成高频（（40～500）kHz）载波信号，利用电力线传送，再由接收端的载波机把高频载波信号恢复为原始信号。为了把载波信号连接到电力线上去，必须有绝缘强度足够的耦合电容器和耦合滤波器。为了阻止高频载波信号流往其它方向而造成损耗，在线路上串联了高频阻波器。使用一条相线对地结合的电力线载波传输方式。
5.2信道的基本特性 信号在信道中传输时会发生衰减和相移，可用信道的衰减频率特性和相移频率特性来描述。衰减频率特性是信号通过信道后其衰减随频率而变化的特性。实际信道对各种频率成分可能有不同的衰减。衰减不均匀会使信号的幅度频谱产生畸变造成波形失真。信道的衰减频率特性可用信道的通带宽度（简称信道的带宽）这一指标来表征。在信道带宽范围内，要求衰减量的波动不能大于规定值。
5.3多路复用 利用一条线路传送多路信号的技术称为多路复用。多路复用技术主要有时分多路复用和频分多路复用等。时分多路复用是时间分割制，以时间的先后顺序来划分各种信号；频分多路复用是频率分割制，以不同的传输频率来划分各种信号。
6.基带传输和频带传输
原始的数字信号通常是一些直流脉冲，包含直流分量以及许多不同频率的交流分量，它所占用的频带称为基本频带，简称基带，所以原始信号又称基带信号。基带传输就是直接传送不经调制的基带信号。实际的信道中有相当一部分对于直流和频率很低的信号传输性能很差，不适于传送基带信号。每种信道有其适宜传输的频带，可看作是带通信道，所以通常将基带信号对载波进行调制，使基带信号变换为带通信号以便在信道上传输。调制就是用基带信号对载波的参量进行控制，使其随基带信号而变化。经过调制的信号称为已调信号。已调信号通过信道传至接收端，再由解调器将它解调，恢复为基带信号。解调是调制的反变换。包括调制和解调的传输称为频带传输。
7.差错控制
数据在传输过程中由于干扰等原因可能会将传送的“1”错成“0”，或将“0”错成“1”，从而造成差错。为了提高数据传输的可靠性，可采用差错控制技术，在发送的码组中按一定规则增添监督码元，使接收端能检出差错（称为检错），或进而对差错进行纠正（称为纠错）。信息码通常以组为单位。给各组信息码添上的监督码如只监督本组的信息码而与其它的码组无关，这样构成的码称为分组码。常见的分组码一般为系统码格式，即信息码在前，监督码紧随其后。
8.远动通信方式和规约
远动系统由主站、通信链路和子站等组成。远动系统的工作方式有循环式（Cyclic Digital Transmission，CDT）和问答式（Polling）两种。按循环式工作时发动传送的主动权在子站，子站只管按规定的顺序把有关信息循环不断地发往主站，主站则依次接收。这种工作方式比较单纯，但不够灵活。循环式通常用于网络中点对点通信结构的场合。
按问答式工作时发动传送的主动权在主站。首先由主站发命令给子站，例如命令子站传送某些数据，子站就按要求做出响应。问答式比较灵活，且不仅用于点对点式通信结构，也可用于同一条通信线路上接有不止一个子站的共线式通信结构。主站发出的命令中有目的子站的地址，只有被询问的子站才会做出响应。
参考文献：
[1]王凯文.电气系统自动化技术与应用.中国电力工程 2010.
无线数据传输系统的应用研究 篇4
关键词：无线数传,无线网关,天线,协议转换
引言
某石油化工厂属于大型工业生产企业, 工业用水量非常大。企业所用工业水采集点远在数公里之外, 通过输水线路传输至厂区、生活区等30个用水点处, 各用水点分布在东西约长10公里, 南北约5公里范围内。现在各用水点采用电磁流量计计量用水量, 建设初期考虑到电缆敷设路径较远, 信号衰减大, 而且电缆在野外也容易遭到破坏, 所以未敷设信号电缆, 没有实现集中管理, 由工人定时到各计量站人工抄表, 极大的增加了工人的劳动强度, 也非常不利于时监控用水量的变化, 不利于厂区自动化管理。现今, 无线技术已经广泛应用于各种远距离传输系统中, 为了减轻工人劳动强度, 实现数据的实时无线传输, 随时掌握用水动态, 达到提高供水效率, 集中管理的目的。
1 总体设计方案
流量信号无线数传系统由前端设备和后台接收设备组成。前端采用专为高效的无线波段而设计的EP105H-G无线网关 (包括完整的收发射装置) 、通过天线将信号发射至后台接收设备。后台设备安装在控制室内, 采用与之相匹配的EP105H-G中心调度机进行接收、通过交换机将信号在操作站上进行监控.国家信息产业部无线电管理局专门给此类无线系统辟出了223~235 MHz的无线数据通信专用频段。传输速率可在1200/2 400/4 800/9 600 b/s之间调整[2], 如图1所示。
2 无线网关的工作原理
无线网关接收流量变送器输出的流量信号, 信号形式可为4~20m A模拟信号, 也可为RS485信号。考虑到模拟信号在传输中会产生偏差, 我们采用RS485通讯方式, 通讯协议采用标准MODBUS协议。再将信号完成调制, 由无线发射端将信号发射出去。使用EP105H无线端口允许EP105H-G与其它EP105H-G和/或EP105H模块进行通讯。从EP105H模块中发出的信息被无线端口接收并刷新EP105H-G无线接口的输入数据库。无线端口同时也可以将主设备的控制信号通过无线方式输出到远程的EP105H模块。只要输入信号发生改变就会立刻发送信号。也可组态按设定时间定时发送, 每一个发送的信息都包括错误检测以确认信息的准确性。如未收到确认信息则该信息将重发5次[3]。
EP105H-G单元可以作为“数据中心”单元, 此单元从EP105H无线输入/输出 (I/O) 模块的局域网收集输入/输出 (I/O) , 并且把这些输入/输出 (I/O) 作为一组传输到另一个EP105H-G如图2所示。
此种类型的网络可以避免无线通信信道的拥挤, 适合有大量输入/输出 (I/O) 模块的系统采用。这一系统被分成局部分支网络, 每一网络都有一个EP105H-G单元。EP105H模块传输输入/输出 (I/O) 值到这些EP105H-G。然后EP105H-G使用成组转换器把这些值发送到“中心”EP105H-G。比起大多数单个的输入/输出 (I/O) 传输, 成组转换器效率更高。
EP105H-G模块可以可靠地完成远距离的通讯。不同的应用, 影响通讯距离的因素也会不同, 主要由天线型号和安装位置、无线干扰程度, 以及路径中的障碍物 (如小山或树林) 等来决定。请咨询当地经销商了解符合当地无线电规则的期望的距离。如果两个EP105H-G模块之间不能进行可靠通讯, 就需要使用第三个EP105H-G作为中继先接收然后再转发信号。此中继器也有输入/输出 (I/O) 信号, 是输入/输出 (I/O) 网络的一部分[4]。
3 天线的设置
数据通过天线载体进行无线发射, 为了取得最大通讯距离, 天线应当高于通讯路径中的障碍物的高度, 达到无线路径真正的“可视”。由于地球表面本身的曲度, 通讯距离要超过5千米 (3英里) 。天线至少要高于地面5米。对于短距离通讯, 即使路径中有障碍物, EP105H模块也能可靠通讯。当然, 靠近天线的障碍物对通讯的影响远远大于通讯路径中的障碍物。比方:天线附近的一排树是很大的障碍物, 天线必须要架设得比树高。如果在100米外, 那这排树对通讯的影响就很小了[5]。
天线可以用50欧姆的同轴电缆连接到模块的同轴电缆连接盒的公口上。天线安装得越高, 传送距离越远, 然而同轴电缆长度的增加同时也增加了电缆的损耗。天线应该严格挑选, 避免超过其允许的最大功率。一般情况下, 天线/馈线系统的净增益不应超过2d B。
4 对原流量变送器的改造
原区域范围内的流量变送器已经配有RS485接口, 在安装无线网关之前, 我们对数据传输进行了实验性测试。
室内测试设备:105-G-MD1无线电台一台, IFC300流量计一台。
调试的目的:通过两台设备的RS485接口, 采用MODBUS协议将流量计的累计流量数据接入无线电台。
实验结果如下:
截获的串口码为:主机发送代码: (皆为十六进制数)
01 04 75 44 00 04 AB D0
Modbus RTU master协议分析:
00x01代表流量计地址
0x04 Modbus功能码04代表读寄存器数据0x75 44要读的寄存器的地址, 转为十进制是30020
0x00固定值0x04代表返回双精度数据, 即8个数据字节0x ABD0代表循环冗余码校验 (CRC)
截获的流量计IFC300响应代 (Modbus RTU slave) :
01 04 08 40 B0 40 C3 CD 0E 2C A2 19 31
0x01代表仪表地址
0x04 Modbus功能码04代表读寄存器数据0x08代表字节数, 此处为08, 即后面有8个数据字节0x40 B0 40 C3 CD 0E 2C A2代表数据区, 即计数器1值
0x19 31代表循环冗余码校验 (CRC) 从截获的串口数据来看, 流量计的累计数据可以读回, 该设备遵循Modbus RTU slave的协议工作模式。发现问题:流量计把流量的累计数据存放到了30020号的地址中, 这个地址号偏大, 也就是说, 虽然流量计与数传电台均使用的是Modbus RTU slave的协议, 但两者之间寄存器地址并不相同, 从电台配置的30021号地址读到的流量计的中20号寄存器的数据, 并不是我们期望的流量累计数据, 两台设备之间主要存在寄存器地址不兼容的问题。
为了解决这个矛盾, 我们在这两台设备间加装了一个协议转换装置 (起到地址变换的功能) , 鉴于流量计产品的特殊性 (寄存器号过大) , 市场不易买到现成的转换产品, 我们对这种协议转换装置进行了特殊定制。最终试验:将定制好的协议转换器与数传电台重新进行匹配, 结果, 读数一致。将此问题圆满解决。
5 结束语
系统采用无线传输管理系统之后降低了综合成本, 即只需一次性投资, 无须挖沟埋管, 且维护费用低。系统经过调试运行, 保证了在厂区内的水表数据的无线传输, 且运行稳定、实时性强、误码率低, 满足全部生产要求。上位系统功能齐全, 能够保存历史数据长达1a, 为生产的成本分析提供了强大的保障, 降低了清水用量和生产开支, 同时降低了生产劳动强度, 提高了管理水平。
参考文献
[1]许辉, 王永添, 陈多芳.现代通信网技术[M].北京:清华大学出版社, 2004.
[2]OSGI.Open Services Gateway Initiative Specification Overview.2000.
[3]曾鹏, 徐皑冬.工业无线通讯技术仪器仪表标准化与计量, 2007, (1) :21-23.
数据传输系统 篇5
【关键词】 数据传输系统;数据采集;交换技术
对于客户而言，通信子模块提供实际到交换机的物理通道，在已建立的物理通道上可分为命令通道和状态通道等类型，计费命令通过命令通道下达给交换机，交换机报告信息通过状态通道传送出来，对于特定型号的交换机需要采集前置机 完成与交换机的交互操作，来屏蔽各种交换机的异构性，从而使采集模块向客户提供一个统一的界面。
计费数据采集负责对交换机数据准确地采集处理是将交换机中的计费数据通过采集传送到计费中心以进行后台数据的集中处理和面向具体业务的综合业务处理。
数据传输系统 篇6
关键字：PCI总线；现场可编程门阵列；片上系统；直接存储器存储
随着战场电磁环境复杂程度越来越高，侦察与通信系统的融合成为一种必然的发展趋势。数据量大、算法复杂是数字化侦察接收系统的主要特征。使用DSP和FPGA进行高速信号谱分析、滤波等预处理，借助通用计算机平台实现信号的分选、显示等后处理是一种理想的系统设计方案。因此，如何构建与PC机间的高速数据通道，便成了侦察接收系统设计中的关键问题之一。PCI(Peripheral Component Interconnect)总线，即外围部件互连总线，是目前应用最广泛的一种高速同步总线，在32位总线宽度33Mz时钟下，其理论最大传输速率可达132Mbyte/s(64位总线宽度66MHz时可达到528Mbyte/s)，因此成为上述侦察接收系统中高传输速率、低成本PC接口的首选实现方式。目前，实现PCI总线接口的常用方法有两种：一是采用专门的PCI桥芯片实现PCI接口，如PLX 公司的PCI905X系列芯片等；二是使用可编程芯片实现PCI接口。
随着集成电路技术的发展，可编程芯片成本越来越低、资源越来越丰富，用户可将PCI桥和其它用户逻辑在一片可编程芯片上实现，其中后者不需要额外的PCI桥芯片，系统硬件电路得以简化，系统的稳定性和可靠性更高，进而可以缩短系统开发周期。 基于以上考虑，本文提出一种采用可编程片上系统(System-On-Programmable-Chip，SOPC)实现侦察接收机PCI总线高速数据传输系统的设计方案，并采用直接存储器访问(Direct Memory Access，DMA)传输方式来提高数据传输速率。
1PCI总线接口方案设计
在PCI总线接口标准中，根据数据传输的发起者所在位置，PCI接口有从模式和主模式两种工作模式。根据工作方式的不同，DMA传输方式可分为连续式DMA(Continuous DMA)和集散式DMA(Scatter-Gather DMA)两种。
1.1PCI模式的选择
PCI总线标准中，由PC发起数据传输、读/写PCI接口卡的模式称为从模式。这种模式只要求PCI接口设备具备PCI从设备的功能，接口逻辑相对较简单；主模式是由PCI接口卡主动读写PC内存，PCI接口的逻辑相对复杂。频繁地要求PC发起数据传输会占用PC的资源，为了减少PC的负担，使其有更多的资源用于后续的数字信号处理，在侦察接收系统中，PCI接口卡的传输模式选择主传输模式。
1.2DMA传输方式的选择
DMA是提高数据传输速率和微处理器使用效率的一种数据传输机制。连续式DMA用于实现连续数据块的传输，即在一次DMA传输中设备端读/写物理地址连续变化(读存储器空间)或不变化(读IO口)，PC端的物理存储地址连续变化。集散式DMA用于实现不连续数据块的传输，各传输数据块的起始读/写地址和长度都可以不同，它采用一个寄存器链表存储每个数据块的读/写起始地址和长度，DMA传输过程中自动从该链表加载地址和长度信息。集散模式DMA应用灵活，其缺点是在传输完一个数据块之后要重新配置DMA控制寄存器的值，速度比连续模式稍慢。在侦察接收系统中，DMA传输模式选择连续式传输模式。
1.3PCI总线DMA传输方案设计
PCI接口总体结构框图如图1所示。数据输入到乒乓RAM缓冲区，乒乓切换信号通知CPU数据准备好，CPU通过PCI桥的控制状态寄存器判断PC端是否备妥，如PC备妥则配置并启动DMA控制器，DMA控制器读口从乒乓RAM中读数据，写口将数据写至PCI总线访问端，PCI总线接口单元申请并获得PCI总线访问权，将数据送上PCI总线。
2PCI总线接口的SOPC实现
SOPC是Altera公司提出的一种灵活、高效的片上系统解决方案，它将处理器、存储器、I/O口以及一些通用的功能模块集成在一个PLD器件上，构成一个可编程的片上系统。利用SOPC开发侦察接收机中的PCI总线接口，具有开发周期短、系统稳定性好的优点。
2.1系统实现
PCI总线接口的SOPC内部结构如图2所示。实现PCI总线DMA传输系统使用到4类功能模块，分别是实现PCI桥逻辑的pci_comiler组件(pci_compiler)、负责数据传输的DMA控制器(dma)、控制整个SOPC的NiosII 处理器(cpu)及其数据程序存储器(onchip_mem)，以及SOPC和外部用户逻辑通信的接口模块(BA1、DMARD和datardy)，上述组件通过avalon总线连接在一起组成SOPC。
PCI总线DMA传输系统功能模块之间的交互过程如图3所示，过程描述如下：
(1)CPU等待PC使能DMA传输，PC使能DMA后，执行(2)；
(2)PC等待乒乓RAM的数据准备好信号，数据准备好后，执行(3)；
(3)CPU将DMA的读/写地址和传输长度参数写入DMA控制器中，使能DMA控制器，DMA控制器开始数据传输，即读口通过DMARD接口从RAM中读数，写口将数据写到PCI桥，PCI桥将数据送至PCI总线；
(4)当传输结束后，DMA控制器产生一个中断(IRQ1)送CPU；
(5)CPU判断传输是否完成，传输完成则通过PCI桥向PC发送中断，并执行(1)，开始下一次DMA传输；
(6)PCI总线发生异常时，PCI橋逻辑中断CPU，CPU查询异常状态，并自动从异常中恢复。
2.2PCI总线异常的自动处理
PCI总线DMA传输过程中，可能出现的异常包括：
(1)PCI总线上SERR信号为高，系统错误。
(2)PCI总线上PERR信号为高，数据奇偶校验错误；
(3)主设备或从设备中止传输；
(4)主设备或从设备中止传输，或重试次数超过门限，导致PCI桥对总线读/写失败。
在侦察接收系统设计中，上述异常一旦发生，PCI接口便中断Nios CPU，CPU接收到中断后，通过查询PCI桥的控制寄存器访问(Control Register Access，CRA)空间，获得异常信息。系统错误发生时，PCI接口设备是没有办法恢复的，在这种情况下，Nios CPU可点亮指示灯，指示系统错误发生；其它异常情况发生后，Nios CPU可立即通过对DMA控制器的状态空间的长度写零来停止DMA传输，然后重新启动DMA传输，让系统从异常中恢复过来。
2.3提高PCI总线DMA速率的优化措施
为了尽可能提高DMA传输速率，本方案中共采取了以下三个方面的措施。
(1)PCI总线的突发传输与Avalon总线的流水线操作
为了提高系统传输速率，应充分利用PCI总线的突发传输特性，使PCI总线处于突发传输状态。为此，在系统设计中，一方面使Avalon总线工作于流水线模式下，降低Avalon总线的延迟时间；另一方面适当增大缓存存储空间，避免因缓冲区满造成的传输延迟等待。
(2)DMA控制的优化
为了使DMA传输更为灵活，如程序运行过程中改变DMA长度、读写地址、数据的帧长度，以及发生异常时程序自动恢复等，本文中使用Nios CPU控制DMA传输。CPU的主要任务是在PC使能DMA和数据准备好时启动DMA传输，应尽可能使程序紧凑，减少冗余操作，做到条件具备立即启动DMA传输。
(3)功能模块的时钟设置
如图2所示，SOPC中包括7个功能组件，为了进一步提高系统的速度，需要分别让这7个组件的时钟处于最佳状态。PCI总线访问相关组件的时钟为33MHz，Nios CPU相关的组件运行在150MHz时钟上。使系统在正确稳定运行的基础上，最大限度地提高运行速度。
3结束语
本文给出了一种基于SOPC系统的PCI总线高速DMA传输方案。与传统的使用PCI桥芯片实现PCI总线的方案相比，该方案将PCI桥和用户逻辑在一片FPGA中实现，减少了硬件电路的复杂度、降低了系统成本；采用SOPC创建PCI桥，大大缩短了开发周期，提高了系统的可靠性，且因使用了片上Nios CPU进行DMA的在线配置和自动异常处理，使DMA传输更加灵活。通过在EP3C120芯片上验证，该设计能够实现大于100Mbytes/s的PCI总线DMA传输速率。
参考文献
[1] 闵小平，陆达. 基于FPGA支持PCI接口的片上系统实现[J]. 计算机应用研究，2007，24(8): 272-275.
[2]梁科，李国峰. 通用多通道高性能DMA控制器设计[J]. 天津大学学报，2008，41(5): 621-626.
[3]颜建峰，吴宁. 基于PCI总线的DMA高速数据传输系统[J]. 电子科技大学学报，2007，36(5): 858-861.
[4]黄崧，曾芳玲，杨景曙. 嵌入式智能云控制系统的原理与设计[J]. 电光与控制，2007，14(3): 99-102.
作者简介
张用宇(1977-)，男，湖北鄂州，硕士，工程师，研究方向为无线通信系统与技术。
数据传输系统 篇7
数据流 (data stream) 应用的出现引起了国内外专家和学者的关注, 数据流管理技术作为一种新兴的技术已经被广泛的研究, 目前通用的DSMS (data stream management system) 包括Telegraph CQ[1], Aurora[2]和STREAM[3]。
数据流的查询过程是持续的查询 (continuous query) [4], 持续查询所关心的并不是全部的数据, 而是近期最近到达的部分数据, 所以数据流中的持续查询采用滑动窗口 (moving window) 机制, 基于滑动窗口的查询。
本文基于通用流数据库[5,6], 构建一个空间数据流系统模型。在此过程中, 借鉴交通导航应用开展工作。这里的空间流数据库模型系统的主要工作仅包括增加空间数据类型、空间滑动窗口和空间谓词, 为了实现简单易懂的空间连续查询语言, 本文在设计时, 尽量和原有的空间数据库查询语言和连续查询语言做到统一。本文依据标准SQL和CQL设计空间数据类型和空间谓词, 并参考OGIS标准, 尽量不修改原有查询语言的结构, 采用通用的空间数据类型表示方法, 通过增加通用的关键词的方式, 扩展连续查询查询语言。
2 空间数据类型扩展
我们考虑交通导航LBS (Location Based Service) 应用, 在这种应用中, 需要知道移动对象前方道路的交通状况, 根据交通状况选择合适的运行路线。假定每个移动对象每隔30秒向导航服务中心报告移动对象当前的速度和位置信息。前方的交通状况由运行在前方的一定范围的移动对象数量和这些移动对象的平均速度来决定, 数量多并且平均速度小于40km/h就表示交通状况差, 否则交通状况良好。随着移动汽车位置的改变, 其维持的空间查询窗口也在不断的改变位置, 如果设计一种空间滑动窗口, 使之能够随着移动对象的改变而改变, 就可以解决这个问题。
根据例子应用的需要, 拟增加的空间数据类型有Poin和SSwin两种。Point用来表示一个移动对象, 而SSwin用来表示一个空间滑动窗口。
(1) Point[x:float, y:float], 在这里Point表示某个移动对象, 它的值为移动对象的二维空间坐标;
(2) SSwin[Point1, Point2], 表示某一空间滑动窗口, 为了简化问题, 此处的SSwin, 仅表示一个矩形的空间滑动窗口, 由两个Point标识。
3 增加空间滑动窗口查询函数
为了支持空间查询, 需要增加空间谓词和空间函数, 本文需要增加空间函数Inside, 用来判断空间移动物体是否在空间滑动窗口内。
(1) Inside (Obj, SSwin)
这里的SSwin表示空间滑动窗口, Obj表示移动对象位置, 此运算符的结果为整型, 当Obj在SSwin的内部时, 其值为0, 否则, 返回值为1。
(2) 空间滑动窗口的连续查询
通过以上增加了空间数据类型和空间谓词以后, 流数据库可以支持空间滑动窗口的连续查询。粗体字部分表示本文增加的空间谓词:
4 空间滑动窗口查询的实现
本文的空间流数据库模型的实现工作是基于STREAM流数据库管理系统, 通过修改此系统的代码, 实现空间流数据库系统。此系统是斯坦福大学开发的一个的通用的流数据管理模型。此数据库管理系统模型是开放源代码的。它能够处理对多个连续的数据流和存储关系的连续查询。它提供大量的复杂流查询, 用来处理高容量和高突发性的数据流。它提供丰富的连续查询语言, 有良好的交互操作界面。
本文的实现是要在流数据库管理系统的基础上进行扩展, 虽然仅是对原有系统的扩展, 但是需要做的工作仍然涉及到整个数据库管理设计的全过程。一个数据库管理系统的设计包括一系列的阶段, 一般遵循以下的顺序。同时以下这些步骤也是实现此空间流数据库的过程中, 主要的工作:
(1) 生成词法分析树:由抽象的查询语言生成词法分析树, 这个过程是数据流管理系统实现的最初阶段。根据上节定义的空间连续查询语法, 在本文的空间数据流系统中, 用Yacc生成查询语言的语法分析树。
(2) 语义分析:对词法分析树进行语义分析, 将词法分析树转换为系统能够识别的内部表示。这一步生成的语义表示仍然不是一个操作符树。这个过程的设计主要是将空间数据类型和空间谓词转换为系统能够识别的形式, 具体的实现类似于算术表达式的语义转换。
(3) 生成逻辑计划:将查询的内部表示转换为逻辑查询计划。逻辑查询计划由逻辑操作符组成。逻辑操作符大多是关系代数操作符 (比如选择、投影、连接等) , 当然也有一些连续查询特有的操作符 (比如滑动窗口操作符) 。逻辑操作符不需要和查询执行中的操作符有关, 它仅仅是一种关系代数的抽象表示。
(4) 生成物理计划:将逻辑查询计划转换为物理查询计划。物理查询计划中的操作符是直接和在查询执行期间执行的操作符相关的。之所以要生成一个单独的逻辑查询计划, 是因为逻辑查询计划更加容易生成, 而物理查询计划涉及到底层细节。
(5) 查询执行:组织存储空间的分配, 物理操作符的执行等。
5 实验
5.1 LBS运动模型
构造如图1所示的导航应用, 移动汽车每30秒向导航中心报告当前位置信息和行驶速度并且进行空间滑动窗口的聚集查询, 这里我们主要涉及count和avg聚集查询, 分别计算滑动窗口内汽车数量和平均速度。移动汽车根据查询结果了解前方路况, 以起到交通导航的作用。
5.2 输入设计
(1) Mov Car
Mov Car的结构如表1所示。
(2) Spa Sli Window
空间滑动窗口 (Spa Sli Window) 数据流, 该数据流包含空间滑动窗口标志信息和空间滑动窗口位置信息如表2所示。
5.3 空间滑动窗口查询设计
上一节中构造了两个输入数据流, 分别模拟移动汽车信息数据流和空间滑动窗口数据流, 下面编写空间滑动窗口查询的脚本语言, 该查询脚本基于前面分析的简单的交通导航应用以CQL (持续查询语言) 编写, 脚本文件如图2所示。
5.4 结果输出
注册了输入数据流, 并且定义了空间滑动窗口查询之后, 经过我们设计的空间流数据库模型的处理得出图3和图4所示的结果。图3所示导航查询结果, 可以看出, 在61时刻的滑动窗口3内有6辆移动汽车, 汽车平均速度为34.1667km/h, 小于40km/h, 满足查询条件, 由此汽车A得知此刻前方路段交通状况差, 可以采取积极的应对措施, 绕过此拥挤的路段。图4所示每个查询时刻对应空间滑动窗口内的汽车信息, 可以看出, 1时刻的空间滑动窗口内有移动汽车A、B、C、D、E, 31时刻的空间滑动窗口内有移动汽车A、B、C、D, 61时刻的空间滑动窗口内有移动汽车A、B、C、D、E、F, 91时刻的空间滑动窗口内有移动汽车A、B、C, 121时刻的空间滑动窗口内有移动汽车A、C。
6 小结
本文结合交通导航应用对数据流系统进行空间扩展, 扩展了空间点和空间滑动窗口, 及基于空间滑动窗口的查询操作, 并依据数据库的设计步骤, 实现了空间数据流系统。以导航应用为例, 构造了一个基于空间滑动窗口的运动模型, 通过试验分析, 输出的结果均符合我们设计的运动模型。
摘要：数据流系统以连续查询为特点, 连续查询的处理机制能够保证数据处理做到实时处理。但是现有的通用的数据流系统没有对空间数据处理的支持, 而基于位置服务显然是一种需要空间数据处理的应用。本文从支持位置服务的后台数据处理出发, 提出用基于数据流系统的流数据库来支持基于位置服务的数据处理的思想, 并结合当今数据流系统的发展和基于位置的服务的需求, 对数据流系统进行空间扩展, 提出一种空间数据流系统的模型。
关键词：数据流,空间连续查询,LBS
参考文献
[1]Sirish C, Owen C, Amol D, Michael JF, Joseph MH, Wei H, Sailesh K, Samuel RM, Fred R, Mehul AS.TelegraphCQ:Continuous dataflow processing[R].In:Alon YH, ed.Proc.of the2003ACM SIGMOD Int’l Conf.on Management of Data.New York:ACM Press, 2003.668—668.
[2]Daniel JA, Don C, Ugur C, Mitch C, Christian C, Sangdon L, Michael S, Nestime T, Stan Z.Aurora:A new model and architecture for data stream management[J].The Int’l Journal on Very Large Data Bases, 2003, 12 (2) :120—139.
[3]A.Arasu, B.Babcock, S.Babu, M.Datar, K.Ito, I.Nishizawa, J.Rosenstein, and J.Widom.STREAM:The stanford stream data manager[J].IEEE Data Engineering Bulletin, 2003, 26 (1) :19—26.
[4]Shivanath B, Jennifer W.Continuous queries over data streams[J].SIGMOD Record, 2001, 30 (3) :109—120.
[5]姜芳艽.DBMS与DSMS的比较研究.微计算机信息, 2007.2, 3:33-36.
小型泵站监控的无线数据传输系统 篇8
关键词：泵站,监控信号采集,无线数据传输
0引言
目前, 装机容量1 000 kW 以下的小型泵站在农田水利、防洪排涝中占有相当大的比例, 若采用传统的单机控制和集中控制方式, 运行管理成本较高。装机容量在100 kW以下的小型泵站, 水泵机组分散, 水泵的起停、水位、流量、温度、转速等运行参数大多靠人工手动操作来完成, 信号采集不准确、人工值守成本高。因此, 实现泵站运行过程的自动监控成为泵站改造的当务之急, 泵站监控信号和无线数据传输是泵站实现监控的关键问题。本系统是以PC机与无线数据传输模块作为中心控制, 设计了丰富的数据采集界面, 实现设备异常报警、数据记录、事件顺序记录、事故追忆等功能。用ARM2132单片机和无线收发模块nRF905构成多个下位机, 将现场采集的监控信号通过数据模块送到中心控制站, 中心控制站对接收到的信号进行判断, 通过下位机发出开停机信号, 由执行机构控制水泵, 达到开、停机和事故停机自动实时控制目的, 也可以进行现地操作监控水泵运行, 解决了小型泵站信号采集、远距离控制问题, 降低运行人工费用, 提升小型泵站自动化水平。
1硬件设计
1.1系统总体设计
泵站监控无线数据传输系统结构图如图1所示。主站PC机通过USB接口与PL2303HX连接将USB转为串口通信, 可以方便地利用串口与单片机和无线数传模块nRF905进行通信;下位机由ATmega8完成多点泵站监控信号的采集, 转换后送入单片机ARM2132经nRF905无线收发将数据发送到中心控制站, 由PC机完成数据处理、图表绘制、控制指令的处理。中心控制站可以设定运行程序对泵站进行自动运行和监控, 也可以对接收到的信号进行判断和故障分析, 对下位机发出开停机信号, 由执行机构控制水泵, 达到开、停机和事故停机自动实时控制。系统控制模式有两种:一是泵站可在监控系统设定的模式下自动运行;二是能在现地操作界面上直接设置机组的开停机, 两者可以通过现地操作界面进行转换设置。
1.2监控信号数据采集与控制电路设计
泵站监控信号数据采集与检测主要分为模拟量数据和数字量数据两类, 模拟量检测的数据主要有:水位、水泵轴温、电机温度、流量等;数字量检测的数据主要有:水泵高压启动柜真空断路器和电抗器柜真空接触器的状态、功率补偿器工作状态、水泵工作状态等。模拟量输入通过传感器将检测到的连续电压变化信号经转换处理, 送入到ATmega8单片机的ADC端口如图2所示, ATmega8中的ADC与一个8通道的模拟多路复用器连接, 能够对8路单端电压输人进行采样, 转换精度达到10位, ADC还包括采样保持电路, 以确保输入电压在ADC转换过程中保持恒定。数字量输入通过光电耦合器接入到PB端口。ATmega8单片机可以通过PD端口方便地设置不同的下位机地址, 来区分不同的监测终端。数据收发通过ATmega8的TXD与TXR端口与ARM2132单片机连接。单片机对采集的数据进行地址识别和数据打包后, 通过无线数传模块发送到中心控制站, 中心控制站对接收到的信号进行判断, 并发送开停机信号给ATmega8单片机, 由水泵执行机构控制水泵, 达到开、停机和事故停机自动实时控制。
1.3无线数传模块电路设计
根据泵站监控系统小型化、低功耗、数据无线传输安全可靠稳定的技术要求, 选用ARM2132单片机和nRF905模块构成无线收发模块, 电路连接如图3所示。nRF905是NordicV LSI公司推出的一款无线收发芯片, 工作在433MHz的频率上, MOSI、MISO是发射/接收数据的通道;TRXCE、TXE是收/发通道的控制端;PWRUP是工作模式控制端;CSN、SCK为申行接口控制端;CD是接收模式下载波监测信号输出端;AM是接收到正确的数据包地址后芯片指示信号的输出端。nRF905片内集成了电源管理、晶体振荡器、低噪声放大器、频率合成器、功率放大器、通信协议控制等模块, 曼彻斯特编码/解码由片内硬件完成, 无需用户对数据进行受彻斯特编码, 可直接与单片机的串口进行数据收发, 硬件设计和软件编程都变得非常方便, 适用于工业数据采集以及家庭自动化等领域。单片机选用Philip公司生产的ARM2132单片机, 它具有低功耗、低电压 (与nRF905共用同一电压) 的特性, 适合比较复杂的实时监测系统。
ARM2132单片机主要完成对射频芯片通信过程的控制, 另一方面在上位机中通过USB转串口模块与PC机相连, 设计了USB转串口电路如图4所示。选用PL2303HX芯片, 28脚贴片SOIC封装, 工作频率为12MHZ, 符合USB 1.1通信协议, 可以直接将USB信号转换成串口信号, 波特率从75～1228800, 有22种波特率可以选择, 并支持5、6、7、8、16共5种数据比特位, 实现了TTL电平与PC机USB串口标准电平的相互转换, 可以非常方便地实现PC机与无线收发模块之间的通信;下位机中ARM2132单片机通过TXD0与TXR0端口与ATmega8连接, 实现了泵站数据采集、传输和现地操作控制的功能。
2软件设计
2.1无线收发模块的软件设计
(1) 发射子程序 (如图5所示) 。
①初始化单片机内部参数, 配置nRF905内部寄存器, 并且控制模式引脚使nRF905为待机模式;②单片机通过定时器定时判断是否有数据发送, 没有数据发送时, 继续等待;③当有数据发送时, 单片机控制模式引脚使nRF905为待机模式;④单片机把要发送的数据通过SPI口写入nRF905的发送缓存区, 并且启动发送;⑤当发送完成后, nRF905结束数据传输, 则通过控制使其回到待机模式。
(2) 接收子程序 (如图6所示) 。
①配置nRF905内部寄存器, 并且控制模式引脚使nRF905为接送模式;②等待接收数据, 单片机判断nRF905数据有效引脚DR, 如果被置高, 说明有数据收到;③单片机通过SPI口以一定的CLK读出nRF905内部接收缓冲区数据;
④判断读出的数据校验是否正确, 如果错误, 则清空数据区, 如果正确保存数据。
2.2PC机通信软件设计
PC机软件采用Delphi7来实现人机界面和通信功能, 软件功能框图如图7所示。
(1) 主界面是整个软件的框架, 管理各个功能模块。
(2) 任务配置模块主要配置采集的各个参数, 包括各个终端模块地址, 采集数据的时间间隔等数据。
(3) 数据采集模块是根据任务, 定时发送采集命令, 读取各个终端的测量点数据, 同时把数据提交给数据库控制模块, 保存数据。
(4) 数据查询模块主要是根据用户要求从数据库中读取数据, 实现数据和图表显示, 同时负责统计数据的功能。
(5) 通信模块是负责把通信命令通过串口发给无线收发模块。
(6) 控制模块负责分析采集来的数据, 当采集的数据值超过用户设定的限值时, 控制模块自动发送停机指令, 也可用户手动控制。
3结语
小型泵站监控的无线数据传输系统, 具有造价低廉, 可靠性高, 能耗低, 适用于各种环境条件下运行等优点, 并且在系统硬件组成不变的情况下通过更改软件设置来适应多种监控运行方式的需要, 可广泛应用于水文检测、灌溉排水、小型水电站远程监控等领域, 在小型泵站实现无人值守或半无人值监控系统中, 具有广阔的应用前景。
参考文献
[1]冯靖, 陈坚.自动化监控系统在高潭口泵站的运用[J].中国农村水利水电, 2007, (3) .
[2]张西良, 丁飞, 张世庆, 等.温室环境无线数据采集系统的研究[J].中国农村水利水电, 2007, (2) .
[3]吕跃刚, 高晨辅, 范俊峰, 等.基于nRF905无线数传模块的设计及其实现[J].微计算机信息, 2006, 22 (11-2) .
近距离高速无线数据传输系统研究 篇9
1 近距离无线数据传输技术的分析
目前, 有线传输技术已经不能满足移动通信的需求及远程数据采集量的日益增加, 于是近距离无线传输在很多测试领域中的应用就显得重要。近年来, 我国在无线通讯领域已经取得了很大的进步, 例如高能电池, 低耗能电路的应用, 射频电路与数字电路制作工艺的完善等。这些进步均提高移动通讯设备使用的灵活性, 可靠性及经济性。
近距离无线通讯技术主要有以下几类:第一类, 红外通信技术。这是使用范围最为广泛的一种近距离无线通信技术, 它借助红外线通断的原理进行工作, 一般情况下的有效作用半径为两米, 被广泛应用于各类遥控器, 移动电话等引动设备;第二类, 微功率近距离无线通讯技术。这种技术离不开大规模集成电路技术的支持, 在近距离无线数据传输系统中, 大多数功能与高频元件等都能够集中至一块芯片的内部, 体现了良好的功能一致性及性能的稳定性。微功率近距离无线通讯技术多应用于小型网络的搭建中;第三类, 蓝牙技术。蓝牙技术在全球范围内均得到了广泛的应用, 其数据传输的有效半径为十米左右, 并且具有很强的穿透力, 能够实现全方位的数据传输, 目前主要被应用于网络中各类数据与语音设备当中。
2 无线通信系统的基本结构
无线通信系统的基本结构主要包括发射机, 接收机以及用于无线连接的通道等组成。前两种是所有无线通信链路中非常重要的部件, 相互单独工作或结合在一起形成收发机。收发机最典型的就是蜂窝电话, 能够同时进行数据的发射与接收。
3 近距离高速无线数据传输系统遵循的原则
3.1 高效率的数据传输
近距离高速无线数据传输系统首先应该满足高速, 高效及精确的原则, 在爆炸冲击波信号中, 一般都包含较为丰富的频率分量, 其采样的频率较高, 因此为了提高冲击波测试的精准度, 转换等额频率一般都在12字节以上。此外, 为了获得充裕时间的信号, 存储器的容量也会随之增大, 这无形中对无线数据传输系统的数据传输的速度与效率提出了更高的标准, 因此, 高速率无线数据传输技术的开发是获得较快测试数据的关键手段。
3.2 灵活的通信距离
无线数据的传输需要遵循通信距离灵活性的基本原则, 高效快速是一方面, 方便灵活的传输距离也是十分关键的一个要素, 因为在移动通信当中, 距离的障碍产生降低用户的体验, 甚至会给用户带来不必要的损失, 使得无线传输系统的设计不能够得到社会大众的广泛认同, 十分不利于无线数据传输技术的研发与普及。
3.3 微小的天线体积及严谨的通信协议
微小的天线体积不仅能够有效减小系统的使用空间, 同时也是该领域技术发展的一个重要表现。特别是对于在爆炸冲击波场中工作的无线系统来说, 体积较大的一般天线是很难在其中存在的, 因此必须要控制天线的体积, 使其在该种环境中能够正常的适应和工作;在无线数据传输系统的应用中, 测试现场地形的复杂性, 地理地貌的多样性以及通信环境的恶劣性都是影响数据传输可靠性与准确性的重要因素, 因此必须要有严谨的通信协议作为基本保障。
4 近距离高速无线数据传输系统的研究
4.1 系统的总体结构
无线数据传输系统最主要的作用就是完成存储测试系统与计算机之间相关数据及指令的无线传输任务。依据连接对象及无线通道可以将无线数据传输系统划分为两个子系统, 分别为:连接计算机的主要控制系统和连接存储系统的从控制系统。主要控制系统是通过USB来实现与计算机的连接, 从控制系统则对应与存储测试系统进行连接, 体现与主要控制系统一一对应的联系。前者的主要职能包括计算机指令的接收, 对指令进行判断操作, 实现指令的无线数据传输, 将从从控制系统接收的无线指令传送给计算机等;后者的主要职能包括接收和处理来自主要控制系统的无线信号, 判断并执行相应的操作, 对自身的工作参数进行设定, 接收存储系统的信息并转发, 对存储测试系统进行控制等。
4.2 系统的硬件电路
文章研究的无线数据传输系统硬件电路的设计主要分为五个部分, 依次为:功率放大电路、射频电路、接口电路、微处理控制电路以及电源电路的设计。在这当中, 控制电路与射频电路的主要功能是用来实现无线数据的传输, 功率放大器用来延伸通信的距离, 接口电路的主要职能就是获取和传输经过测试所得的数据, 而电源电路则是在低耗能的要求下, 负责为整个无线系统进行供电。频射电路要以无线射频的芯片为核心, 通过搭建恰当的外围原件来实现电路的设计;功率放大器的电驴设计由于无线控制指令传输的双向性, 需要对射频收发转换开关进行考虑;控制电路是无线数据传输系统中的重要环节, 也是系统实现功能的基本保障, 因此要特别注意微处理器的选择问题。
4.3 系统的软件设计
近距离无线数据传输系统的软件设计业十分关键。首先, 主程序的设计, 单片机控制主程序负责控制指令的完成与测试数据的无线传输, 根据上述内容, 可以将其分为主控系统控制程序与从控制程序两个部分进行设计;其次, 子程序的设计, 该部分主要包括连接测试系统模块、测试系统上电模块、工作参数设定模块的设计, 测压自检模块、速测自检模块、调平衡模块、等待时间设定模块, 读取测试数据模块的设计等。
4.4 系统的调试与检测
在近距离无线数据传输系统设计完成后, 需要与存储系统进行联调, 并对其进行无线数据传输的检测, 主要是针对控制指令的无线收发, 测试数据的无线传输进行相应的实验测试, 并要对无线数据传输系统的有效传输距离及平均传输速度进行性能的检测。测试的结构就是无线传输系统设计可行性的最佳体现。此外, 还要重点对无线数据传输的速度与传输的距离进行相关的测试, 实验的次数最好控制在三次以上, 以保证实验数据的精准性, 测试的内容要包含传输的之间, 传输的速率及平均传输速率等项目。无线数据传输距离的检测可以在室外空旷之处完成, 将无线数据传输的距离作为控制的变量, 进行多组不同距离的测试, 并对数据传输的成功率进行记录和统计。
5 结束语
上述内容主要简要介绍了近距离无线数据传输技术, 无线通信系统的基本结构以及近距离高速无线数据传输系统设计需要遵循的原则, 并重点对近距离高速无线数据传输系统的相关内容进行了全面的分析和研究。总的来说, 我国在近距离高速无线数据传输先进技术的研发与系统的设计方面还有着十分广阔的发展空间。
摘要：近年来, 随着社会经济和科学技术水平的不断提高, 近距离无线通讯技术也获得了迅速的发展。高速无线传输技术在冲击波测试中的应用是未来的重要发展趋势, 本研究将主要对近距离高速无线数据传输系统进行分析和探讨。
关键词：近距离,无线传输,冲击波测试
参考文献
[1]周黎明.短距离无线数据传输系统研究[J].工业控制计算机, 2013 (5) .
[2]吕国皎, 唐婷.关于无线数据传输系统的研究[J].自动化与仪器仪表, 2010 (1) .
数据传输系统 篇10
1 现有数据传输技术存在的问题
桥梁健康监测系统中的数据是非关系型数据,数据存储中大量使用了二进制文件和文本文件[4,5]。这些文件结构简单便于使用,但占用的存储空间较大,影响传输速度。同时,由于当前文件系统的原因,文件存储不仅包含其自身数据,也包含在磁盘扇区中的登记信息,导致非常小的文件会占用远大于自身尺寸的存储空间。以NTFS为例,所有文件都会在MFT(主文件表)中记载该文件的大小、时间戳、安全属性和数据位置。
此外,系统中这些文件的传输主要利用诸如Windows文件共享(SMB)或者是FTP等一些成熟的传输协议进行的,但是这些协议并非为少量数据的传输所设计,因此带来了效率低下的问题。SMB和FTP协议的传输需要数个往返的通信,以FTP协议为例,每一个文件传输至少需要如图1所示的几次往返通信(这其中已经省略了传输开始连接之前的TCP三次握手和每条消息传输完成之后的ACK)。
从图1可以看出,文件中的数据传输只是通信协议中的一小部分,普通体积或者大体积的文件传输时,这些“额外开销”(overhead)是完全可以接受的,然而系统中文本文件仅十几字节,使用相同的协议,其“额外开销”确实是非常大。
以最常见的File Zilla Server搭建的FTP服务器在局域网中进行数据传送试验,并抓包查看数据包的往来记录及其细节。结果表明,通过FTP传输一个仅20字节的文本文件,实际在网络上需要传输1 053字节,共发送了15个数据包。其中仅protocol为“FTP-DATA”的数据包传输文本文件的数据,其它均为协议所带来的“额外开销”,如图2所示。
SMB协议(即Windows文件共享)的数据传送流程与FTP类似,同时SMB协议还是微软的闭源协议,不容易深入研判。为了确保数据传输的准确性,耗费一定的额外开销是需要的,但是FTP此类针对大文件系统管理所设计的协议,给健康监测系统中某些特殊应用带来了很多的额外开销,显著地增加了网络传输压力、拥塞甚至数据丢失。这就需要寻求更好、更先进的方法来解决这一问题。
2 MOM技术在数据传输中的研究与应用
中间件(Middleware)是一种可以独立于系统和平台的服务或者应用程序,位于操作系统和应用程序之间的中间层[6]。消息中间件作为一种重要的中间件技术,是以消息为基本的数据传输工具,可以应用于极其复杂的异构环境。面向消息的中间件(MOM,Message Oriented Middleware)提供了以松散耦合的灵活方式集成应用程序的一种机制[7],提供了基于存储和转发的应用程序之间的异步数据发送,即应用程序彼此不直接通信,而是与作为中介的MOM通信,由MOM负责尽可能地保证数据的正确发送,其传输结构图如图3所示[8,9]。
消息中间件技术具有如下特点:
(1)满足多种通信方式。既可以点对点通信,也可以进行多对一、一对多或者多对多的通信;
(2)松耦合。数据发送端和接收端不必建立连接就可以进行数据传输,大大降低了服务间的依赖和耦合,也避免了因为通信状况不佳而导致的数据传输速度缓慢及丢包率高的问题;
(3)高可靠性。由于消息队列对数据进行了本地化处理,所以当发生网络故障可以迅速地恢复传输,保证传输的可靠性;
(4)高可控性。使用消息队列,可以轻松地控制发送和接受的数据大小,对数据传输速度进行有效控制。
MSMQ是Windows操作系统中面向消息的中间件,是用于创建分布式、松散连接的消息通讯应用程序的开发工具[10]。改进的桥梁健康监测系统中数据传输使用MSMQ开发出一套用于数据传输与交换的消息中间件系统MOM-QHMQ,解决了数据传输滞后的问题。数据传输系统MOM-QHMQ由图4所示的4个部分组成。第1部分为通信管理模块,主要负责通信线程的控制;第2部分为数据报文封装模块,主要负责传输数据报文的封装;第3部分为节点数据传输模块,主要负责数据传输的中转;最后一部分是中心数据同步模块,主要用于同步节点数据。通信管理模块是整个系统的基础,其他3个模块是在这个基础之上完成数据可靠、高效传输的。
采用MOM-QHMQ系统和FTP方式进行数据传输,并在马鞍山大桥健康监测系统中进行了测试,结果如表1所示。从表1中可以看出,传输同批量数据文件,MOM技术传输速度比普通FTP技术快得多,并且传输速度稳定,能够满足实时传输要求,也能满足健康监测系统传输数据量的总体要求,系统运行稳定。
3 结论
桥梁健康监测系统每时、每刻都在产生大量的数据,数据从传感器的采集到数据中心的汇集需要进行多层网络传输,网络传输特别是INTERNET传输往往会产生数据传送滞后甚至丢失或造成网络堵塞等问题。随着计算机网络技术以及大数据技术的发展,数据传输软件技术也有很大的发展。本文对面向消息的中间件(MOM)技术在数据传输中的应用进行了探讨,结果表明MOM技术不仅提高了数据传输的速度,解决了健康监测系统中海量数据传输滞后实际问题,同时也保证了系统数据传输的实时性和稳定性,满足了系统数据传输总量要求,为健康监测系统大数据分析和桥梁安全保障提供了必要的基础。
摘要：针对桥梁结构健康监测系统中的数据传输滞后问题,文章对面向消息中间件(MOM)技术在数据传输中的应用进行分析,结果表明MOM技术传输技术更快、更稳定,能满足实时传输要求。
关键词：桥梁工程,健康监测系统,数据传输,MOM技术
参考文献
[1]李惠,周文松,欧进萍,等.大型桥梁结构智能健康监测系统集成技术研究[J].土木工程学报,2006,39(2):46-52.
[2]物联网应用技术[EB/OL].[2016-02-22].http://baike.baidu.com/link?url=Q32Ja7PVr2kg THhh5qj B4SBFn_p H11MGdd YJ qlqs S-VROLj KBp Mz23h O5h-zm2Tvd Sf U06s U4Agjkb_bxwx Qa.
[3]网络通信协议[EB/OL].[2016-02-22].http://baike.baidu.com/link?url=jw O3Ge Zs73b2So Gxr H-zq Tgl2j YR0Zb8UV6f9b_w SRgb Z05Lt Cgq668l II_CCPc5W2Bji Pidzn1U_DT1AFn Hq K.
[4]文件格式[EB/OL].[2016-02-22].http://baike.baidu.com/link?url=Do Vjk2BJj FVNw3sw Ku Sl Pr ZI2UZyd W-P8-Mi Wg X7H3I6Xmaj6WO59Zn OZSDr Z9X0r Qiz Tdk2PTQKfg5wt Hwt IK.
[5]刘超,胡成玉,姚宏,等.面向海量非结构化数据的非关系型存储管理机制[J].计算机应用,2016,36(3):670-674.
[6]消息中间件原理及JMS简介[EB/OL].(2008-01-27)[2016-02-22].http://www.blogjava.net/orangelizq/archive/2008/01/27/178026.html.
[7]浅议消息中间件技术标准与开源实现[EB/OL].(2008-01-27)[2016-02-22].http://blog.csdn.net/mikeszhang/article/details/9222221.
[8]梁彦杰,廉东本.基于消息中间件的数据交换平台传输框架设计[J].计算机系统应用,2012,21(4):10-13.
[9]王海华,徐剑.基于消息中间件通信的网络平台MOM系统[J].中国西部科技,2008,7(21):37.
数据传输系统 篇11
摘 要：随着社会的发展，科技水平的进步，我们迎来了信息时代，在日常生活工作中随处可见信息化的影子，这势必会在一定程度上影响嵌入式网络技术的发展，该项技术是时代发展的必然趋势，能够广泛的运用在图像采集和传输的领域当中。而随着技术的逐步提升，无论是在工作中还是在生活中，人们在使用嵌入式系统对处理图像数据传输流的过程中对宽带的需求越来越高，文章将围绕DSP中嵌入式系统中的千兆数据关键传输技术方面进行研究分析。
关键词：DSP；嵌入式系统；千兆数据传输；关键技术
中图分类号：TN919.3 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）23-0026-02
1 研究背景分析
伴随着时代发展步伐的加快，信息技术革命的快速增长，人们已经广泛的接受和运用了图像处理技术，因而，数字化、高效、实时的图形处理技术成为专家进一步研究的重要课题。
从研究的成果方面来看，原有的8位和16位的处理器已经替换成了现在的32位和64位高速运算、大存储量的处理器，显著的提高了处理速度，同时为后续出现的嵌入式系统做好了铺垫。
1.1 嵌入式系统的概念
嵌入式系统的出现，标志着新技术的发展方向，较低的功耗、应用的多面性、较小的体积、较高的可靠性以及较强的性能等都是其较为突出的特点，无论是在网络通讯、国防军事方面，还是在工业控制、消费电子方面其都有广泛的应用。
嵌入式系统作为专用的综合性系统，其有效地将微处理器、应用软件以及操作系统汇集为一个整体，其中，嵌入式微处理器是核心元件。
1.2 DSP技术
在几十年的历史发展长河中，简单化的智能控制功能通过对单片机的广泛运用而得到实现。
随着不断发展和提升的技术水平，数据处理任务量的增加，数据精度和实时性要求的提高，在信号处理理论化、信号处理方式方法、计算机的技术水平等方面都得到显著提高的同时，低档次的单片机功能已经无法适应新时代发展的要求，这势必为DSP芯片的出现做好了铺垫。
DSP作为专用处理器被广泛应用在信号处理方面，人们称其为信息化社会或数字世界的引擎，无论是在指令算法还是在系统结构方面其都有独一无二的设计，因而在执行速度和编译效率方面均具有高效性。
并且，DSP正大规模地应用于嵌入式市场中，如：谱分析、数字滤波、图像的处理和分析以及FFT等领域。
由于大量信息数据的不断产生，百兆以内的通信速度已经无法适应图像数据的传输要求了，因而提出了更高要求的千兆数据传输技术。
2 关于嵌入式系统接入以太网技术的现状
2.1 不断提高的设计要求
人们早已提出了将以太网和嵌入式系统两者相结合的观点，但由于受到以太网确定性和速度性两方面的限制，这一观点难以实现，无法满足现代化工业通信网络发展的需求。并且各种网络通信的协议对嵌入式的系统运算速度和存储容量等都具有较高的要求。在实际的应用中，只有三十二位以上的处理器才能够满足这一要求，其他的处理器是难以满足的。
2.2 嵌入式以太网成熟的标志
随着DSP这一数字信号处理器的面世，实现了各种数字信号的实时处理算法，营造了新的数字信号应用、处理和研究的格局，提供了实际的工作环境，降低了工作成本。
如：TI公司的TMS320C6000这一系列的DSP芯片，其不但提供的系统存储容量充足，还具有高速、精确的运算能力，这标志着嵌入式以太网研究的条件已经趋于成熟。
2.3 系统设计的瓶颈
实际运用中，在嵌入式系统中植入以太网技术并不是一件容易的事情，在植入的过程中面临着多种问题的发生，如：人们在各个领域中广泛的利用高效的嵌入式处理器，显而易见越高的处理器性能，自然会非线性的增加功耗，这也使得在某些系统的设计过程中出现功耗问题，从而影响设计效果。
同时，技术的发展，几百上千兆的处理器主频状态已经不再是问题。随着逐渐加快的运算速度，若干个高速度处理器之间数据的传输以及高速数据流的输入输出对带宽的占用等都影响了系统设计。并且，多元化的系统设计必然会使得应用程序增大，这也是设计工作的难点之一。
3 设计的关键技术
3.1 系统整体结构设计的关键
为了实现高速通信的目标，减少DSP芯片的运行负担，提高其运算效率，就需要使用到高速的DSP+千兆以太网的控制器结构，在千兆以太网控制器中对网络层、物理层、传输层以及链路层进行分配。
TMS320C6455（下面简称C6455）是TI公司目前单片处理能力最强的高性能定点DSP，最高主频可达1.2 GHz，定点处理能力为9 600 MMAC/s。
C6455在具有高速计算能力的同时，还在片上集成的千兆以太网控制器，无须外加专用的以太网控制芯片，就可与其他以太网设备进行通信，从而有效提高了DSP与其他系统的高速数据传输能力。
C6455片上EMAC模块和VSC8201芯片均支持RGMII，GMII，MII，RTBI和TBI接口模式，因此两芯片之间可以方便的接口，这里采用了标准GMII模式。
系统整体结构的几个关键设计，有以下几方面：
3.1.1 系统时钟的选取
千兆以太网需要高精度的系统时钟才能可靠的传输数据，设计时必须采用高精度的晶振或晶体（精度在4位以上）；VSC8201允许引入25 MHz和125 MHz的时钟，从精度、布局布线和电磁兼容性几个方面综合考虑的问题，应采用25 MHz时钟。
3.1.2 硬件的布局布线
千兆以太网外部差分数据线上时钟高达125 MHz，在高时钟频率下，VSC8201与RJ45之间的信号线必须等长差分布线，才能保证数据传输的可靠性。同时，EMAC接口与VSC8201之间的数据线如TXD（7-0）和RXD（7-0）也必须尽可能的短，并且等长布线。
3.1.3 系统硬件复杂度
千兆以太网是一个高速接口，复杂的硬件设计会带来更多的不可靠性，因此应尽量降低系统的复杂度。一个有效的方法是，采用带变压器的RJ45网络插座，不仅能够降低系统的体积，还能有效提高系统的可靠性。
3.2 DSP硬件设计的关键
正如我们所知，千兆以太网的吞吐速率极高，为了符合这一特性，在与以太网控制器进行通信的过程中需要使用到高速的DSP数据总线。而存在于DSP芯片中的PCI总线正好拥有这一高效通信速率的特点。
在6000的系列中TMS320C64X是DSP的中心款，其是作为最高性能定点的DSP芯片存在，而在TI公司研发的第二代DM642，其在数字化的多媒体领域中被广泛运用，作为32位定点的处理器，能够达到600 HZ的主频状态，最大处理的能力在 4 800 MIPS以上。
需要注意的是，PCI在使用DM642为接口时，需要与相关的PCI2.2的协议规范相符合，能够满足PC99的各种要求，无论是PCI的主接口还是从接口都必须满足，选择32位数据总线或地址，具备单功能设备的特性，拥有中间地址译码，所有片上的RAM都能够通过PCI或EMIF的作用进行访问，设有独立的外部存储器；对于存储器的读块、读、写命令、读乘、CFG读、I/O等都能够发挥支持作用；从访问的突发长度没有限制；主设备的传输能够达到64 KB之多；满足单字传输I/O读写的能力等。
在6000系列的DSP中需要使用到两种电源，一种为外围器件的接口供电，一种为CPU的核心供电。根据C6000DSP型号的不同，其所使用到的核心电压也会有所差异。
因而，在上电的过程当中首先需要上电的是CPU的核心电源，也能够采取外设电源（I/O）与其同时上电的这样一种形式。当需要将电源关闭时，首先需要将DVdd关断，再将CVdd关断。
针对所采用的C6000DSP这一系统，应当确保每一个核心供电的电源都能够提供给DSP芯片2 A以上的电流，直至I/O电源上电为止。
4 结 语
千兆以太网在嵌入式图像处理系统中的广泛运用是时代发展的需求，是技术进步的必然趋势，笔者主要根据以往嵌入式以太网占用了较多DSP的问题进行研究分析，将新型的嵌入式的处理器形式构建了出来，提出了专用千兆以太网控制器通信技术的观点，并对这门技术进行了详细阐述，为该行业未来的研究及发展方向做出一点贡献。
参考文献：
[1] 赵贵海.基于DSP的嵌入式系统中千兆数据传输的关键技术研究[D].
天津：天津理工大学，2008.
[2] 杨永.基于高速DSP的千兆以太网嵌入式系统研究[D].天津：天津大学，
2007.
[3] 王为.基于FPGA-DSP的浮选图像系统多通道采集装置研制[D].长沙：
中南大学，2014.
[4] 冯欣欣.基于DSP阵列及千兆网接口的彩超信号处理系统设计与实现 [D].西安：西安电子科技大学，2011.
[5] 卿思奇.基于DSP的嵌入式眼动跟踪系统设计与实现[D].武汉：华中科 技大学，2011.
[6] 宋敏.基于DSP和嵌入式平台的在线电能质量监测系统设计[D].上海：
数据传输系统 篇12
相比较其他的一些短距离无线传输技术, Zig Bee技术具有低功耗、低成本、低速率、短延时、免执照频段等特点, 能够应用于数据量传输较小的工业控制领域。在实际的工业现场, 由于Zig Bee使用的是2.4 GHz的免费频段, 频率高导致其穿过障碍物的能力较低, 视距内的传输距离太短, 往往需要组建一定规模的无线局域网, 如何组建无线网络是必须解决的首要问题。
本文提出了一种自组织局域网的无线数据传输系统, 最多的跳跃点数是3个, 跳点太多会造成数据延迟性相应的增加[1]。Chipcon As公司的CC2420, 是首款符合2.4 GHz频率、IEEE802.15.4标准的Zig Bee无线收发器, 也是第一款适用于Zig Bee产品的RF器件, 性能稳定且功耗极低[2]。主控制器使用TI公司的MSP430F149芯片和CC2420组成网络中的协调器以及各个节点, 给出了系统的硬件、软件结构设计。
1 总体结构设计
系统主要由上位机、Zig Bee节点、Zig Bee协调器三部分组成如图1。上位机是在Visual Basic 6.0平台基础上开发的, 该平台拥有的图形用户界面 (GUI) 和快速应用程序开发 (RAD) 系统, 可以很容易使用ADO, DAO, RDO控件连接数据库, 对上位机接收的数据进行处理。Zig Bee节点主要用于现场数据采集, 简单处理数据, 而且部分节点还具有路由的功能, 可增加系统数据传输的距离和可靠性。Zig Bee网络这种多节点有序的特点可以稳定的传输数据, 组成一个容错性较好的采集系统。
采用部分网状拓扑结构, 不是所有的节点都可以互相通信, 它的优点是可以把网络的覆盖范围成几倍地扩大。系统中使用的CC2420收发器, 每两个之间的无障碍传输距离为70~80 m, 因为多个节点可以作为路由器使用, 所以网状拓扑结构就令整个网络无最大通信距离的限制。例如在图1中, 节点7可以通过以下路径把数据传送至PC上位机:7—2—协调器—PC, 还有一条是7—2—1—协调器—PC, 这是为了防止一条路径不通而影响整个系统的正常工作, 还可以有效的避开障碍物之类的因素[3]。
2 系统硬件设计
2.1 Zig Bee节点
Zig Bee节点的功能是采集现场的数据, 并将数据传送至Zig Bee协调器, 最终上传至PC上位机。Zig Bee节点主要由传感器模块、MCU模块、Zig Bee收发模块、存储模块以及供电模块五部分组成, 如图2所示。
传感器模块主要是采集现场数据, 可以根据现场需要使用不同的传感器采集数据;MCU模块选择MSP430F149单片机, 该芯片是16位处理器, 自身内置12位精度的A/D转换模块, 传感器得到的模拟信号可以直接传送给其进行AD转换, 不用专门设计A/D转换电路。另外有四种模式LPM1、LPM2、LPM3、LPM4写程序时可以调用不同的模式达到理想的低功耗效果[4]。两个串口可用, 一个作为RS232接口, 另一个SPI工作方式与无线模块数据通信。JTAG提供下载程序的接口, 指示灯为芯片上电指示。存储模块使用AT24C08, 具有8k B的数据存储容量, 加上单片机自身60k B Flash的容量满足数据存储需要, 通过I2C总线与单片机连接, 能快速、准确的存储和读取数据。Zig Bee收发模块选择CC2420, CC2420具有低功耗、高抗干扰能力、独立的发送接收缓存、外部组件很少、对802.15.4 MAC的硬件支持和硬件安全等特点, 这些为硬件和软件设计提供了很大的方便。由于节点一般是分散在现场的各个地方, 所以选择电池作为统一供电电源, 而单片机和Zig Bee无线模块使用的电压为1.8 V~3.3 V, 所以使用两节1.5 V电池串联提供3 V的电源。
2.2 Zig Bee协调器
Zig Bee协调器的功能是负责组建本无线网络, 允许各个节点加入与退出网络, 以及把各个节点发来的数据上传至PC上位机。与节点组成一样, 只是少了一个传感器模块, 如图3所示。
3 系统软件设计
3.1 协调器软件设计
协调器承担整个Zig Bee网络的组建, 并和PC上位机通信, 其工作流程如图4所示。
3.2 节点软件设计
Zig Bee节点有两种:带路由功能的节点和不带路由功能的节点。前者比后者多了能够把数据包传递到下个节点的功能, 在这里给出前者的工作流程, 如图5所示。
3.3 上位机
上位机功能:1) 给Zig Bee网络发命令, 如读取某个节点的数据或者网络中所有节点的数据等, 2) 能够对读到的数据进一步处理, 如数据包包含了帧头、网络PANID、各个节点短地址、现场数据、校验码、帧尾等, 把这些数据区分开来, 放到对应的位置。选择VB编程界面设计上位机, VB是比较成熟、快速的上位机开发工具, 其可视化界面简便实用, 而且有专门和数据库连接的控件, 方便数据处理[5]。
4 结语
系统结合了MSP430单片以及Zig Bee的特点, 提供了低功耗、低成本的无线数据传输解决方案。网络还具有自修复能力, 节点的断开与加入网络都可以自动实现, 容错性好, 电源的设计考虑到Zig Bee技术的分布性选择使用电池, 可以持续使用6~24个月[6], 传感器模块更换一下, 就能够应用到其他领域, 对于数据传输量不大, 实现远距离控制的工业现场是不错的选择。
参考文献
[1]徐志, 陈彬兵.自组织ZigBee网络节点通信研究[J].通信技术, 2009, 42 (12) :128-131.
[2]Chipcon As SmartRF CC2420 Prelininary Datasheet (rev1.2) , 2004.
[3]彭燕.基于ZigBee无线传感器网络节点的研究[J].现代电子技术, 2011, 34 (5) :49-51.
[4]胡大可.MSP430系列FLASH型超低功耗16位单片机[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2002.
[5]孙学岩.基于ZigBee无线传感器网络的温室测控系统[J].仪表技术与传感器, 2010, (8) :47-49.