数传系统

数传系统（通用10篇）

数传系统 篇1

摘要：提出了一种用于近距离数据传输的多路无线通信系统的设计方案。采用基于nRF2401芯片的数传模块,设计具有多路收发功能的无线系统,可以用于智能家居系统之间的数据传输、控制,相比传统的无线数据传输系统具有成本低、传输速度快、稳定性高的优点。

关键词：无线数传,nRF240,智能家居

0 引言

随着电子信息技术的发展,人们的生活、工作方式发生了巨大变化,智能家居得到了快速发展。智能家居系统利用网络通讯技术将与家居生活相关的各种功能连接,进行综合管理,让家居生活更方便、舒适。传统的智能家居系统中数据传输采用有线方式,但无线通信技术发展迅速,它比有线网络具有建设方便、扩展性能好等优点,使其逐渐取代有线网络,成为智能家居数据通信的首选。

目前智能家居中典型的无线数据通信技术有Bluetooth,Wi-Fi,Zigbee技术等[1],都有各自特点:Bluetooth传输速率高,但传输距离较短、有节点限制;Wi-Fi传输距离远,但其芯片成本较高、对硬件环境要求高;Zigbee具有成本低、通信可靠的优点,但数据传输速率较低。针对以上情况,本文采用nRF2401芯片,设计了一种适用于智能家居的多路数据传输系统,具有成本低、传输距离远、速率高等优点。

1 系统硬件设计

1.1 nRF2401无线通信模块

nRF2401是Nordic公司生产的一款无线通信通信芯片,工作电压1.9～3.6V,由频率发生器、ShockBurst式控制器、解调器、解调器、功率放大器、晶体振荡器等部分组成。nRF2401无线通信模块外围电路如图1所示。

nRF2401采用FSK调制,内部集成了Enhanced ShockBurst协议,可实现点对点或是1 对6 的无线通信。它工作在2.4GHz～2.5GHz ISM频段,有125个可选频道,可满足多点通信和跳频通信需要,通信速度可以达到2Mbps。输出功率、频道选择和协议的设置可以通过SPI接口进行设置。当工作在发射模式下发射功率为-6dBm时电流消耗为9mA,接收模式时为12.3mA[2]。

智能家居对数据传输有传输稳定、速率高、作用距离远、功耗低等要求。普通智能家居系统仍采用有线连接方式,存在组网困难、不易扩展等缺点。采用nRF2401无线传输技术可以克服上述缺点,满足系统要求,更适合与智能家居系统。

1.2 nRF2401与单片机的连接

nRF2401通过SPI 接口与单片机进行通信。nRF2401的工作电压范围为1.9～3.6V,单片机要选用低工作电压型的,否则需要串接2k电阻,本文采用AT89LV51单片机。

nRF2401与微处理的接口有两种方式:直接SPI连接方式和I/O口模拟SPI连接方式。本文采用I/O口模拟SPI连接方式,这种连接方式的优点是可以非常方便地与各种高低速CPU连接,并且传输的误码率很低。nRF2401有6个I/O需要和单片机连接,如图2所示。单片机采用I/O口模拟SPI总线,使用P1.1,P1.2,P1.3,P1.4模拟SPI的SCN,SCK,MOSI,MISO。CE决定是否允许收发信号,IRQ是中断引脚,分别与单片机的P1.0,P3.2连接。在接口电路设计完成后,要使单片机与nRF2401之间实现通信,还要考虑单片机的传输率,本文选择单片机的波特率为9600bps,晶振为11.0592 MHz。

2 系统软件设计

2.1 nRF2401工作模式

nRF2401共有四种工作模式:收发模式(Active Mode)、配置模式(Configuration Mode)、空闲模式(StandBy Mode)和关机模式(PowerDown Mode)。可通过设置nRF2401的CE、CS和PWR_UP来选择不同的工作模式,以实现系统的低功耗设计[3]。具体设置如表1所示。

nRF2401有三种收发模式可以选择:直接收发模式、ShockBurst收发模式和Enhanced ShockBurst收发模式。直接模式需要通过软件在发送端添加校验码和地址码,在接收端通过软件检查数据是否传输正确;ShockBurst收发模式,nRF2401使用片内的FIFO堆栈区,数据低速传入,但高速(1M～2Mbit/s)发射,这样可以尽量节能,而且使用低速的单片机也能实现很高的发射数据速率。在发送数据时,nRF2401自动生成前导码和CRC 校验码,在接收数据时,自动把前导码和CRC校验码移去。当发送过程完成后,IRQ引脚通知CPU数据发射完毕,减少了CPU的查询时间[4];Enhanced ShockBurst收发模式除了具有ShockBurst收发模式的特点外,还具有自动应答功能。发送方可要求接收方收到数据后发送应答信号,以便于发送方检测有无数据丢失,一旦数据丢失,则重发数据,与射频协议相关的高速信号处理都在片内进行,具有功耗低、数据在空中停留时间短、抗干扰性高、减小整个系统的平均电流等优点,可提高整个系统的效率,本文采用此工作模式。

2.2 多路数据通信

nRF2401配置为接收模式时可以接收6路不同地址相同频率的数据。每个数据通道有自己的地址,可以通过寄存器EN_RXADDR_Px来进行分别配置。数据通道0有40位可配置地址,数据通道1～5的地址为:32位共用地址和8位各自的地址。nRF2401在收到数据后产生应答信号,此应答信号的目标地址为接收通道地址。这种通过配置不同数据通道地址进行通信的方式使用非常方便,大大减少了CPU查询等待时间,提高了数据传输效率。

2.3 数据发送接收流程

在Enhanced ShockBurst工作模式下,使用nRF2401 芯片进行无线数据通信时不需要进编码,编程和应用非常方便[5]。数据发送流程如图3所示。

nRF2401初始化主要完成写本机地址、写接收端地址、信道工作频率选择、设置接收数据长度、设置数据传输速率、设置CRC等工作。其中信道工作频率接收端必须保证一致。然后把接要发送的数据按时序送入nRF2401,单片机把CE置高(至少10微秒),激发nRF2401进行Enhanced ShockBurst发射。N24L01的Enhanced ShockBurst发射包括4个步骤:

(1)给射频前端供电。

(2)射频数据打包(加字头、CRC校验码)。

(3)高速发射数据包。

(4)发射完成,等待接收应答信号。

数据接收流程如图4所示。nRF2401接收模式初始化配置和发射模式基本相同。把CE置高,130μs后,nRF2401进入监视状态,等待数据包的到来,当接收到数据后自动判断数据是否正确(正确的地址和CRC校验码),自动把字头、地址和CRC校验位移去并发送应答信号。nRF2401通过把STATUS寄存器的RX_DR置位通知单片机,单片机把数据从NewMsg_RF2401读出,所有数据读取完毕后,可以清除STATUS寄存器,完成数据接收。

3 实验结果

通过串口调试助手,对几种通信方式在不同传输距离下的误码率进行了测试。系统在室内的测试结果如表2所示。

4 结束语

nRF240 具有成本低、功耗低、传输速率高、硬件电路实现简单等优点。本文根据nRF2401的特点设计了无线数据传输系统,经过多次实,结果表明该系统数据传输质量可靠稳定,传输速率高,可实现多路数据通信,在空旷场地传输距离达到50米以上,性能优于其它数据传输方式,适用于智能家居系统。

参考文献

[1]石斌.基于Z igBee技术无线教学系统的设计与实现[D].大连理工大学,2009.

[2]刘晓红,何永洪.基于nRF2401的无线数据通信系统[J].电视技术,2008(z1):72-73,81.

[3]侯天星,王凤新.基于nRF2401的无线数据传输系统[J].中国农学通报,2009(7):258-263.

[4]刘文吉,李健,孙运强.基于射频收发芯片nRF2401的近距离射频研究[J].自动化与仪表,2006,21(1):75-78.

[5]樊祥现,袁平.nRF2401无线通信数据传输可靠性技术应用[J].自动化技术与应用,2008(7).

数传系统 篇2

数传电台的调制方式主要有以下几类：

（一） GMSK

高斯滤波最小频移键控。GMSK调制是在MSK（最小频移键控）调制器之前插入高斯低通预调制滤波器这样一种调制方式。GMSK提高了数字移动通信的频谱利用率和通信质量。

（二）CPFSK

连续相位频移键控。采用CPFSK调制方式使接收机易于实现，与QPSK的.调制方式相比对相位稳定度要求不高，不易受外界温度噪声的影响，而且在信号解调处理时实现低功耗。

（三）QAM

正交振幅调制。QAM是用数字信号去调制载波的幅度和相位，使载波的幅度和相位受控于数字信号，常用有16QAM、32QAM、64QAM等。这种调制由于载波的幅度和相位都带有信息，所以它比QPSK方式所能传输的数码率高。

（四）QPSK

数传系统 篇3

【关键词】NICT数传电台 无线通讯 浸润线 尾矿监测

一、引言

目前，随着各种无线通讯设施的出台及在各种行业的采用，NICT数传电台也广泛应用在点对点和点对多点的无线数据通信系统中。NICT产品采用微处理器和先进的数字信号处理技术，保证了在恶劣的工业现场环境中同样具有卓越的、可靠的数据传输性能。

二、 NICT数传电台

（一）NICT数传电台基本结构

NICT是近年内根据各个环境与需求开发的通讯数据链集成产品，根据多年的行业应用及市场积累，在结合国际主流测绘数据链通讯功能的同时，集GNSS与各设备控制采集、常规测绘设备通讯、数据链中转及收发等功能于一体。该产品主要功能和特色主要体现在：作业环境优化、产品灵活轻巧、功能强大稳定、人性化操作设置。NICT主机由主机壳、前接口板、后挡板、固定安装板、主板、按键及指示灯板、面贴、前后密封圈组成。从而更好的实现了透明传输，分包转换，自动转发，快速导步。

（二）NICT智能协议体系

本次采用NICT数传电台空中波特率为9600b/s；各通道主要频率为：频道数：表示共有8个频道：463.125Mhz起，每隔25Khz一个信道。

具体频率分配如下：

1通道发送频率：463.1250，2通道发送频率：464.1250

3通道发送频率：465.1250，4通道发送频率：466.1250

5通道发送频率：463.6250，6通道发送频率：464.6250

7通道发送频率：465.6250，8通道发送频率：466.6250

三、NICT数传电台在尾矿库监测中应用

（一）项目概况

近几年中，尾矿库在线监测系统成为国家安全的重点项目被抓，但由于各种尾矿库的不同使得在线监测的供电、通讯等存在诸多的不足，从而在尾矿库监测上存在着亟待解决的问题是当前行业内专家研究的新课题；下面根据中线筑坝法尾矿库的现状做了相应的研究，最终商定采用数传电台来实现浸润线的数值传输。当采用NICT在尾矿监测中的应用时，结合产品功能与南京葛南的GDA1801相结合，组建新的模式来进行数据通讯，此举实现了数传电台在尾矿作业中的先例，该功能的简易完整性直接可推荐为今后在尾矿作业中的选择。NICT数传电台中可根据用户所需进行二次开发，目前所对应产品可直接与硬件接入，以下为山西某尾矿库浸润线与干滩部分采用数传电台解决方案。

（二）项目介绍

在电台工作时，只需在室内直接对各个监测点的对应设施调试，此后直接安装到现场便可，具体电台设置方法及编号也依据以下步骤来完成。设置单位号、传感器类型、工作组号、工作编号、工作模式。各个代码代表了不同的含义，从而它可进一步解决更深层的问题，诸如数据是否需要中转、通讯结束后的休眠、电压的输出、字节的进制转换等问题及如何用指令实现控制。下面主要通过对浸润线方面单独进行各个细节的分析与介绍：

SY：渗压计，这样只需要对设施进行简易的对应缩写。GNO： <传感器设备编号>：3字节，ASCII码形式，由小组编号G，1个字节（1..9，A..Z）和设备编号NO，2个字节（01..99）组成。其中小组号为0，表示所有小组，设备编号为00，表示所有设备。M：设备工作模式。0：默认基站模式。@$AN：STL|00|000|0|4*＼r＼n；接收所有数据；1：测站（采集端）模式。@$AN：STL|SY|101|1|4*＼r＼n；渗压计；2：中继站。@$AN：STL|00|100|2|4*＼r＼n；转发第一组所有数据；C：与传感器的通讯方式。默认485，0：TTL，2：232，4：485，设为中继站命令，@$AN：STL|00|100|2|4*，@$S：*，传感器接口，定义如下：1-Vo，输出电压，受内部控制，Vo=Vbat-0.6V；2-地线；3-485B；4-485A；5-5、6其它用途

设置界面。界面会持续4秒钟，每0.5秒指示一次。该界面等待期间，可以通过电脑串口发送设置命令进行参数设置和调试使用。此设置命令只对NICT有效，NICT数传电台不仅在尾矿库在线监测系统中用于浸润线，同时还可用效仿于干滩、雨量、库水位等监测或其他方面设施上，本文在此不细致阐述流程。

四、結语

本文提供了实现尾矿监测浸润线无线数据高效可靠传输的一种新技术。结合实际状况，只要选用技术指标高、质量稳定可靠的无线数据传输产品，再通过现场测试来确定电源配置、天线增益和电台的功率，当然用NICT数传电台一定能够实现高速率、高稳定、高可靠性的无线数据传输。NICT可实现数据吞吐量大，传输距离远，全透明实时传输，使用标准的异步通信协议，发射启动快，收发转换快，可以连续发射，功耗低，工作温度范围广，能在各种极其恶劣环境下工作。

参考文献：

[1]刘波，王章野等，大规模城市场景的高效建模及其实时绘制，计算机辅助设计与图形学学报，2008，20（9）：1153-1162

[2]李成名，王继周，马照亭，数字城市三维地理空间框架原理与方法 北京：科学出版社，2008.

[3]无线协同通信原理与应用，彭木根，王文博，第1版机械工业出版社，2009，1，1

[4]何庆立.无线通信技术应用及发展. 泰尔网，2006年

[5]吴伟陵，牛凯编.移动通信原理[M].电子工业出版社，2005年1月

数传系统 篇4

许多厂矿通风机、水源井供水[1,2]、污水处理监控系统由于受到环境、地理因素等条件的限制,常处在离矿区本部 距离比较 远的地方,这类监控 系统一般采用有线通信方式和GPRS[3]通信方式与矿本部进行数据通信,这2种通信方式具有如下特点:

(1)有线通信方式采用铺设线缆的方式,通信可靠性和通信速率比较高,但是通信距离太长,存在着投资成本高、线路维护困难等缺点。

(2)GPRS通信方式的优点是不需单独铺设线路,前期投入资金较少,但是运行中费用较多,数据的传输速率和传输量很小,且该传输方式容易受气候条件的影响;在没有运营商基站的条件下,该传输方式无法应用。

针对以上通信方式的缺点,本文提出了一种新型的基于数传电台的无线远程监控系统,该系统采用无线数传电台作为传输介质,不仅可以传输数据, 还可以传输视频图像和语音信息。上位机采用组态软件控制现场设备,显示和处理各种数据。基于数传电台的传输方式相比有线通信和GPRS通信方式,具有数据传输可靠性好、速率高、数据传输量大和节省费用等特点。

1数传电台

数传电台是 数字式无 线数据传 输电台的 简称[4],即采用数字信号处理、数字调制解调,具有前向纠错、均衡软判决等功能的无线数据传输电台。 区别于模拟调频电台与Modem的模拟式数据传输电台,数传电台能够提供标准的通信接口,传输速率达19.2kbit/s,收发转换时间小于10 ms,具有场强、温度、电压等指示及误码统计、状态告警、网络管理等功能。

数传电台作为一种通信媒介,它可提供某些特殊条件下专网中监控信号的实时、可靠的数据传输, 具有成本低、安装维护方便、绕射能力强、组网结构灵活、覆盖范围远的特点,适合点多而分散、地理环境复杂等场合。

数传电台主要采用频分双工方式,由激励器单元、功放单元、接收单元、控制单元、供电电源、基带单元等部分组成,原理如图1所示。

(1)激励器单元:主要完成射频信号的调制和音频信号的处理。它由功率放大处理单元、数字锁相环、压控振荡器、电压放大器、功率调整电路、电源电路组成。

考虑到一般需要外接蓄电池作为电源,激励器电源输入可采用7809三端稳压器稳压,以提供较宽的电压动态范围。同时,也可采用多级低通滤波器来改善稳压和降噪效果。

(2)功放单元:主要任务是把激励器送来的射频信号进行放大,放大后的信号经过低通滤波器滤除高次谐波后送给双工器,最后通过天线发射出去。 如果天线出现开路或短路,那么功率将反射回来,此时检测电路将反射回来的信号进行检波,然后比较放大,再送一个信号给控制单元,由控制单元控制相关电路关断功放,以达到保护功放模块的目的。

(3)接收单元:可完成射频信号的解调和音频信号的处理。它一般由滤波器、选择回路、高级放大单元、双平衡混频器、一级放大单元、二级放大单元组成。

(4)控制单元:以ATMEGA64为核心来完成数传电台工作状态的控制,包括收发信机的频率合成数据,面板显示器、键盘的控制,工作频段控制,数传电台以及话音通信状态的控制等。

(5)基带单元:负责处理数传电台和计算机终端的数据交换。它以DSP芯片为核心,并以单片机及CPLD复杂可编程逻辑器件来组成控制和接口电路。同时以数模和模数转换以及运算放大器等构成信号与 数传电台 的接口电 路。 基带单元 采用DSP进行数字信号的调制与解调。

2系统设计要求

2.1项目现场情况

华润电力五间房煤矿位于内蒙古锡林郭勒盟西乌旗境内,水源井共5处,最近的水源井离矿本部10km,南北翼风井离矿本部15km,污水处理厂距离矿本部5km,水源井、风井和污水处理厂只通动力电缆,年最低气 温达 -38.6 ℃,年最大风 速为29m/s,冬季有冰雪覆盖,水源井、风井和污水处理厂区域无运营商信号基站。

2.2系统设计要求

通过无线远程监控系统,在矿本部调度室可以监测水源井、风井和污水处理厂的运行情况,当设备出现异常情况时,可以远程人工干预现场各设备的启停。

水源井工作方式设计为无人值守模式,要求根据矿区的用水情况自动开停水源井的水泵,且需测量管路的流量、压力、电动机的工作电压和电流等参数。 在水源井控制室设置控制台、摄像机和语音通信装置,用于矿调度室值班人员观察控制室设备的运行情况,方便检修人员和调度室值班人员进行通话。

通风机工作方式设计为有人值守、自动控制模式,每班设置值班人员一名,要求实现通风机的自动开停,风井的风量、风速、压力等参数的自动监测,电动机的工作电压和电流等电参数的监视。在控制室设置控制台、摄像机和语音通信装置,用于矿调度室值班人员观察控制室设备的运行情况,方便现场值班人员和调度室值班人员进行通话。

污水处理厂工作方式设计为全自动运行、有人值守模式,监控系统要求在矿调度室监测污水处理厂的自动控制系统、工业电视监控系统,能够在矿调度室与现场值班人员进行语音通信。

3系统硬件设计

根据系统设计要求,无线远程监控系统主要由水源井、通风机和污水处理等现场监控系统、无线数据传输系统和 调度室远 程监控系 统组成,如图2所示。

3.1现场监控系统

现场监控系统主要由控制器、各种传感器、视频监控、语音对讲分机等部分组成。

控制器按照系统的大小、功能不同而采用不同的控制内核,水源井监控系统以单片机[5]为控制核心,通风机和污水处理监控 系统以PLC为控制核 心[6]。控制器用于采集现场各种传感器的数据,并对这些数据进行分析和处理,按照预先设计的流程控制现场的各类开关、电动执行机构,保证生产的正常运转,控制系统提供标准的RS485或者以太网等通信接口,方便数据的远程传输。

视频监控选用高清摄像机,布置于厂区的关键部位,控制室设置硬盘录像机,用于存储视频图像。 压缩后的视频图像接入到无线数据传输系统中,再经系统远程传输到矿调度室。

语音对讲分机[7]主要用于维修人员、现场值班人员和矿调度室值班人员进行远程通话。

3.2无线数据传输系统

无线数据传输系统主要由供电电源、数传电台、 从站定向天线、避雷器(天线架在室外时)和主站全向天线组成。

供电电源主要将电网的交流电压转换为数传电台能够接收的稳定直流电压。由于现场条件的影响,将电源输入电压设计为交流165~285V,以应对现场供电电压波动。为使数传电台稳定工作,对电源的输出电压、输出电流也进行了处理。

数传电台是整个无线数据传输系统的主要设备,本文选用iNET300/900型电台。数传电台工作的频点低,具有很强的绕射能力和穿透能力,传输距离远,同时由于其 采用数字 信号处理 技术与FEC (Forward Error Correction,前向纠错)技术,所以具有较高的信号接收灵敏度,并能保证信号的可靠传输,且在低温环境、电网电压波动大的情况下能正常工作,更适应野外无线环境比较恶劣的情况。数传电台提供以太网和串口,配合视频服务器及其他设备,可以同时传输图像、话音和数据信息。

天线分为从向天线和定向天线,从向天线用作信号发射端,固定向1个方向发射频率信号;全向天线用于在信号接收端全向接收频率信号。当天线安装在户外时,还需要加装避雷器。

3.3调度室远程监控系统

远程监控系统主要是接收水源井、通风机和污水处理厂等现场监控系统通过无线数据传输系统传输过来的视频、语音和监控数据;视频数据经过解压缩处理,显示在综合调度大屏幕上,供调度室值班人员观察现场情况,语音信号接入矿调度通信系统,监控数据接入监控上位机。上位机选用成熟的组态软件将3个子系统的监控数据以动画、图像和文字等形式显示在大屏幕和调度显示器上。

调度室值班人员通过视频图像、语音信息和监控上位机监控画面了解现场设备运行情况,当现场设备工作异常时,值班人员通过语音和现场人员联系,必要时启动调度优先权直接控制现场相关设备, 以确保现场生产的安全。

4系统软件设计

无线远程监控系统软件设计包括现场监控程序设计、数传电台的软件设置和调度室远程监控程序设计。

4.1现场监控程序设计

水源井监控采用单片机为控制内核,利用C语言编写控制程序,程序流程如图3所示[8]。

通风机和污水处理控制都以PLC为控制核心, 软件编程采用PLC自带的软件编写,主要流程和水源井的监控程序一样。

4.2数传电台的软件设置

InSite无线系统网 络软件是iNET300/900型数传电台自带的一款配置和管理软件,可以对整个多址系统的基站、远程站、中继站和点对点系统进行监测控制;可以很方便地在办公室监测整个系统电台的工作状态,系统维护、参数修改均可通过该软件进行远程操作。该软件具有以下功能:

(1)内置RTU模拟器:可以用InSite将网络中任何电台的RTU模拟器打开,检查无线链路的质量和电台设置。

(2)远程电台设置:许多电台的参数可以通过无线信道远程设置,如输出功率、设备类型、发送接收频点、数据速率和格式等。

(3)监测无线电系统运行状态,诊断通信中的由电台、RTU、电源或传输路径引起的问题。

(4) 支持使用 编码操作 开关COS(Code Operated Switch):用1台PC机连接多个位于同一地点的基站电台。

4.3调度室远程监控程序设计

调度室远程监控程序采用成熟的组态软件设计,组态软件具有界面友好、设计简单、操作方便等优点,具有查询、监控功能,不同的登录帐号有不同的权限,可确保系统远程监控的安全性。调度室远程监控程序流程如图4所示。

5结语

基于数传电台的无线远程监控系统选用数传电台作为无线传输介质,具有抗干扰能力强、传输距离远、传输速度快等特点。该系统已在现场运行一年多,效果良好,解决了水源井、通风机和污水处理厂的数据远程传输问题。

摘要：针对现有水源井供水、污水处理等监控系统采用有线通信方式存在投资成本高、通信距离长、数据传输速率低、传输量小等缺点,设计了一种基于数传电台的无线远程监控系统。该系统采用数传电台作为监控数据、视频和语音信号的传输介质,保证了数据传输的可靠性和实时性;采用组态软件作为远程监控软件,实现了系统的稳定运行。

数传系统 篇5

铱星SBD数传电台在特殊区域的应用

介绍了铱星系统及其提供的SBD短数据服务业务,分析了铱星SBD业务的传输流程和应用特点,设计了一款具有数据传输功能的铱星SBD数传电台,并结合实例阐述了铱星SBD数传电台在海洋资料浮标和车辆船舶定位跟踪系统中的`应用,提出了采用铱星SBD数据通信技术,对远程目标进行数据采集、监控、跟踪的无线数据通信的方法.

作 者：刘培军 张秉豪 LIU Pei-jun ZHANG Bing-hao  作者单位：中国电子科技集团公司第二十二研究所,河南,新乡453003 刊 名：全球定位系统 英文刊名：GNSS WORLD OF CHINA 年，卷(期)： 34(2) 分类号：U666.11 关键词：铱星系统   SBD短数据   卫星通信   GPS   海洋资料浮标  

数传系统 篇6

根据GB/T 5700-2008《照明测量 方法》和CJJ89-2012《城市道路照明工程施工及验收规程》要求,对新建道路路灯在使用前需要对其平均照度、照度均匀度、平均亮度等参数进行现场检测验收,对LED路灯进行显色指数、色温等参数进行检测尤其重要。对重新改造的路灯线路在使用前必须对其平均照度、照度均匀度、显色指数、色温等参数进行现场检测验收,模拟计算出平均亮度、亮度均匀度。针对目前普遍采用的手工检测所存在的检测工作量大、不安全等各种弊端,设计一款无线数传车载式道路照明检测系统, 已经在江苏省盐城市科维电子仪器厂生产, 并在重庆、福州、石家庄、无锡、盐城等多家城市路灯管理部门使用,用户反映良好。

1系统硬件设计

针对传统的手工检测平均照度、照度均匀度等参数的要求,设计一种具有测试精度高,采集速度快,数据传输稳定且能克服电磁干扰环境的无线数传车载式道路照明检测系统硬件电路。如图1为系统硬件原理程图[1]。

1.1传感器的设计

光电池把光能转化成电能,一般选择硅光电池作为传感器,在硅光电池前加一个可见光函数余弦修正片,使入射光尽可能多地照射到硅光电池表面,并对可见光进行光谱修正。

1.2无线通讯电路的设计

ADF7020是一款适用于VHF和UHF频段的收发器,允许使用ASK/FSK/ OOK /GFSK /GOOK编码,具有低功率、高集成度等特性。ADF7020使用一个外挂VCO以方便设计人员选择工作频率,频率主要为433MHz、868MHz和915MHz的ISM操作而设计,也可用于日本950MHz的射频带。采用高斯型数据滤波器,以实现超高效率的GFSK或G-ASK调制。该器件适合于中国短距离器件监管标准的电路应用,一个收发器仅需极少的外部元器件,ADF7020支持各种可编程特性,包括接收的灵敏度、线性度和中频带宽,用户可根据具体情况在接收机灵敏度和选择度与功耗之间进行取舍,非常适合低成本和小面积的应用。本设计采用的是基于ADF7020芯片的RF7020无线数传模块,其采用高效检错编码,当发生连续突发错误时其最大纠错可达24 bits,且编码增益可达3d Bm,编码效率和纠错能力均处于业内的领先水平,远远高于一般的前向纠错编码,这就使得系统的灵敏度与抗干扰能力得到增强,模块还具有自动检错过滤功能。所以RF7020模块特别适合应用于外界干扰较大的恶劣环境或工业领域。

RF7020模块内设256Bytes大容量缓冲区,RF7020模块提供标准的UART/TTL两种接口,57600/38400/19200/9600/4800/2400/1200bps七种速率和三种接口校验方式。RF7020模块外部接口采用无线透明数据传输方式,能适应多种用户协议,所收的数据即所发的数据。如图2所示为终端设备与无线模块连接示意图[2]。

1.3信号放大电路的设计

本设计使用的是一个带有二级运放的运算放大电路,前级放大器采用运算放大器OPA129,次级运放选用运算放大器OP07,如图3所示[3]。

1.4A/D转换电路的设计

本系统数模转换采用A/D转换器TLV2542。TLV2542的设计允许它们在极低的功耗下工作而且自动掉电的方式使其功耗省的特点得到进一步增强该系列产品,其外围电路如图4所示。

1.5信号处理电路的设计

本设计选用的单片机型号为AT89C2051。可兼容标准MCS-51指令系统,单片机内置通用8位中央处理器及Flash存储单元,它为许多嵌入式控制应用提供高灵活度和低成本的解决办法。

1.6供电电路的设计

电源模块是采用7.4 V可充电锂电池组和DC/DC电源模块组成,为了减小电源对运放和模数转换器的干扰,所以本系统先采用LM2940稳压三极管得到+5 V电压,然后选用DC-DC稳压模块MAX660ESA, MAX660为负电压产生芯片,输出纹波峰峰值小于100m V,以供电路板使用[4]。

2系统软件设计

2.1下位机程序设计

本系统采用模块化的设计思想,根据系统总体设计方案和硬件电路功能将软件程序大体分为六大块。采用C语言,依据先总体设计,再进行各功能模块的设计原则完成其下位机的程序设计工作[5]。

2.2上位机程序设计

本系统计算机软件编程基于Microsoft Visual Basic语言,设计出一款简单、方便、易操作的检测软件,该软件可以实现实时检测、动态快速测量、实时数据储存、测量结果曲线图显示、自动生成报表、历史数据查询等功能。如图5所示为软件的参数设置界面。由于道路照明检测要求是测量道路路面的照度,而传感器位于引擎盖而非地面,所以要得到路面照度需要将引擎盖上的照度值进行修正,经过多次实验测试,测出小轿车引擎盖的修正系数为0.93。参数填写完成之后点击确认设置,进入系统测试界面[6]。

如图6所示为无线车载道路照明检测系统的主界面,该界面设计简洁明了,针对检测,得到一目了然的检测结果。软件中部显示区域为测量结果动态曲线图,测试者可更加直观地查看道路照明照度、亮度曲线变化[7]。

历史数据查询界面如图7所示。

3结论

本设计是基于AT89C2051单片机以及ADF7020无线通信芯片的无线车载道路照明检测系统。利用该系统可精确测量照度、照度均匀度、色温、模拟计算出亮度、亮度的均匀度等多项路灯光源光度学方面的主要技术参数,为路灯光源光度学指标的现场测量提供了科学可靠的技术支持。比起有线检测系统方案,该系统具有更便于安装,使检测车辆密封性能更好,携带更方便等优势。

数传系统 篇7

随着大规模、超大规模集成电路技术迅速发展, 无线数字通信技术日趋成熟、完善, 广泛应用于各个领域。利用迅通公司研发设计的以nRF905无线收发芯片为核心的高抗干扰PTR8000模块成功实现了点对点的数据发送与接收, 该设计也用于无线遥控播放MP3和无线抄表系统等, 此外也可用于具备单片机的测控系统中, 市场前景非常可观。

1 系统概述

典型的无线通信系统由信源、信源编码、调制、发射、接收、解调、解码和信宿等部分组成。本系统基于无线数据传输技术, 通过单片机控制, 由无线收发芯片发射接收数据, 单片机经MAX232芯片与PC机串口进行数据传输, 从而实现点对点、PC机与PC 机的无线数据通信。

PTR8000是由迅通科技研发的一款超小型、低功耗、高速率, 性能更稳定的无线收发数传模块。它是由无线收发芯片nRF905及其扩展外围电路设计而成, 内置PCB环形天线, 体积小, 外围电路简单, 控制方便。可应用于遥控、遥测、无线抄表、门禁系统、工业数据采集系统、无线通信等多种领域。

PTR8000采用高抗干扰的GFSK调制方式, 可跳频, 工作于433/868/915MHz三个ISM (工业、科学和医学) 频道, 工作电压在1.9V～3.6V, 最大发射功率+10dBm, 最高通信速率可达50Kb/s, 而且它内置完整的通信协议和CRC (循环冗余码校验) , 曼彻斯特编码、解码由片内完成, 通过SPI接口与微控制器通信, 单片机并口 (模拟SPI接口) 与PTR8000的SPI接口相连, 控制其工作模式和完成初始配置, 单片机通过电平转换与微机串口连接。

2 硬件系统分析

由于PTR8000集成了SPI (同步串行通信) 接口单片机可选用自带SPI接口或者用I/O口模拟SPI与PTR8000进行数据传送, 收发可靠, 使用方便。本设计选用AT89LV51单片机, 通过P1口与PTR8000数据通信。

2.1 单片机与PTR8000的通信接口电路

如图1所示, 单片机AT89LV51与PTR8000的连接方法如下:

PTR8000的SPI接口的四个引脚CSN、SCK、MOSI、MISO, 分别连接AT89LV51的P1.0, P1.1, P1.2, P1.3脚。其功能是在SCK控制下, 当CSN有效时把数据读出或写入单片机中。

PTR8000的DR、AM、CD连接AT89LV51的INT1, INT0和T1脚, P3作普通的I/O输入口, 其功能是用来检测数据无线传输中的状态。

PTR8000的PWR、TRX_CE、TXEN脚连接AT89LV51的P1.4、P1.5、P1.6脚。其功能是通过P1.4、P1.5、P1.6脚的电平控制PTR8000的工作模式, 各种模式的控制模式如下表1所示。

在待机和掉电模式下PTR8000均不能接收、发射数据, 可以进行配置。SPI接口由状态寄存器、射频配置寄存器、发送地址寄存器、发送数据寄存器和接收数据寄存器5个寄存器组成。状态寄存器含准备好引脚状态信息和地址匹配引脚状态信息;射频配置寄存器包含收发器配置信息, 如频率和输出功率等;发送地址寄存器包含接收机的地址和数据的字节数;发送数据寄存器包含待发送的数据的信息, 如字节数等;接受数据寄存器包含接收的数据的字节数等信息。

2.2 微机和单片机的通信接口电路

如图2所示, 串行通信由微机串行通信接口、单片机引脚和MAX232 (电平转换芯片, 计算机串行通信接口的RXD和TXD输出的信号需经电平转换后与单片机的TXD、RXD连接) 芯片组成。

在实际应用中, T1IN, T2IN可直接接TTL/CMOS电平的MCS-51单片机的串行发送端TxD;R1OUT, R2OUT可直接接TTL/COMS电平的MCS-51单片机的串行接收端RXD;T1OUT, T2OUT可直接接PC机的RS-232串口的接收端RxD;R1IN, R2IN可直接接PC机的RS-232串口的发送端TxD。

3 系统软件设计

3.1 PC与PC无线通信程序设计

PC与PC的无线通信可工作于单工和半双工两种方式。为实现短距离的无线PC与PC数据传输功能。

PTR8000在发送模式下对数据的处理过程是:

(1) 射频寄存器自动开启。

(2) 数据打包 (加字头和CRC校验) 。

(3) 发送数据包。

(4) 当数据发送完成, 数据准备好引脚DR被置高。

PTR8000在接收模式下对数据的处理过程是:

(1) nRF905不断检测, 等待接收数据。

(2) 当检测到同一频段的载波时, 载波检测引脚CD 被置高。

(3) 当接收到一个相匹配的地址, 地址匹配引脚AM被置高。

(4) 当一个正确的数据包接收完毕, nRF905自动移去字头、地址和CRC校验位, 然后把数据准备好引脚DR置高, 供单片机检测接收数据。

图3-4是半双工程序流程图。

为了满足自己的功能需要, 在编程时必须考虑PTR8000的工作时序, 保证PTR8000的正确接收和发送, 发送到接收或接收到发送模式转换可以不必重新编程配置寄存器, 工作频率保持不变。

表2是其重要的时序数据:

3.2 串口调试软件

Comdebug是一个很好的串口调试软件, 它功能好而且还有“线路状态”功能, 通过它, 可以观察到串口接收到的数据。它的缺点就是对接收到的任何数据都显示。可以C++语言来实现所需的数据处理。

4 结束语

实验表明:采用以nRF905单片射频收发芯片为核心的PTR8000模块, 单片机和MAX232电平转换芯片构成的微机之间的无线串行通信, 其抗干扰能力强, 通信距离至少可达100m, 由于每个PTR8000模块都有自己的地址, 因此可进一步构成短距离无线微机通信网络。在设计通信程序中应检测PTR8000的初始配置是否正确, 可通过uCLK引脚输出波形的频率来测试, 在模式转换时要特别注意时间上的延迟 (时序) 。PTR8000核心芯片nRF905片内集成了电源管理、频率合成器等多种模块, 曼彻斯特编码/解码由片内完成, 无需用户对数据进行曼彻斯特编码, 因此使用方便, 在工业控制、消费电子等领域都具有广阔的应用前景。

摘要：采用以nRF905无线收发芯片为核心的PTR8000串口通信模块, 通过AT89LV51单片机来配置nRF905的SPI接口, 控制其工作方式, 实现了一种短距离无线数传系统。该系统具有抗干扰性强, 配置简单、调整方便的特点, 在无线遥控、工业控制等方面具有广阔的应用前景。

关键词：无线通信,串行通信,PTR8000,单片机

参考文献

[1]王幸之, 等.AT89系列单片机原理与接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2004.

[2]李朝青.PC机及单片机数据通信技术[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2000.

数传系统 篇8

关键词：UQPSK,宽带数传,跟踪,Matlab

1 引言

非平衡四相相移键控 (UQPSK) 是通过对载波的两个正交分量分配不同的功率, 以达到同时传输两种不同类型及速率的二进制比特流数据的一种调制模式, 现在主要用于卫星数字通信或飞行器与地面的数传与跟踪系统。一般场合下UQPSK的两个正交分量会调制独立的非同源且不同速率的信息, 为了保证接收端两个信息解调的信噪比, 两个通道的分配功率也不同, 其发射功率比一般在-10~10d B之间, 两个分量中高信息速率通道需要更高的发射功率。本文所述应用有别于传统UQPSK应用, 空中运动目标只有一个数据源需要调制传输到地面, 传统方法可利用二相相移键控 (BPSK) 来调制发送, 接收端利用宽带跟踪和BPSK解调实现数据接收, 考虑接收端如果可以跟踪一个单频信号则可以简化跟踪接收机的设计, 利用UQPSK的特性在I路通道调制信息数据, Q路通道调制一个固定频率的方波时钟信号, 分配好两个通道的功率, 则在接收端经过前端滤波处理后可以采用单频跟踪和BPSK解调的方式完成目标的跟踪和数据的接收。

2 调制处理

空中设备的UQPSK调制器包括5MHz信息码钟产生、信息基带信号生成、差分编码、加扰、10Mhz方波时钟信号产生、载波NCO模块、功率分配模块、QPSK正交调制器等模块组成。其实现原理框图如图1所示:

在图1当中I路待发送数据存储在RAM当中, 由信息码钟驱动生成5MHz信息速率的基带信号, 基带信号经过加扰处理后可提高信息的随机化程度, 改善信号的频谱特性同时可消除过长时间基带信号不翻转 (连0连1) 情况出现, 差分编码处理在接收端可用于解模糊处理。I路与Q路功率比设置为10d B, 即I路功率比Q路大10d B, 可分别计算得到I路功率因子和Q路功率因子。NCO模块产生载波的余弦分量和正弦分量, 它们分别和I路信息信号、Q路时钟信号相乘后再相加完成UQPSK正交调制。

在Matlab中对上述调制过程进行了仿真, 并画出了调制后UQPSK信号的频谱如图2所示:

由图2可以看出调制后信号中心频率为70MHz, 主瓣10MHz带宽的包络为I支路5MHz信号的调制频谱, 它和5MHz信号BPSK调制的频谱是一致的, 在65MHz和75MHz上有两个单频信号, 它是Q支路10MHz方波时钟信号的调制频谱, 它位于I支路信号包络的过零点上, 在解调处理过程中经下变频再低通滤波后对I支路信息的解调不会产生任何影响, 同时又可以为地面跟踪设备提供单频信号用于目标跟踪。

3 跟踪处理

对于单频信号跟踪, 可以考虑采用成熟的单脉冲自动跟踪测角方法。

单通道自跟踪由天线 (抛物面) 和馈电系统, 角误差信息提取系统, 伺服控制系统, 轴角编码系统等组成。由此来进行运动目标的实时跟踪, 进而完成方位、俯仰角度信息的测量。如图3所示, 抛物面天线把被测目标返回的无线电波通过主、副反射面聚焦在多模馈源上。由于多模馈源的特殊结构, 当目标偏离天线电轴时, 将激励起和模 (TE11模) 及差模 (TE21模) 信号, 经其分离后分别馈送和 (∑) 、差 (△) 通道进入跟踪接收系统。跟踪接收系统把差信号放大, 0~π调相进行频谱搬移后耦合到和信道中。

和、差信号合成后一起经两级混频、放大、锁相跟踪, 再由跟踪处理分系统完成角误差信息提取, 分离出方位、俯仰误差信息, 以数字或模拟形式馈送伺服系统, 构成闭环整体, 完成目标的自动跟踪。

4 解调处理

在地面天线跟踪上目标后, 信息的解调方法等同与BPSK解调, Q支路信息仅用于跟踪可不用解调, 解调设备首先对下行信号进行AD采样, 然后进行数字下变频、低通滤波、载波同步、积分清洗滤波、位钟同步、差分译码、帧同步、解扰处理后得到信息数据。其实现原理框图如图4所示:

如上图所示AD采样后的信号在数字域和本地载波做混频处理后得到同相支路和正交支路信号, 低通滤波器采用FIR滤波器实现, 滤波器设计单边3d B带宽为5MHz, 采用20阶汉明窗系数, 信号低通滤波后频谱图如图5所示, 由图中可见Q支路产生的两个单频信号已经被滤除。

载波环路采用平方环, 鉴相器将I、Q两路数据相乘去处调制信息后得到正弦特性得鉴相信号, 环路滤波器采用二阶环, 环路带宽根据载波最大多普勒设置。积分清洗滤波器进一步改善信号的信噪比, 并将采样率降到4倍信息速率上, 位钟同步误差信号采用Gardner算法得到, 最高点和过零点信号由立方内插实现, 位同步环路锁定后最高点的符号位作为信息输出。得到信息比特流信号后再做差分译码处理, 帧同步后在字节符号上进行解扰即可恢复信息。

5 小结

本文叙述了利用UQPSK调制实现宽带数传和单频跟踪的调制、跟踪、解调的原理, 并对关键部分做了Matlab仿真, 结果证明利用UQPSK的一个支路调制宽带数传信息, 一个支路调制用于跟踪的时钟信号是可行的, 两个支路相互不会产生干扰, 具有工程应用价值。

参考文献

[1]赵业福, 李进华, 吴永龙, 刘嘉兴.无线电跟踪测量[M].北京:国防工业出版社, 2003.

数传系统 篇9

关键词：Atmega16,FC222-CH,远程控制,无线通信,实时监控

我校供水系统的水泵主控室(下称水泵房)和水箱观测室(下称水箱房)相距1.2 km,并且只有水箱房有值班人员。供水都是通过水箱房的值班人员定时巡视水箱的水位,然后再亲自到水泵房人工启动和关断水泵,不但工作效率低,同时供水系统不具备水泵运行状况的实时监控功能。当水泵电机出现故障时不能及时发现,造成了供水中断,降低了供水系统的可靠性[1]。

针对以上存在的问题,本文设计了一种基于ATmega16和FC222-CH的泵房供水远程控制系统。该系统不仅可以远程控制水泵电机启/停,而且还可以使值班人员实时监控水泵电机的运行状况和水箱的水位。

1 泵房供水远程控制系统的整体结构

泵房供水远程控制系统在设计上采用了模块化设计思想,由微处理器、信号采集模块、无线通信模块、电机控制模块、键盘模块、显示模块、电源模块、故障报警模块组成。其整体结构框图如图1所示。

水箱房的微处理器通过把检测到的水箱水位与设定的水箱水位上限和下限进行比较得到水泵的启/停控制信号,然后通过无线通信模块将此信号发送到水泵房,实现水泵的启/停远程控制。检测到的电压、电流信号由水泵房的微处理器A/D转换后进行实时显示,并把这些信号通过无线通信模块发送到水箱房,以实现对水泵电机运行状态的实时监控。

2 泵房供水远程控制系统的硬件设计

2.1 ATmega16的结构和性能特点

为了提高泵房供水远程控制系统的性价比,选用Atmel公司的ATmega16单片机作为微处理器。ATmega16的主要优点是芯片本身自带16 KB Flash程序存储器、512 B的EEPROM、1 KB的SRAM数据存储器、看门狗电路以及8通道10位A/D转换;附带SPI同步串口、UART异步串口,可以实现与无线电台的通信功能;在软件上有效支持C高级语言及汇编语言[2,3]。

2.2 信号采集模块

该模块的功能是用来检测水泵电机的电压、电流及水箱的水位。信号采集模块用电压互感器、电流互感器、液位变送器分别检测电机三相电压、三相电流和水箱的水位,可以有效地监测水泵电机的过压、欠压、过流、欠流、缺相、短路和水箱水位过高(过低)等异常现象。

电机三相电压和三相电流经电压互感器、电流互感器转换成弱电压、弱电流信号,再经信号调理电路转换成0~5 V的直流电压信号,然后通过2个二极管进行钳位稳压,最后将这些信号送到ATmega16的A/D转换端口进行模数转换。水箱的水位通过投入式液位变送器转换为4~20 m A的标准电流信号,然后通过250Ω的精密电阻将其转变为1 V~5V的直流电压信号,再经过LM358进行隔离跟随,输出的电压信号送至单片机ATmega16的PA0口进行模数转换。

2.3 无线通信模块

检测到的电压信号、电流信号经过水泵房的微处理器A/D转换和数据处理后,再通过无线通信模块发送到远方的水箱房的微处理器中,以达到实时监控的目的。水泵房的微处理器和水箱房的微处理器之间的无线通信通过FC222-CH无线数传电台来完成。

FC222-CH是深圳友讯达公司利用单片机技术、无线射频技术、数字处理技术和语音处理技术设计的双向数据传输、低功耗模块化电台。它具有频点可调、带宽可调、功率可调、多信道、高编码效率、接收灵敏度高等优点,并提供了RS232、RS485和TTL 3种数据接口[4,5]。本系统采用此设备可以满足泵房供水远程控制的需要,在系统中FC222-CH选用了RS232数据接口,FC222-CH与ATmega16之间的接口电路如图2所示。

2.4 电机控制模块

当电机正常运行时,电机控制模块通过开通和关断继电器来控制电机的启动和停止。当电机出现故障时,水泵房的微处理器通过继电器关断水泵电机回路,使电机得到保护,同时发出声光报警信号,使值班人员及时发现故障,及时维修。

2.5 键盘模块和显示模块

通过键盘模块设置额定电压、额定电流、水箱水位的上限和下限等系统工作参数,并将这些工作参数存储于ATmega16的EEPROM中,在下次使用时,无需用户再次输入这些参数,使泵房供水远程控制系统具有掉电保护功能。采用液晶显示器(LCD)实时显示电机运行过程中的电压值、电流值以及水箱的水位值;正常运行时显示水泵电机的运行状态、三相电压、三相电流以及水箱的水位。发生故障时显示水泵电机的故障类型、三相电压和三相电流。

2.6 电源模块

系统中单片机、运算放大器等芯片的工作电压为直流5 V,液位变送器和继电器的电源电压为直流24 V,FC222-CH无线数传电台的电源电压为直流13.8 V,所以必须提供不同电压等级的直流工作电源。

直流5 V、直流24 V由开关电源提供,开关电源选用上海衡孚开关电源有限公司的HF60W-DL-B。FC222-CH的工作电源电压要求直流13.8 V,电流要求1.6 A,为了满足此要求,系统采用LM2596开关电压调节器构成了输出可调的稳压电源,如图3所示。稳压电源的输出电压与R1、R2之间的关式为:。直流24 V由开关电源提供,R1为1 kΩ的精密电阻,通过调节滑动变阻器R2使电源的输出电压为13.8 V。

3 系统的软件设计和电台的参数设置

3.1 系统的主程序设计

泵房供水远程控制系统的软件设计采用模块化的设计思想,用C语言编程实现。软件的各个功能模块之间通过入口和出口参数相互联系,可以缩短开发周期。泵房供水远程控制系统的主程序设计包括水泵房微处理器的主程序设计和水箱房微处理器的主程序设计,其主程序结构流程基本上一致,本文只给出了如图4所示的水箱房微处理器的主程序结构流程。

3.2 数传电台的参数设置

数传电台的参数设置包括地址码、版本号、功率等级、信道选择、空中波特率、串口波特率、数据位、校验方式、频率逆变模式、带宽等参数的设置。两个电台的参数设置如图5所示。

3.3 通信程序设计

泵房供水远程控制系统的无线通信采用RS232通信方式。通信模块的程序设计主要由初始化子程序、接收子程序、发送子程序3部分组成。其中初始化子程序是实现RS232通信的关键,它主要完成串口参数设置,包括波特率的设定、帧结构的设定,以及使能接收器或发送器。通信的初始化子程序流程图如图6(a)所示。水泵房微处理器与水箱房微处理器之间的数据交换通过发送子程序和接收子程序实现。数据的发送和接收有2种方式:查询方式和中断方式。在该系统中数据发送选择查询方式,数据接收选择中断方式,发送子程序流程图和接收子程序流程图分别如图6(b)、图6(c)所示。

4 系统可靠性设计

4.1 测试实验中出现的问题

应用上述思想制作的样机,在前期进行测试实验时出现了以下问题:(1)是有时会出现电路接触不可靠、微处理器复位、死机和继电器误动作;(2)无线通信的信号质量差。在电台测试时采用12 V的直流电源,电台的功率为5 W,实验距离为1 200 m,电台2的天线高度保持在2.5 m不变,电台1的天线高度、电台空中速率的设置及实验结果如表1所示。

4.2 问题的解决方案

4.2.1 抗干扰设计

针对电路接触不可靠的问题,采用PCB板代替铜模实验板,并在PCB制板过程中采取了抗干扰措施,例如布线时电源线和地线尽量宽;数字地和模拟地分开布线;合理配置去耦电容;电路板进行覆铜等[6]。

针对微处理器复位、死机和继电器误动作的问题,采取软硬件相结合的抗干扰措施。在硬件方面:采用光电隔离技术;在软件方面:设置标志位,关键出口验证,对水泵控制指令、通信发送指令等重要指令采用指令冗余技术,在RAM中设定上电复位标志[7]。

4.2.2 无线通信可靠性设计及测试结果

针对无线通信信号质量差的问题,采用修改电台空中速率和架高天线等措施来解决。在电台测试时采用13.8 V的标准电压,电台的功率为5 W,实验距离为1 200 m,电台2的天线高度为2.5 m,而将电台1的天线高度增加到10 m,电台空中速率修改为4 800 b/s,采取以上措施后,电台的接送成功率达到97%以上,测试结果如表2所示,基本上满足了使用要求。电台的最终参数设置如图5所示。

基于ATmega16和FC222-CH的泵房供水远程控制系统已经在我校校区现场应用3个月,没有出现任何供水故障现象。运行结果表明:该系统设计方案合理,可靠性高、运行稳定。同时提出的可靠性设计方案对同类产品的设计和应用具有一定的借鉴价值。

参考文献

[1]邹彩虹,姚传安,宋寅卯.远程供水测控终端系统的设计[J].仪表技术与传感器,2006(5):32-34.

[2]潘朝霞,殷慧中,王毅.基于ATmega16单片机的电磁敏感测量系统的研究[J].自动化技术与应用,2005,24(2):63-65.

[3]王毅峰,温希东.基于CAN总线的智能控制器的设计[J].仪表技术与传感器,2006(4):32-34.

[4]刘为国.无线数传电台在远程监控系统中的应用与设计[J].矿山机械,2008,36(8):44-46.

[5]张峰,石现峰.基于无线数传技术的远程水井监控系统[J].自动化仪表,2008,29(12):64-66.

[6]于彭波.电子式电能表的硬件抗干扰电路设计[J].仪表技术,2008(8):60-64.

数传系统 篇10

气动造浪系统主要包括由电机和鼓风机组成的空气供给系统、气体输送管路、造波风罩、布置在管路上的配气阀和对应的控制系统等。工作时, 通过电机转动带动鼓风机正常工作, 从而产生高压的气体, 气体通过配气阀控制造波风罩气流的周期性变化实现造浪。压力是造浪过程中主要的控制参数之一, 压力的大小直接影响到造浪的效果。在不同的压力下, 产生的浪的形态也会不同, 因此研究压力大小与造浪的关系对气动造浪系统具有重要的意义。气动造浪系统现场环境恶劣, 不便在现场直接测量, 而且布线不方便和布线成本较高。为解决这些问题, 本文结合数传电台无线传输技术和以ARM为核心的数据采集模块, 开发了基于数传电台和ARM的气动造浪测压系统方案。该系统通过实时检测造波风罩压力的变化, 准确测试出在不同浪的形态下的压力大小, 从而通过研究压力与造浪的关系建立了造浪控制相应的模型, 为气动造浪系统正常运行提供了理论数据。

1 系统的构成

本气动造浪测压系统由压力传感器、ARM7控制器、数传电台、监控中心系统等几部分组成。其中, 数传电台采用深圳市泰达鑫通讯技术有限公司的TDX-2000无线数传模块。该模块具有高抗干扰能力和低误码率;传输距离远, 可靠传输距离大于1 000 m;提供3种接口方式:TTL电平UART接口、标准电平的RS-232和标准的RS-485口;具有大的数据缓冲区, 数据格式为8N1/8E1/8O1用户自定义, 可传输无限长的数据帧, 用户编程更灵活。本气动造浪测压系统的计算机监控中心与测量点的距离大概在800 m左右, 而且每次传输的数据量相对少, 所以该数传电台能满足系统的使用要求。压力传感器采用某仪器有限公司的PTP702高压压力传感器。该传感器的弹性体采用一体化结构设计, 量程宽 (0~150~450MPa) , 综合精度高 (0.2%FS) , 密封等级是IP65, 适用于大型液压设备等的压力测量与控制。

监控中心系统运行在监控计算机上, 计算机EIA-232串口和数传电台相连。ARM7控制器采用232串口与数传电台相连。压力传感器与ARM7连接。数据采集流程为:ARM7控制器获取PTP702高压压力传感器采集的压力, 经处理后传输给数传电台, 通过数传电台传输给计算机监控中心软件。计算机监控中心软件将采集的数据进行显示、分析、打印。如果有异常情况发生, 可进行声音报警, 提醒操作人员采取相应的措施, 防止事故发生。

系统的总体结构如图1。

2 气动造浪测压系统实现

2.1 上位机监控系统

2.1.1 监控中心系统设计

监控中心系统主要实现实时显示气动造浪测压系统的压力状态、管理整个系统的运行和对采集的数据进行分析处理。主要模块包括显示压力模块、数据分析模块、参数配置模块、用户管理模块、权限管理模块等功能模块。

监控中心系统选用DELPHI2012作为系统的编程软件。DELPHI2012是一种优秀的编程工具, 具有功能强大、简便易用和代码执行速度快等优点。该开发工具不仅可视化快速, 而且具有强大的数据库支持、与Windows编程紧密结合、强大而成熟的组件技术、简单易学等特点[1]。数据库采用微软开发的Access。监控中心系统与数据库的数据交互采用ODBC技术。

2.1.2 采用多线程技术实现系统运行实时性

气动造浪测压系统主要功能是显示气动造浪过程中造波风罩的空气压力实时状态、采集和处理气动造浪过程中的空气压力数据等。为保证这些任务具有实时性, 需要系统支持多任务和并行处理多任务。在开发气动造浪测压系统时采用了多线程技术。根据气动造浪测压系统运行需求, 本气动造浪测压系统需要如下几个线程:系统主线程、数据采集线程、数据处理线程等。这些线程保证了系统的正常运行和系统的实时性, 提高了系统运行可靠性。其中, 系统主线程是系统从开始运行到系统结束运行的线程, 该线程主要是气动造浪测压系统显示状态、查询气动造浪测压系统的数据及对系统进行交互操作;数据采集线程主要是系统采集气动造浪测压系统通过数传电台发送回数据, 该线程在监控系统开机后一直运行;数据处理线程是系统单独建立一个线程, 主要任务是负责处理通过数传电台传回的数据, 并根据数据的状态对系统进行相应的处理, 处理完毕后根据需要将数据保存在Access数据库中, 该线程自数据采集线程运行后开始运行。由于采集的数据处理过后需要保存在数据库中, 计算机在处理这一过程中, 需要花费一定的时间, 而采集数据的速度也很快, 为保证数据能正确保存在数据库中而不出错, 在系统中建立了临时内存机制, 将需要保存的数据临时保存在电脑缓存中。在采集数据时可以进行处理数据和保存数据操作, 实现了采集数据和保存数据“同步”进行[2]。

2.1.3 监控中心系统与数传电台通讯实现

气动造浪测压系统软件由于需要与数传电台通讯进行数据采集, 所以在系统中必须建立相应的通讯机制。气动造浪测压系统软件与数传电台连接的硬件是采用232串口协议电缆。具体接口如下:其中, 数传电台的1、2脚接电源的正极, 可接12 V或5 V;3、4脚是电源地;5脚是数传电台的接收端;6脚是数传电台的发送端。为保证能够正常通讯, 气动造浪测压系统的PC机上接入232串口 (如果PC机上没有232串口, 可以采用USB-232转换器连接, 转换器的USB端接入PC机, 转换器的232端接入电缆) 。气动造浪测压系统软件的PC机与数传电台在做连接电缆时, 气动造浪测压系统的PC机的发送端3与数传电台的接收端5脚相通, 气动造浪测压系统的PC机的接收端2与数传电台的发送端6脚相通。气动造浪测压系统软件与数传电台连接的软件是采用232串口协议。在通讯过程中, 气动造浪测压系统软件采用常用的MSComm控件。在开发的软件界面上, 将MSComm控件放入相应的界面上, 并设置与串口通讯密切相关的属性, 就能满足串行通讯中所需的多种操作。系统在使用前必须对MSComm控件进行设置, 才能进行正确操作。在设置过程中, 主要是对控件的通讯口、通讯口参数、数据接受模式、打开通讯口等进行设置。根据系统的需要, 通讯口设置为1;通讯口参数设置:考虑到数据传输连续性, 将数据传输速率设为4 800 bit/s, 1位开始位, 8位数据位, 1位停止位, 无奇偶校验位。

为保证气动造浪测压系统软件与数传电台正常通讯, 还需要对数传电台进行相应的设置。对TDX-2000数传模块设置采用深圳市泰达鑫通讯技术有限公司提供的“泰达鑫电台参数设置软件”可设置电台的接口速率、空中数据速率、校验格式、发射频率、接收频率等参数。运行泰达鑫电台参数设置软件, 即可显示设置参数的界面, 界面可分为三个部分:设置参数、当前参数、命令栏。其中, 设置参数是用户可以通过改变各项参数值来设定数传电台的工作参数, 如接口速率、信道速率、校验格式、发射频点和接收频点。当设置好数值后运行“写入参数”命令即可将设置的参数写入数传电台中。

系统在运行过程中, 如果MSComm控件接受到触发了接受数据的事件, 那么系统就通过MSComm控件的Input属性将接受到的数据读取出来, 即系统把数传电台送到端口的数据通过MSComm控件的Input属性取出来, 从而实现了气动造浪测压系统软件与数传电台的通讯[2]。

2.2 ARM终端设计

ARM控制模块包括ARM7控制器、FLASH、SDRAM、电源及复位模块及相关外围电路[3]。系统选用基于ARM7TDMI-S的高性能32位RISC微控制器Philips LPC2214。该处理器是低功耗的32位微处理器, 具有多个串行接口、8路10位A/D转换器 (0~3 V测量范围) 、转换时间可低至2.44μs、112个通用I/O口 (可承受5 V电压) 、片上集成高速闪存, 广泛运用于工业控制、网络设备、数据通讯等领域。利用该ARM7控制器, 建立了ARM控制模块[4], 系统的总体框架图如图2所示。

ARM终端程序的开发环境采用ADS1.2, 该开发环境是ARM嵌入式开发的综合性软件, 作为一种开发工具, 它的功能强大, 并且也是比较易于使用的集成开发环境, 程序开发者可以使用ADS1.2来直接编写和调试各种基于ARM微处理器的工程与工业的应用程序, 同时能够支持硬件仿真和软件仿真。

根据系统的需求, ARM终端程序流程如图3所示, ARM终端程序主要由一系列用来实现相应功能的子程序组成, 主要包括采集各点压力数据程序、向数传电台输出数据程序等。

3 结论

本文提出一种基于数传电台和ARM的气动造浪测压系统。该系统主要由数传电台、压力传感器和ARM终端控制器组成[5,6], 适用于对气动造浪系统风罩压力的远程无线测量。该系统应用了无线通讯技术, 实现计算机与压力传感器的信息远程交联与共享。本系统能够实现气动造浪系统的压力测量, 为气动造浪系统正常运行提供了有力的数据支撑。同时, 该系统的测量方法和装置也为开发类似的系统提供了良好的启示和借鉴。

参考文献

[1]梁水, 李方超.Delphi开发技术大全[M].北京:人民邮电出版社, 2007.

[2]黄学飞, 李兆飞.基于DELPHI的实训车间设备监控管理信息系统[J].机电工程技术, 2012, 41 (9) :42-45.

[3]李莹, 赵双华.基于ARM的室内温度控制系统的设计与实现[J].计算机系统应用, 2010, 19 (9) :245-247, 251.

[4]郑建, 陈劲操, 黄华.基于ARM的新型风洞试验无线测压系统[J].测试技术学报, 2008, 22 (6) :516-520.

[5]王心鹏, 门雅彬, 顾季源, 等.便携式数传电台测试系统的设计与实现[J].现代电子技术, 2015, 38 (15) :5-7, 11.