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無線傳輸

時間:2023-05-30 10:09:27

開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創(chuàng)造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇無線傳輸,希望這些內容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。

第1篇

通過對無線話筒的研究,我想到了利用無線話筒來傳輸音樂。

最簡單的方法是用無線話筒對著播放的音樂,通過話筒進行無線傳輸,但這種方式導致播放的音質很差,也很容易竄入雜音,效果很不好。因此我設計并實施了改造無線話筒方案。

一、選取領夾式無線話筒發(fā)射機

領夾式無線話筒發(fā)射機從左至右一次為信號增益調節(jié)鈕、領夾話筒3.5mm的單聲道香蕉插頭、電源開關。拆開后蓋,尋找天線位置。

二、拆除天線跳線

標示英文“ANT”的為天線接點,該發(fā)射機利用領夾話筒接線作為天線,電路板后的跳線把天線接到話筒線的負端。因為需用連接線連接音樂播放設備,話筒線的負端就會接地,繼而嚴重影響天線的發(fā)射效果,所以一定要把跳線去掉,額外加裝外置天線,加強發(fā)射效果。

三、加裝外置天線

準備一個小的拉桿天線,用電烙鐵在無線話筒發(fā)射機塑料外殼上燙開一個圓口,放入拉桿天線,將天線焊接在電路板上。

四、制作連接線

一頭用3.5mm的單聲道香蕉插頭,另一頭用3.5mm的立體聲香蕉插頭,連接線最好用屏蔽線,以防近距離的手機信號干擾。然后在連接線的中部加裝信號衰減裝置。

由于我選用的領夾式無線話筒發(fā)射機本身帶有信號增益調節(jié)鈕,經過測試,當把信號增益調節(jié)鈕調到最小,另一邊所接電腦音量在50%時,信號接收機電平顯示已經達到最大值,所以不必在連接線的中部加裝信號衰減裝置。

五、實驗測試

1.近距離測試

連接線的一頭(單聲道)插入無線話筒發(fā)射機,另一頭(立體聲)插入電腦耳機孔,用電腦播放音樂,測試音樂信號電平,通過調節(jié)音量,確定連接線內置電阻的阻值,確保信號衰減在合適的程度。調試順利完成后就可以進行遠距離測試了。

2.遠距離測試

第2篇

[關鍵詞]GPRS;無線傳輸;網絡結構;具體應用

中圖分類號:U461.3 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2015)04-0016-01

前言:

無線技術的發(fā)展帶動了無線傳輸技術在各個領域內的應用。無線傳輸主要分為數字微波傳輸和模擬微波傳輸兩種。起先,無線傳輸技術主要應用GSM,在GPRS技術融入到無線傳輸技術之后,它在最高數據速率等方面的表現均優(yōu)于GSM,從而開啟了無線傳輸技術發(fā)展新模式,推動著無線傳輸技術向更深層次的領域發(fā)展。

一、無線傳輸技術中GPRS的應用

GPRS作為基于GSM的一種移動分組數據業(yè)務,是在GSM網絡上疊加新網絡,同時在這個新網絡上再增加一些軟件升級及硬件設備,從而形成一個全新的網絡邏輯實體,向用戶提供廣域的、端到端的移動無線分組IP或X.25鏈接。這種技術在計算機網絡和電信網絡間進行了有效連接,使其發(fā)展模式面向全IP網絡平臺。

圖1為GPRS的系統(tǒng)原理圖,從圖中可以看出,MSC同BSC之間為電路交換方式,同外部的PLMN等網絡相連接。提供語音服務等。BSC和SGSN之間為分組交換方式,通常由幀中繼連接,BSC中設有PCU單元,GGSN同SGSN之間由IP網絡連接。GGSN由路由器負責內、外部IP地址間的轉換,這樣MS既可以訪問GPRS內的網絡也可以通過APN訪問外部的Internet網絡。

GPRS系統(tǒng)采用高效率的方式在外部網絡和空中接口之間傳輸分組數據業(yè)務,這種高效率的方式是基于分組交換傳輸數據的。它最高的數據速率在115Kbps―170Kbps之間,遠高于GSM網9.6Kbps的最高速率限制。此外,GPRS采用用動態(tài)復用的進行網絡傳輸信道和無線信道的分配,而且物理信道資源僅在數據通信時才會被占用,因此在很大程度上提高了網絡傳輸及頻率資源的利用率,推動著移動多媒體業(yè)務的實現。

二、無線傳輸技術中GPRS網絡邏輯結構

GPRS網的實現基礎是在核心網絡GSM中引入了分組交換平臺GSN,GSN主要包括GGSN和SGSN。它的功能主要為移動路由管理,可以連接不同的數據網絡,包括GPRS寄存器。GSN可以完成數據網絡和移動臺之間的格式轉換及數據傳送,既可當作獨立設備來使用,同時也可以和MSC相結合。其中GGSN是GPRS同外部網絡間的分界線,主要起著網關的作用,可以協(xié)議轉換GPRS的分組數據包,并將這些數據包傳動到遠端的X.25或IP網絡。GGSN功過Gc接口可以相HLR發(fā)送用戶位置信息的請求,當沒有Gc接口時HLR同GGSN間的信令過程可以由GSN轉發(fā)。

基于GPRS的無線傳輸網絡結構同基于GSM的相比引入了一個新的網絡接口,如Gn,Gs,Gr等。GPRS網絡邏輯的接口和結構如圖2所示。SGSN同SMS一GMSC,MSC/VLR,SMS一IWMSC和HLR間的信令傳輸是使用7號信令的。GPRS在同一個PLMN內通過Gn接口連接,它們之間的數據傳輸和信令都在同一平臺進行,可以選擇的平臺包括ATM,DDN,幀中繼等,而SGSN同BSS之間常以幀中繼為傳輸平臺。

三、 GPRS無線傳輸技術的應用

以水文自動測報系統(tǒng)為例。遠程數據傳輸是水文自動測報工作系統(tǒng)中不可或缺的環(huán)節(jié),GPRS無線傳輸技術的應用任務就是將遙測的現場數據傳送給水文工作的監(jiān)控中心,具體的應用設計如下:

(一)GPRS無線傳輸技術的組網設計

首先是GPRS數據在組網和中心站間的接入方法。數據的傳輸特點決定了監(jiān)控中心的數據接入選擇GPRS無線Modern的方式,它可以為用戶建立一個無線VPN專用數據網,提供高質量的、各種速率的永久或半永久的數據傳輸專用通訊鏈路,在遙測端,通過GPRS無線DDN來確保水文數據傳輸的實現。無線DDN采用GPRS通信網絡來組成一個數字、數據傳輸網絡,這種接入方法很適合分散在野外的且監(jiān)測條件差的遙測系統(tǒng)。

其次,完成組網和中心站的接入工作之后要對GPRS寬帶進行估算。假設水文遙測系統(tǒng)的遙測站點為100個,每個站點的遙測數據包的字節(jié)數量為20,單站的數據流為200bit,那么100個遙測站的數據流則為20kbit,若要在1s內傳送完畢,占用寬帶約為20kbps,若要在2s內傳送完畢,則占用寬帶約10kbps。水文遙測站GPRS的實際傳輸寬帶通常大于40k,因此通過估算,基于GPRS在野外站點進行數據上傳完全可以。

最后,關于數據上傳和命令下傳。各監(jiān)測站采集到的數據經轉換和打包以后被發(fā)送到GPRS模塊,該模塊根據已經定義好的連接方式給數據增加校驗碼和冗余碼,并轉換成可以在無線鏈路上自由傳送的數據包信號并最終傳送到監(jiān)控中心。由于GPRS無線傳輸為透明傳遞,因此在命令下傳時,監(jiān)控中心可以把命令及參數等傳到監(jiān)測站,從而實現遠程的數據讀取及參數設置。

(二) GPRS的實際操作

遙測站的中心配有GPRS無線GTU,中心站使用無線Modern,在有GPRS信號覆蓋的區(qū)域組網建站,使用GPRS無線傳輸技術對遠程數據進行傳輸。

GPRS的終端采用標準的無線DTU/GPRS模塊,它是專為無線數據傳輸需要而開發(fā)的協(xié)議轉換器,確保了GSM協(xié)議轉換的實現。同時對方主機發(fā)送來的數據也可以通過DTU/GPRS協(xié)議進行轉換,再以串口數據的方式傳回到中心主機,只要接口為RS―232的設備都可以通過DTU/GPRS來實現GSM的數據傳輸。

小結:

綜上所述,無線傳輸技術中應用GPRS系統(tǒng)與傳統(tǒng)模式相比具有自己的優(yōu)勢,在實際應用中也憑借著自身的特點有著很強的適用性及靈活性,因此應該進一步加大無線傳輸技術中應用GPRS的研究工作,以保證無線傳輸技術可以更好的服務于各個領域及行業(yè)。

參考文獻

[1] 燕景.基于GPRS通信模塊的無線傳輸系統(tǒng)[J].信息與電腦(理論版).2010(05).

第3篇

【關鍵詞】物料跟蹤;自動采集;無線傳輸

引言

企業(yè)生產需要做好信息流的管理。原材料信息的是生產信息流中的重要組成部分。做好了原材料物料信息的跟蹤處理,對穩(wěn)定現場生產,控制制造成本,確保產品質量均具有重要意義。

無線傳輸技術日趨成熟,在各行業(yè)均有應用。使用無線傳輸技術可解決生產現場因空間限制不能鋪設電纜,導致有線信號不能傳輸的問題。

1.轉爐廢鋼槽裝槽工藝

某煉鋼廠150噸轉爐生產,每爐需高爐鐵水約135噸,各類廢鋼及其他原材料約25噸。轉爐廢鋼裝槽使用廢鋼車車載式稱量系統(tǒng)稱量。空槽在轉爐渣跨、廢鋼跨使用磁盤吊或抓斗分批次將相關物料加入廢鋼槽中。當稱量到達預計重量后,廢鋼車將廢鋼槽從渣跨、廢鋼跨向東行駛,開往加料跨。廢鋼車在加料跨停車后,由加料跨的50+50吊車將廢鋼槽吊起,將槽內物料加入轉爐冶煉。

該煉鋼廠廢鋼及相關原材料主要依靠汽車運輸、火車車皮倒運等方式進入現場,分區(qū)域堆放在該廠的轉爐渣跨和廢鋼跨。相關物料種類繁多,有生鐵塊、統(tǒng)廢、重廢、渣鋼、豆鋼和板廢等十余種。相關存放如下圖圖1物料存放區(qū)域示意圖所示:

圖1 物料存放區(qū)域示意圖

其他煉鋼廠廢鋼裝槽工藝與該廠有所不同。有的煉鋼廠有專門的廢鋼分類處理工序,可將零散廢鋼壓緊打包;有的煉鋼廠廢鋼槽裝槽使用天車磁盤稱量,可對每一吊的吊物料進行稱量。以上兩種裝入方式在廢鋼種類控制、重量統(tǒng)計方面都較為規(guī)范。該廠廢鋼槽裝槽方式相比其他鋼廠,無論在廢鋼等不同物料的區(qū)分統(tǒng)計上,還是在廢鋼等物料的重量記錄上都有諸多不便。而廢鋼及相關物料相關信息的統(tǒng)計管理直接影響該煉鋼廠鋼鐵料成本的控制,需進一步完善。

2.物料跟蹤系統(tǒng)

2.1物料信息采集

為規(guī)范每爐廢鋼實際裝槽情況,該廠設計并安裝了一套廢鋼物料跟蹤系統(tǒng),用于自動統(tǒng)計廢鋼裝槽實際情況。

在爐渣跨與廢鋼跨共用的吊車走臺安裝1套S7-300 PLC控制柜作為下位機,通過以太網與廢鋼操作室內作為上位機的工控機進行通訊。以廢鋼1、2號車為中心線,分別在其每跨的吊車走臺上分別向南、北兩側安裝光電感應開關。一個光電開關代表一個物料區(qū)域。相關代表物料區(qū)域的光電開關信號被接入S7-300PLC。

因吊車吊運物料是由廢鋼車位置為起點,分別往南、北方向去各物料堆放地進行物料吊運。故廢鋼車軌道往南安裝的光電開關應靠物料區(qū)域北側安裝;廢鋼車軌道往北安裝的光電開關應靠物料區(qū)域南側安裝。

參見下圖圖2光電開關安裝示意圖所示(表示光電開關):

圖2 光電開關安裝示意圖

以上圖圖2為例,吊車從廢鋼車軌道向南行走,經過①物料區(qū)時,其①物料區(qū)北側的光電開關感應到信號傳給PLC,該信號激活并在程序中置位,自動認定為①物料;當吊車繼續(xù)行走到②物料區(qū)時,其②物料區(qū)北側的光電開關感應到信號傳給PLC,該信號激活并在程序中置位,自動認定為②物料,同時將①物料置位信號清零。即依次類推。

以廢鋼車軌道上方為起點,向南行駛,其越靠南邊的光電開關優(yōu)先級越高。當越靠南邊的光電開關感應信號后,其臨近的靠北側光電開關信號被清零。同理,以廢鋼車軌道上方為起點,向北行駛,其越靠北邊的物料優(yōu)先級越高,當越靠北邊的光電開關來了后,其臨近的靠南側光電開關信號被清零。

該功能只有以廢鋼車軌道上方為起點,分別向南、向北開時才起作用。當最終的光電開關信號到來后30秒,未被更高級別光電開關清零,則該物料信息被記錄。

為方便物料調整,物料信息統(tǒng)一按代碼設定。如101代表生鐵,102代表統(tǒng)廢,依次類推。各光電開關對應的物料代碼可通過工程師站/或HMI管理員權限在PLC程序中設定。

2.2重量信息采集

當廢鋼車在渣跨或廢鋼跨開始裝槽時,其初始(或上一次)重量能被PLC記錄,并存儲到PLC的DB塊中。

在1號廢鋼車、2號廢鋼車對應中心線的吊車走臺各裝一個光電開關,代表裝槽位。相關代表槽位的光電開關信號被接入PLC300下位機。當物料被磁盤吸吊后,磁盤吊將其吊運至對應廢鋼車的廢鋼槽上方。此時裝槽位信號感應到信號,當該信號持續(xù)保持5秒,則裝槽位信號被激活。

當裝槽位信號被激活,且對應廢鋼車稱量信號發(fā)生變化時(≥200KG),延遲3秒后,PLC記錄新物料加入后的總重量。將新采集的重量數據減去之前存儲的初始(或上次)重量數據得出新加入的物料單重。單次裝槽的單重信息被保存下來

當有一槽已裝好的廢鋼槽被吊走,廢鋼車車載稱重數據將減少15噸以上。當廢鋼稱重突然遞減15噸,則認為廢鋼槽已調走,相關物料信息、各單重信息、總重數據等信息被上傳至二級數據庫,同時將總重量清零。

2.3無線傳輸技術運用

此物料跟蹤系統(tǒng)有個關鍵技術環(huán)節(jié)需解決:如從廢鋼車上方開始出發(fā),先往北開,激活了一個物料信號,但尚未吊物料。此后再往回向南開回來一個物料區(qū)進行吊物料作業(yè),則物料跟蹤系統(tǒng)不能正確判別,系統(tǒng)依舊會認定為吊車此次吊運的是剛才經過的最北頭的物料代碼。同一跨的吊車因物料裝入的比例不同,經常會出現讓車作業(yè),故導致物料信息判別錯誤。

為此,如何區(qū)分吊車是進行讓車作業(yè),還是物料倒運作業(yè)至關重要,將直接影響物料系統(tǒng)跟蹤的準確性。而吊車本身是一套獨立、完整的機電一體品。吊車與地面的聯系只有供電吊車電源的低壓滑觸線。為解決信號傳輸問題,該廠增設一套無線傳輸設備來解決同一跨兩臺吊車位置和作業(yè)的判斷問題。

選用某品牌無線開關量信號傳輸模塊。在PLC柜內安裝一個8點數字量DO輸出點的無線接收站,在爐渣跨與廢鋼跨4臺(每跨2臺)吊車上各安裝一個4點數字量DI輸入點無線發(fā)射站。無線信號傳輸系統(tǒng)設備配置如下圖圖3所示

圖3 無線信號傳輸系統(tǒng)配置圖

通過各子站的無線信號傳輸DI模塊分別采集磁盤吊主接觸器吸合信號和磁盤主卷揚上升信號。各子站信號通過無線傳輸方式,發(fā)送給無線信號傳輸到DO模塊主站。無線信號傳輸DO模塊接收到信號后,再將接收到的各吊車信號通過硬接線方式發(fā)送給S7-300PLC。當以上兩個信號激活時,可以認定吊車在此物料區(qū)間進行物料吊運作業(yè);反之,可判斷為天車在進行讓車作業(yè)或其他作業(yè),不需對其物料信息進行記錄。另外,還可采集天車大車走行正反轉信號作為向南、向北方向行走的判別信號,可協(xié)助物料吊運區(qū)域的正確判別。

將以上信號的組合使用,分別作為吊車吊運物料的連鎖信號,可準確區(qū)分同一跨的兩臺吊車是在進行讓車作業(yè),還是在進行吊運物料作業(yè),有效解決了因吊車讓車導致的物料信息紊亂的問題。

3.實施效果

項目通過無線傳輸信號的使用,成功解決了吊車作業(yè)情況的判別問題,經實際使用測試,使用情況良好。經過一系列改進完善措施的實施,該廠建立了廢鋼槽裝槽物料跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)自動化程度高,一方面可對轉爐渣跨、廢鋼跨天車每一吊吊物的物料種類、物料重量進行自動記錄,準確掌握每槽廢鋼槽的裝槽信息,為轉爐冶煉提供依據;另一方面,可將轉爐渣跨、廢鋼跨的各類物料的消耗情況按每日、每周、每月為周期進行統(tǒng)計,便于及時掌握各類物料的消耗情況,完善了該煉鋼廠鋼鐵料消耗信息流的管理。

第4篇

所謂“精細農業(yè)”,實際上就是通過對田間農作物各項要素的實際信息進行分析,從而達到“最小投入、最大收益”的目的以及農業(yè)生態(tài)的可持續(xù)性發(fā)展。對農作物進行信息獲取與傳輸技術與“精細農業(yè)”研發(fā)體系中的其他項目相比是屬于研究比較少的領域。但是利用傳感期以及單片機對數據的存儲與測量的方式,在國防以及工農業(yè)中都有著廣泛的應用,而GPRS的迅猛發(fā)展也為數據的采集傳輸開辟了新的研究方向。本文將對田間信息的遠程獲取與無線傳輸系統(tǒng)進行研究討論。

【關鍵詞】精細農業(yè) 遠程監(jiān)控系統(tǒng) 無線傳輸 GPRS

隨著社會經濟的不斷發(fā)展以及科學技術水平的不斷進步。傳統(tǒng)的農業(yè)生產模式也在逐漸向科學化的方向過渡。傳統(tǒng)農作物的培育主要是依靠生物育種的方式,在這種生產模式中,是通過投入大量的農藥以及化肥來達到提升農作物生產產量的目的。但是過度的使用化肥農藥勢必會對自然環(huán)境造成不良影響,同時農藥化肥在農作物中的殘留物質也會嚴重影響人的身體健康。于是“精細農業(yè)”應運而生,并開始逐漸在農業(yè)生產當中普及。它主要是依靠現代通信技術來實現對農作物的生產管理。在很多農業(yè)發(fā)達的國家,“精細農業(yè)”已經被認定為實現農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必要途徑之一。

1 系統(tǒng)的基本原理以及性能需求

1.1 系統(tǒng)的基本原理

田間信息的遠程獲取與無線傳輸系統(tǒng)主要由以下5個部分組成:用來采集土壤墑情的模塊、自動氣象站、無線數據傳輸、供電系統(tǒng)以及計算機遠程監(jiān)控系統(tǒng)。這個系統(tǒng)的具體工作原理如下文所述:

采集土壤墑情主要是利用土壤的溫濕傳感器來感測信號,將信號經過放大電路以及適當的調整之后存儲到單片機當中,然后與單片機的標準串口進行連接的收發(fā)無線數據的模塊將會把轉換后的信號通過無線傳輸的方式送到自動氣象站的數據采集器中。接下來就是氣象站內的各類傳感器把采集到的信號送至數據采集器中進行存儲以及進一步的傳輸。數據采集器會將存儲的所有數據傳送到GPRS DTU也就是內置存儲卡中,然后GPRS DTU會把數據進行網絡協(xié)議的封裝,與此同時,通過系統(tǒng)內置的TCP/IP協(xié)議將GPRS網絡與Internet網絡進行無縫接入,最終通過各類網關和路由將數據傳送到計算機監(jiān)控中心中,由計算機監(jiān)控系統(tǒng)來對各項數據實施總體的監(jiān)控。

1.2 系統(tǒng)的性能要求

田間信息的遠程獲取與無線傳輸系統(tǒng)的建立最初,是為了對農田的需水情況進行實時的監(jiān)控,通過各種類型的傳感器來對農田的作物信息進行實時的采集,并將數據及時的傳送到計算機監(jiān)控中心當中,以確保農田的監(jiān)管人員可以對農田中出現的各類問題進行及時的處理。將這個系統(tǒng)安裝到設定好的農田環(huán)境當中,可以實現無人值守的工作方式。另外因為該系統(tǒng)具有拆裝以及操作比較簡便、對于農田中各類信息的采集比較準確、數據的傳輸速度快、對其維護的成本不高等特點。所以對該系統(tǒng)也提出了幾點性能上的要求:

第一就是要有高度的可靠性。因為這個系統(tǒng)是運行在長期無人堅守的環(huán)境當中,因此在運行過程當中系統(tǒng)不能出現無法響應、數據連接中斷以及硬件故障或者是系統(tǒng)崩潰的情況。

第二保證系統(tǒng)的實時性。在系統(tǒng)正常運行的過程當中,要確保數據采集的連續(xù)性以及信息傳輸的實時性。以此來保證農田管理人員可以對農田的各類信息作出及時的了解、對農田中出現的各類問題進行及時的解決,從而實現農田生產管理上的優(yōu)化。

2 與系統(tǒng)相關的各項技術

2.1 單片機

單片機的工作實際上就是為完成各項任務而編制程序,也就是對各項任務指令進行逐條的編譯。單片機執(zhí)行的每項任務都可以將其分成三個階段(取出指令、分析指令、執(zhí)行指令)。單片機的神經中樞就是CPU。它的主要作用就是對通過單片機的各項數值進行運算以及控制。單片機的內部存儲器主要分為程序存儲器以及數據存儲器兩大類。程序程序存儲器(ROM)在具體的操作過程當中主要的作用就是對各類指令代碼以及表格等數據進行存儲。而隨機存儲器(RAM)的主要作用則是對單片機在運行過程中各項工作變量以及數據進行存儲,故此也有很多人會將它稱作數據存儲器。

2.2 GPRS技術

該技術可以在移動用戶與數據網絡之間提供一種無形的連接,從而為用戶提供高速的無線服務業(yè)務。將該技術應用到田間信息的遠程獲取與無線傳輸系統(tǒng)當中是因為GPRS只要激活之后就可以保持永遠在線的狀態(tài),不會出現掉線的問題,這個特點從很大程度上保證了田間信息的遠程獲取與無線傳輸系統(tǒng)信息傳輸的穩(wěn)定性以及實時性。同時GPRS也可以實現與Internet的無縫連接,這為數據向計算機控制中心的傳輸提供了必要的保障。除此之外,GPRS覆蓋范圍廣泛以及資源利用率高也是將其用于田間信息的遠程獲取與無線傳輸系統(tǒng)的原因之一。

除了上述兩個在田間信息的遠程獲取與無線傳輸系統(tǒng)中較為重要的技術之外,該系統(tǒng)中也應用到了傳感器技術、自動氣象站等等。正是通過這些高科技技術的有機融合,才使得田間信息的遠程獲取與無線傳輸系統(tǒng)發(fā)揮了最大作用。

3 總結

隨著科學技術水平的不斷進步以及網絡通信技術的飛速發(fā)展,計算機遠程監(jiān)控系統(tǒng)在許多領域都得到了廣泛的應用與長足的發(fā)展。把無線網絡技術、計算機通訊技術與田間農作物的信息采集系統(tǒng)相結合,并應用到農作物的生產監(jiān)管當中,形成具有農業(yè)特色的田間信息遠程獲取與無線傳輸系統(tǒng)將成為農業(yè)生產管理在未來的重要發(fā)展方向。另外,如何提高土壤墑情信息以及氣象信息的準確性也將成為農田信息采集方向上亟待解決的問題。

參考文獻

[1]安云飛,楊青,楊術明,邢振.一種田間信息無線遠程傳輸系統(tǒng)的設計[J].農機化研究,2007(11).

[2]徐更琪,吳普特,韓文霆.作物需水信息實時監(jiān)測與無線遠程傳輸系統(tǒng)[J].農機化研究,2010.

[3]盧偉,楊建華,袁雪堯.基于GPRS的嵌入式數據采集與遠傳系統(tǒng)[J].微計算機信息,2011(01).

第5篇

著科學信息技術水平的不斷提高,移動無線通信技術又迎來了 4G 時代。本文首先分析了第一代和第二代移動通信系統(tǒng)的特點,然后探討了第三代移動通信無線傳輸技術的應用,最后詳細闡述了新一代移動通信系統(tǒng)無線傳輸技術。

關鍵詞:移動通信;無線傳輸;第四代;4G;IP

中圖分類號:E271 文獻標識碼: A

一、第一代和第二代移動通信系統(tǒng)的特點

第一代移動通信系統(tǒng)(如 AMPS 和 TACS 等)是采用 FD-MA 制式的模擬蜂窩系統(tǒng),不僅頻譜利用率低,而且系統(tǒng)容量小, 業(yè)務種類也很有限。 第二代移動通信系統(tǒng) (如 GSM、D-AMPS 及 IS-95 等)則是數字蜂窩系統(tǒng),雖然其容量和功能與第一代相比有很大的提高, 但是其業(yè)務主要限于話音和低速率數據(小于 9.6kbit/s),仍然不能滿足新業(yè)務種類和高傳輸速率的要求。 第三代移動通信系統(tǒng)能夠與固定網絡相兼容,還能提供多種類型的高質量的多媒體業(yè)務, 同時能實現全球無縫覆蓋,具有全球漫游能力,其小型便攜終端在任何時候、任何地方都能進行通信的,這些優(yōu)勢具有巨大的吸引力。

二、第三代移動通信無線傳輸技術的應用

(一)MIMO-GMC 無線傳輸技術方案

MIMO-GMC 無線傳輸技術方案的描述如下:

1、無論是在基本模式還是在擴展模式下,系統(tǒng)均運轉良好。在基本模式下,總帶寬為 BW 的信道可以被該系統(tǒng)分解成一組平行的3dB 的子信道,帶寬為1.28MHz。通過多載波濾波器組,可以完成多載波合路和分路,其特征在于,通過 DFT,多載波濾波器組可以實現快速。在擴展模式下,相鄰的基本子載波可以被系統(tǒng)合成帶寬為3.84MHz 的擴展子載波, 并可以基于不同的國家在未來的頻譜分布,彈性分配不同的擴展子載波,從而可以實現與3G 系統(tǒng)的向后兼容性。

2、在各子載波中,系統(tǒng)將使用雙環(huán)自適應時隙結構,通過高效率的編碼和調制,組與空分復用的空間-時間的時隙結構,迭代空時解碼,如聯合檢測技術,來支持高效的分組數據傳輸,滿足傳輸速率、系統(tǒng)容量,頻譜效率及功率效率的要求,以滿足 B3G 系統(tǒng)。

3、采用 FDD 或TDD 雙工方式,適用于廣域覆蓋和熱點覆蓋蜂窩通信環(huán)境。

4、采用 FDMA、TDMA 和 CDMA 混合多址方式,進行無線資源的共享,其中 CDMA 為輔選,每個移動用戶都可以動態(tài)地占用一個或多個基本子載波或擴展子載波,另外,占用一個子載波的一個或多個時隙、碼道等也是允許的,這樣便可以滿足在大動態(tài)范圍空間傳輸的要求。

(二)GRTT 算法結構

MAC 層向上層提供了以數據類型為區(qū)分的邏輯信道,并將邏輯信道映射到傳輸信道,其后又以物理層完成傳輸信道的處理。傳輸信道是由 L1 層提供給上層的服務,當上層的數據發(fā)送到物理信道上之后,L1 層將對其進行添加 CRC 校驗,信道前向糾錯編碼、交織,碼率匹配、交織和傳輸信道到物理信道映射等操作后,將數據送到擴頻調制模塊進行正交擴頻,經長碼調制后送到發(fā)送部分。

三、新一代移動通信系統(tǒng)無線傳輸技術

(一)概述

第四代移動通信技術,簡稱 4G。該系統(tǒng)可以稱為寬帶接入和分布網絡,同時具有非對稱的超過 2Mb/s 的數據傳輸能力。同時,第四代移動通信技術是集 3G 與WLAN 于一體,且能夠有效地傳輸高質量視頻圖像的技術產品,從而為人們提供多種多樣的業(yè)務,滿足人們獲得信息的需要。相對于第三代移動通信系統(tǒng),該系統(tǒng)具有更多的應用功能,能夠在不同的固定網絡和跨越不同的頻帶網絡提供無線服務。

4G 是集成多種功能于一身的寬帶移動通信系統(tǒng),已經成為移動通信領域中研究的熱點。目前,西方發(fā)達國家已經開始研制第四代移動通信的標準和產品。我國對第四代移動通信技術的研究還處于初級階段。

(二)基本特征

相對于 3G 時代,第四代移動通信系統(tǒng)具有以下特征 :

首先,第四代移動通信系統(tǒng)的網絡傳輸質量更高,擁有更快的下載速度,最高能夠達到 100Mb/s。該系統(tǒng)能夠承載大量的多媒體信息。同時,該系統(tǒng)的通信更為靈活。目前,市場上盛行的 4G 手機,其功能已經完全突破了傳統(tǒng)的電話機范疇。除了語音資料的傳輸之外,4G 手機可以算得上是一臺小型的電腦。人們可以通過它,隨時隨地通信,下載影像、文字、圖片等資料。

其次,4G 移動通信技術的顯著特點是智能化多模式終端平臺。通過各種接入技術的應用,能夠實現不同網絡系統(tǒng)之間的協(xié)作與無縫連接。同時,第四代移動通信系統(tǒng)各個接入系統(tǒng)還能夠以最優(yōu)化的方式滿足不同用戶的需求。也就是說,當不同的模式終端接入系統(tǒng)時,網絡會根據實際情況,自動地分配頻帶,從而給出最優(yōu)化的路由,達到理想的通信效果。為了能夠提高移動通信的速度,通信運營商必須在原有通信網絡基礎上,進行不斷改造,以更好地適應 4G 時代的到來。第四代移動通信系統(tǒng)擁有更寬的網絡頻譜。

最后,第四代移動通信系統(tǒng)的頻率使用效率更高。相對于 3G 移動通信系統(tǒng),該系統(tǒng)支持用戶在相同數量的無線頻譜情況下,完成更多的操作。該網絡的直觀化和可視化特點,便于人們在不同的地點進行通話視頻,同時,在面臨自然災害的情況下,該系統(tǒng)還能夠快速地修復。

(三)關鍵技術分析

1、正交頻分復用技術

正交頻分復用使用技術是第四代移動通信系統(tǒng)中的關鍵技術,能夠最大程度對抗頻率和窄帶干擾,且提高頻譜的利用效率,適合高速率的數據傳輸。該技術突破了傳統(tǒng)的頻分復用方法的缺陷,每一個子載波的產生和接收都能夠通過數字信號的處理來完成,因而極大地簡化了系統(tǒng)的內部結構。當傳輸信道中出現了多種路徑傳播時,OFDM 傳輸信號在其前面插入了一個相對應的保護間隔,能夠對信號進行周期性擴展,以免于子載波間的正交性遭受破壞。

同時,正交頻分復用技術中的每一個子載波使用的調制方法都具有差別。每一個子載波都能夠根據不同信道的實際情況,選擇不同的調制方式,以更好地保持頻譜利用效率和誤碼率之間的平衡關系。一般而言,無線多徑道的頻率時常會達到 35dB,使信噪比大幅度地下降。OFDM 技術還使用了自適應調制,以便于

系統(tǒng)根據信道的條件選擇調制方式,擴大系統(tǒng)的容量。

2、多輸入多輸出技術

多輸入多輸出技術,簡稱 MIMO,是第四代移動通信系統(tǒng)中的一項關鍵技術。作為一項由多種無線射頻技術所組成的技術,多輸入多輸出技術在運作過程中能夠與現時的 WLAN相兼容,從而擴充其傳輸范圍。該技術能夠在不增加寬帶的條件下,有機地提高通信系統(tǒng)的容量和頻譜利用效率。

由于在通信系統(tǒng)中,多徑通常會引起衰落現象,對整個系統(tǒng)極為不利。然而,在多輸入多輸出技術的應用中,能夠將多徑作為一個有利因素加以利用,從而促進移動通信系統(tǒng)的正常運行。MIMO 技術在其發(fā)射端和接收端配備多根天線,各種串行數據符號在經過必要的空時處理后,會自動地送到天線進行發(fā)射。為能夠有效地促進每一個子數據符號流的分離,每一根天線之間能夠保持加大的距離,以避免信號之間發(fā)生相互關聯。當各個子數據符號流同時進入信道,所有的數據符號流會共同應用一條頻帶,且不會增加帶寬。各個發(fā)射接收天線之間的通道之間相互獨立,并且可以創(chuàng)造不同的并行空間信道,以提高數據信息的準確性。

3、基于 IP 的核心網

第四代移動通信系統(tǒng)中的核心網是一個基于全 IP 的網絡,以更好地實現各個網絡之間的無縫連接。簡單說來,我們可以把移動網絡劃分為三個部分,即基站子系統(tǒng)、網絡子系統(tǒng)以及系統(tǒng)支撐部分。核心網部分則位于網絡子系統(tǒng)中,能

夠根據不同的呼叫請求,將系統(tǒng)連接到不同的網絡上。

核心網的主要功能是提供用戶連接、完成業(yè)務承載以及對用戶進行有機管理等。由于采用不同的面向連接工作方式,基于 IP 的核心網將成為未來移動網的核心網發(fā)展方向。同時,光纖通信技術的發(fā)展以及大量 DWDM 設備的大量應用,使得 IP 技術與傳送網技術形成了匹配發(fā)展。

參考文獻:

[1]靳麗君. 基于方向性天線的中繼蜂窩網絡資源復用方案[J]. 現代電子技術. 2011(15)

第6篇

關鍵詞:光纖;無線傳輸技術;傳輸系統(tǒng)

Abstract: in the science and technology and rapid economic development today, in the wireless communication network rail, has been widely applied to optical fiber/wireless transmission technology. This paper introduces the optical fiber/wireless transmission technology railway the characteristics, analyzed the railway optical fiber/wireless transmission system the working principle and system structure.

Keywords: fiber; Wireless transmission technology; Transmission system

中圖分類號:F530.3文獻標識碼:A 文章編號:

一、鐵路光纖/無線傳輸技術的特點

鐵路沿線一般都經過山區(qū)、隧道以及市區(qū)等地區(qū),通信的環(huán)境非常復雜,采用通常的大區(qū)制的基站來覆蓋整個地區(qū),常常會出現通信的盲區(qū),尤其是對于手持機用戶進行通信就更加困難了。而采用最新引進的鐵路光纖/無線傳輸技術,基站覆蓋的范圍將會被延伸和擴大,同時還可以使基站信道的利用率得到提高和通信盲區(qū)的減少。以下介紹一下鐵路光纖/無線傳輸技術的特點:第一,端站射頻信號,主要由電/光轉換器、光/電轉換器和低噪音放大器組成,不能對接收到的功率進行監(jiān)測,也沒有調制解調的功能,其它功能的實現都是在基站中進行的,所以,光纖/無線傳輸系統(tǒng)是很簡單的,但是非常的可靠,可以實現低成本化以及小型化;第二,在光纖/無線中進行傳輸時,信號不會被放大或是中繼,所以對信號的損耗也是非常小的,信號能夠傳輸的距離將很遠;第三,光纖/無線傳輸的頻帶比較寬,利用光的波分復用技術以及電的頻分復用技術, 一條光纖同時可以將不同頻段的無線信號進行傳輸。[1]

二、鐵路光纖/無線傳輸系統(tǒng)的原理

在傳統(tǒng)方式下的無線蜂窩系統(tǒng)中,中心的控制站和許多基站相連接。而且每個基站都有對無線信號進行調制解調的功能,還能對接收的電頻進行監(jiān)測。所以,每個基站的成本很高,而且結構比較復雜。然而,新引進的光纖/無線傳輸技術方式下的蜂窩系統(tǒng),中心基站和各個端站是通過光纖進行連接的。端站并不能對信號實現調制解調的功能,而無線信號所進行的傳輸是一種透明式的信號傳輸,相當于是延伸和擴大了基站的覆蓋范圍。[2]

光纖/無線技術傳輸方式的蜂窩系統(tǒng)結構圖,如圖1所示。射頻信號是由下行方位的基站發(fā)出的,通過E/O將射頻信號轉換為光信號,然后傳輸到光纖中。而在光纖中傳輸的光信號將被傳輸到終端站中,并再次轉化為射頻信號,接著在濾波放大以及輻射的作用下,將其傳輸到端站服務小區(qū),最后移動臺進行射頻信號的接收。

而反方向的傳輸是,移動臺將上行信號發(fā)出,終端站接收該信號,將進行低噪、濾波以及放大處理之后,射頻信號轉化為光信號。在光纖/無線的傳輸作用下,光信號被傳輸到中心站,光信號被轉化為射頻信號,到達基站,由其進行處理。

光纖/無線傳輸式的蜂窩系統(tǒng),還可以采用壁掛式的端站,在路燈、墻壁上進行安裝,這種方式與高架式的天線塔相比,系統(tǒng)的控制更加精準,緊密;對發(fā)射功率降低的射頻信號的傳輸將會更加安全;同時基站的數量減少,可以實現成本的降低。

圖1光纖/無線技術傳輸方式的蜂窩系統(tǒng)結構圖

三、鐵路光纖/無線傳輸系統(tǒng)

3.1鐵路無線通信的特點

目前,在鐵路無線通信系統(tǒng)中,應用比較廣泛的是450MHz無線式列車調度和800MHz車務、公務以及公安等鐵路部門獨立于一體的通信系統(tǒng)。但是只有450MHz無線式列車調度系統(tǒng),能夠在不受到業(yè)務量以及建筑成本的限制下,保證鐵路沿線通信的連續(xù)性,其它系統(tǒng)則難以實現。【3】鐵路無線通信有其自身的特點:第一,鐵路無線通信網成鏈狀,覆蓋鐵路的范圍比較大。以調度區(qū)間為標準,將無線調度的指揮系統(tǒng)進行區(qū)域的劃分,但是傳統(tǒng)方式下的大區(qū)制的調度指揮系統(tǒng)并不能對過網越區(qū)進行切換,當列車經過該區(qū)域時,很可能導致通信信號的中斷。如果采用的是基站式的覆蓋方式的話,架設的基站是很多的,投資將非常大;第二,鐵路無線通信主要是調度方式的通信,服務對象主要是在鐵路沿線范圍內,各部門中的移動用戶。由于各個基站在覆蓋的區(qū)域內,所服務的對象比較少,如果采用多信道基站的方式進行覆蓋,會對頻率資源造成很大程度的浪費。在樞紐地區(qū)、工程的搶險救援等特殊地區(qū),建設的話務量將很大,這樣就會出現頻率資源不足的情況;第三,鐵路無線通信的環(huán)境非常復雜。鐵路沿線一般都是經過山區(qū)、隧道以及市區(qū)等地區(qū)的,采用通常的大區(qū)制的基站來覆蓋整個地區(qū),常常會出現很多通信的盲區(qū),尤其是對于手持機用戶進行通信就更加困難了;第四,在鐵路無線通信服務和運輸的需求下,鐵路多個不同部門的通信系統(tǒng)常常在同一個基站的覆蓋區(qū)內進行工作,但這些部門建設自己獨立的基站又是不實際的。

3.2鐵路光纖/無線傳輸系統(tǒng)的構成

鐵路采用光纖/無線傳輸系統(tǒng),可保留鐵路無線通信自身的特點并對存在的問題進行處理,同時使鐵路無線的覆蓋率得到提高,實現鐵路沿線多個部門的多個通信系統(tǒng)在同一個覆蓋區(qū)同時進行工作,最終使鐵路無線通信改變了單一式的通信網,實現了綜合式的通信網。

鐵路光纖/無線傳輸系統(tǒng)構成圖,如圖2。鐵路通信的系統(tǒng)采用多信道移動的通信系統(tǒng)或者是集群式的通信系統(tǒng),在鐵路的調度中心建設光纖/無線的中心站,光纖/無線的終端站要沿著鐵路線進行設置。中心站的設立,可采用CDMA或者是GSM式的基站,也可以采用集群式的基站。鐵路光纖/無線傳輸系統(tǒng)采用的結構是鏈狀網,上下行通過光纖與N個終端站進行連接,利用N個終端站來完成基站的覆蓋。BS1、BS2表示無線通信系統(tǒng)的基站,該基站可以采用800MHz的集群基站,也可以采用450 MHz的集群基站,或者是將450MHz的列調電臺和其它的頻段接入作為基站使用。

CCU表示:中心控制單元 ONU表示:光網絡單元

NMU表示:網管單元TS表示:終端站

圖2鐵路光纖/無線傳輸系統(tǒng)構成圖

在調度所中,設置網管單元和中心站,各個頻段基站發(fā)出的射頻信號通過調度所傳輸到中心站,再經過光調制的作用之后,信號被傳輸到區(qū)間光纖。而對于終端站的設置,一般設在無線電場覆蓋比較廣的弱場區(qū)或者是車站,鐵路沿線范圍內的移動用戶經過電磁波可以接入到終端站。

在鐵路中采用光纖/無線傳輸系統(tǒng),集群式通信中大區(qū)制的特點被充分的體現出來。一個調度區(qū)作為傳輸的一個大區(qū),在該大區(qū)的任何一個地方列車或者是其它的移動臺都不需要進行過網頻率的切換,充分保證了連續(xù)地進行調度和指揮。鐵路光纖/無線傳輸系統(tǒng),不光使得司機和調度之間的通信問題得到了解決,同時在鐵路的通信系統(tǒng)中心設置鐵路各個部門的獨立基站,再利用光纖/無線傳輸技術就可以實現信號的連續(xù)傳輸。采用大區(qū)制的基站進行小區(qū)的覆蓋是鐵路光纖/無線傳輸的系統(tǒng)最主要的特征,這種覆蓋方式避免了盲區(qū),而且鐵路沿線的移動用戶進入系統(tǒng)更加的可靠。所以,在鐵路無線通信中,采用光纖/無線傳輸系統(tǒng)在改善目前鐵路通信中存在問題的同時,為鐵路無線通信未來的發(fā)展打下了堅實的基礎。

四、結語

鐵路無線通信中,光纖/無線傳輸技術不僅能夠應用到高速鐵路的無線通信中,而且能夠應用到有線路的通信之中。它的應用非常廣泛,尤其是在山區(qū)、市區(qū)、隧道中的應用更是顯得尤為重要,不僅解決了山區(qū)、隧道等復雜地區(qū)無線通信的問題,而且展示出其自身的優(yōu)勢。在光纖/無線傳輸技術的不斷發(fā)展下,在鐵路中應該光纖/無線傳輸技術的情景將非常廣泛。

參考文獻:

[1]袁惠清,董天臨.鐵路光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)設計及優(yōu)化和改進的設想[J].電信工程技術與標準化,2003,(03)

第7篇

Research on Power Transmission Mode and Development Trend of Wireless Delivery

朱先清 ZHU Xian-qing;牛華慶 NIU Hua-qing

(山東電力集團公司臨沂供電公司,臨沂276003)

(Linyi Power Supply Company,Shandong Electric Power Corporation,Linyi 276003,China)

摘要:對常規(guī)電力輸送和無線電力輸送從傳輸原理上進行介紹,主要描述了常規(guī)電力輸送架空線路傳輸的具體組成結構和無線輸電因傳輸距離不同而使用的傳輸原理。并從傳輸的靈活性、安全性和經濟性三個方面比較了兩種電力傳輸各自的優(yōu)缺點,突出了無線電力傳輸在輸電過程中具有良好的發(fā)展前景。以無線輸電的三種原理,分別闡述了今后主要的發(fā)展方向。

Abstract: The conventional power transmission and wireless power delivery in the transmission principle are introduced, this paper mainly describes the specific structure of conventional power transmission especially overhead line transmission and wireless transmission with different transmission distance by using transmission principle. And from the three aspects of transmission that are flexibility, safety and economy,through comparing the advantages and disadvantages with two kinds of power transmission, the wireless power transmission in the transmission process shows good prospects for development. The three principles of the wireless transmission respectivelydescribe the main development directions.

關鍵詞 :電力輸送;架空線路;無線;磁耦合共振

Key words: power transmission;overhead line;wireless;magnetic coupling resonance

中圖分類號:F407.61文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2015)20-0193-03

0引言

電能從被探索、研究,到全面應用,在人類歷史上不到300年歷史,卻已極大地推動了人類社會的進步;現今,人們的日常生活以及社會的正常運轉,工廠的生產作業(yè)都離不開電能,它與人類息息相關,是最重要的能源之一。而輸電,即電能的傳輸在該過程中是極其重要的環(huán)節(jié),是電力整體系統(tǒng)的關鍵組成部分,它與變電、配電和用電一起構成整個電力系統(tǒng)[1]。通常,人類所能支配的電能由發(fā)電廠產生,經由負荷中心調控,分配到下級用電單位;這個過程中,輸電將相距幾十至數千千米不等的發(fā)電廠與負荷中心聯系起來,使電能的利用超越地域的限制,更加靈活、方便,相較于其他能源的輸送具備效率更高、損耗更低、環(huán)境污染程度小等優(yōu)點。

目前,大規(guī)模建設的電網電力傳輸,因鋪設方式與結構形式的不同,可簡單劃分為架空輸電線路輸送和地下輸送線路輸送;架空輸電由線路桿塔、導線、絕緣子等構成,架設在地面之上。地下線路主要是使用電纜,鋪設在地下或水域下。架空線路以其架設及維修相對方便,成本也較低優(yōu)勢相對于地下線路造價高、鋪設難度大、發(fā)現故障及檢修維護等均不方便的缺點,使得采用架空線路輸電是最主要的方式。而地下線路主要用于架空線路架設困難的地區(qū),如城市或其他特殊地區(qū)輸電。架空線路輸電是有線電力傳輸主要作業(yè)方式,大部分電力傳輸都涉及該種形式,一般遠距離輸電,需要提高電力電壓進行輸送,如傳輸距離超過50km,輸送電壓要求達到110kV,為高壓輸電,配套的設備(如變壓器等)設備要求高,相應的使用和維修成大,同時輸電過程存在的較大危險隱患以及維修困難等缺點;容易受到氣象和環(huán)境(如大風、雷擊等)的影響而引起故障,電網的形成需要占用大量土地,超高壓或特高壓交流輸電還會造成電磁干擾等,在如今科技高度發(fā)展,電網覆蓋程度不斷壯大的今天,以出現諸多不便與困擾。

無線電力傳輸是近十年來得到極大重視和不斷研究、發(fā)展的電能傳輸手段,該項技術早在19世紀中后期就被特斯拉提出,認為可以借用地球本身與大氣來進行遠距離輸電,后來雖然由于資金等原因未能實現[2],但這一理論研究為無線輸電提供了研究的基石。目前,無線電力傳輸還不是很成熟,在一些領域,尤其是手機、家用電器等用電設備的供電與充電已研發(fā)出相應的產品;但是,如常規(guī)的電力輸送(以架空輸電為例),實現遠距離的基站與基站的電力傳輸還停留在實驗階段或因傳輸效率等問題未能實現大面積使用推廣。在今后的不斷研究中將突破技術障礙,實現無線輸電電網的改革。目前,最遠的無線傳輸是2015年3月12日,日本三菱重工也宣布,科研人員將10千瓦電力轉換成微波后輸送,其中的部分電能成功點亮了500m外接收裝置上的LED燈,說明無線傳輸在取代和應用是可能的。

1常規(guī)電力傳輸

常規(guī)電力傳輸是現今電力傳輸的主要實現方式,基于電流在導體中傳導,進而傳送電能的基本原理來完成整個過程。其中最主要的架空線路傳輸一般由導線,傳導電流的核心部分;避雷針,置于桿塔頂,減少雷擊的可能,保證輸電線的安全;桿塔,支撐線與避雷針,保證線與線、線與地面之間的距離;絕緣子,使線之間、線與地面之間絕緣;金具,支撐、固定和連續(xù)線與絕緣子;桿塔基礎,確保桿塔不會因為外力或突發(fā)事件(如大風、地陷等)而上拔、下沉或傾倒;拉線,用來平衡導線橫向載荷,減少導線之間張力,降低使用成本;接地裝置,通過基桿塔的接地線或接地體與大地相連,防止雷擊時線路損壞。針對特殊地域(跨河、跨海等)和城市電路輸送,常采用地下輸送線路輸送,可基本消除雷擊影響的可能,不占用可使用土地,但鋪設和維護成本過高,不適用遠距離輸送,使用范圍窄;除卻與桿塔相關的構建,其余組成與架空線基本相同,增大了絕緣性能,防止電流泄露。

2無線電力傳輸

無線電力傳輸根據輸電距離可分為三類,即短程無線供電、中短程無線輸電和遠程(超遠程)無線電力傳輸[3-4]。不同的無線輸電方式所采用的原理存在差異,但其基本構成基本由五部分組成,分別為電源(發(fā)電設備)、整流器、逆變器、線圈(可為變壓器或發(fā)射電波線圈)、負載(用電設備)組成,具體結構如圖1。短程無線供電是基于電磁感應原理運作的,最典型的電磁感應在輸電中的應用是變壓器使用。變壓器由一個磁芯和二個線圈(初級線圈、次級線圈)組成;當初級線圈兩端加上一個交變電壓時,磁芯中就會產生一個交變磁場,從而在次級線圈上感應一個相同頻率的交流電壓,電能就從輸入電路傳輸至輸出電路,實現短距離或超短距離電能的傳輸[5]。電磁感應突出的特點是帶點端與用電端可為非接觸式連接,其電能發(fā)射端的線圈(連接電源)與接收端的線圈(用電產品),處于兩個分離的裝置中,電能通過感應線圈傳送,這類似一個線圈間耦合不緊密的變壓器。

這種變壓器原理適用于供電的防水設計、不能直接接觸的供電設計(如人造器官的電池充電)等新型技術的需求。

中短程無線電力傳輸是基于電磁共振耦合或電磁波射頻的原理實現的,當供電與用電設備之間的距離大于感應線圈直徑的8倍時,此時穿過電磁感應線圈的磁感應強度大幅削弱,使電能傳輸的效率降低而嚴重影響電能的傳輸。而電磁共振耦合可實現超過該距離的電能傳輸,具體而言,整個傳輸系統(tǒng)由兩個主要的線圈構成[6];一個線圈與電源相連向外發(fā)射電磁波,為非輻射型磁場,另一個線圈的固有頻率設計為磁場頻率相同,振蕩電流最強,而“接收”電磁波,實現電—磁—電的轉化,即一個無線的電能傳輸。借用電磁共振耦合的原理完成的無線輸電距離已完全覆蓋了常規(guī)工廠或家庭電器設施用電和手機等電子設備充電的需求,使充電和用電變得更加便捷是重要的應用方向。

遠程或超遠程無線電力傳輸使用的技術手段是微波和激光[7]。一般認為以無線電磁波的形式進行遠距離的電力傳輸不太合適,因為理論認為,電波波長越長其定向性越差、彌散性越高。而微波波長在300MHz~300GHz是介于無線電波與紅外線之間,兼具無線電波傳遞方向性好與紅外線衍射(穿透性)的特點,可用于遠距離能量的傳輸;激光具備定向性、高亮度性和高能量性,在忽略阻礙物的條件下,很適合電能的遠距離無線輸送,但穿透性差且由于激光的高能量性可能帶來安全隱患。因而,目前兩種方式以其各自的優(yōu)點在遠程無線電力輸送中都作為研究的方向。

3優(yōu)缺點比較

3.1 靈活性

靈活性即電力輸送距離可靈活變化,對于某一需求電路可直接使用或變化輸電距離時添減材料和設施可以達到。對于有線電力傳輸,是通過電流在導體內傳遞來傳輸電能的,在不考慮超高電壓輸送情形下,一定范圍內改變輸送距離,只需設置對應的架空線即可;即便改變距離超過對應電壓可輸送的距離,為了降低輸送過程中電能的損耗,提高輸送線路電壓及其安全配到設施、升高線路距地高度就能滿足輸送要求。具體的各級電壓電力線路合理的輸送功率和輸送距離如表1[8]。

無線電力傳輸根據傳輸距離的不同所選擇的傳輸工作原理也有差異,短距離——電磁感應,中距離——電磁共振耦合,長距離——微波或激光[9];對于不同距離的電力輸送和供電需求設計的電力傳輸裝置,其工作原理是預先設計并固定使用的,用途和適用范圍(距離)不容易改變,針對性強,但使用靈活性較差。同時,由于無線電力傳輸原理多,使用面更廣,對于有線輸電不易或不可能完成的傳輸作業(yè)均可實現,如“免電池”無線鼠標、植入式醫(yī)學器件充技術、“無尾”電視、外太空能量向地面的輸送等均是無線輸電廣泛應用表現形式[10]。

3.2 安全性

常規(guī)電網或家庭、工廠布線都離不開電線與連接元件,防止電線直接裸露在空氣中造成觸電或線與線之間的短路,通常在電線周圍裹上絕緣子等絕緣體。但是用電與輸電時刻發(fā)生在人們的周圍,大量的電線與插座等在絕緣子老化后,很可能造成觸電或短路的危險,嚴重影響使用安全。而無線電力傳輸的主要三種均是以電——磁(電磁波或磁場)——電的形式傳遞,讓“電流”通過空氣或其他介質傳播,不會使使用者或處于介質的人員有觸電的感覺,且無線電力傳輸技術不產生輻射,部分已無線電力傳輸研發(fā)的產品其安全性已經通過FCC、IEEE和CCC等標準認證,不會產生危險,避免了帶電插拔、電源線短路等等可能的安全隱患。如2008年8月英特爾信息峰會上演示了采用電磁共振耦合的原理隔空1m為60W等泡供電,雖然效率只有75%,但基本滿足日常燈泡供電的距離需求,不會因為布置電線而存在任何隱藏的危險。在確保安全性的前提下,中短程無線供電方式將可以徹底解決家庭、工廠布線凌亂、電器位置固定、插座破壞建筑布置美觀等等問題,具備可靠地安全保障[11]。

3.3 經濟性

短程電磁感應中的磁場,中程或遠程的電磁波(微波和激光可視為電磁波)傳播過程中不需要介質,甚至在真空中的速度接近光速。電力傳輸只需鋪設發(fā)射端和接收端,兩端主要部件均由調理電路和線圈組成,檢查兩端是否能正常工作即可維護整個輸電線路,成本較低。而常規(guī)的有線電力傳輸過程需要借助介質,一般為金屬介質,雖然在傳播速度同樣接近光速,但傳播距離和傳播效率受介質影響。電網中使用較多的為架空線路,其使用的介質導線材質常使用的有三種材料——銅、鋼和鋁。以傳遞過程中的電壓、傳輸距離及最大負載作為使用材質選擇條件,使用最多的銅芯鋁絞線,電壓越高,導線截面越大。傳輸線路的鋪設成本隨距離的增加而增加,隨電壓的增加而增加。以銅芯鋁絞線為例,由于傳輸距離的改變,承載功率由10kW增長到35kW,線截面積對應的由1mm2增加到6mm2。不僅如此,對于架空線路而言,配套的配電、桿塔和其他安全設施也極大提高了成本。電壓提高時,相應的設備,尤其是與安全與傳遞效率相關的設備,成本呈幾何線增漲。架空線大部分鋪設在野外,而且高壓輸電桿塔較高,對于維護和修理的難度很大、成本較高。

4無線輸電的發(fā)展前景與方向

無線輸電作為一種新型的技術還不太成熟,在傳輸效率與功率上還需進一步的高[12]。以磁感應原理的無線電力傳輸由于距離的限制,目前只應用于供電、用電部分距離很近的情形,如變壓器和芯片信息識別等。中程的“磁耦合共振”是最可能替代目前架空線路的無線傳輸技術,其傳輸的距離和效率與兩端線圈大小直接相關,實現兩端線圈完美共振,并研發(fā)能提高傳輸距離與傳輸功率的線圈結構,將會對無線電力傳輸有著極大地推廣作用;其次,工廠用電機械、家用電器、手機等用電設備的充電與電源之間的距離在“磁耦合共振”輸電的距離之內,借用“磁耦合共振”代替?zhèn)鬏攲Ь€、簡化傳輸結構、提高使用安全為當前及今后無線輸電的主要研究路線。隨著科技的發(fā)展,對能源的需求與日俱增,地球能源有限,從太空獲取額外的能源并輸送到地面是將來發(fā)展的必然趨勢,而遠程的無線輸電成了必要的基礎,對微波與激光輸電效率以及輸電環(huán)境適應性成為今后的研究方向。

參考文獻:

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第8篇

隨著時代的發(fā)展,高壓電纜逐漸被大量使用,這就對其運行和維護提出了較高要求。但是傳統(tǒng)的監(jiān)測手段存在著一定的局限性,為了保證電纜線路的正常運行,就要采取無線傳輸監(jiān)測系統(tǒng)對電纜的金屬環(huán)流和表面溫度進行監(jiān)測,保證檢測的有效性和準確性。

【關鍵詞】電纜線路 無線傳輸監(jiān)測 應用

隨著城市的建設和電力事業(yè)的發(fā)展,高壓電纜的使用范圍越來越廣,逐漸成為城市電網的重要組成部分,為了保證電纜的安全運行,就必須對其運行狀態(tài)進行監(jiān)測和控制。但是傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)存在著許多局限性,因此就必須采用無線傳輸監(jiān)測系統(tǒng)對其進行監(jiān)測,這樣才能保證電纜的正常運行。

1 傳統(tǒng)電纜線路監(jiān)測方法的弊端

傳統(tǒng)的電纜線路監(jiān)測主要是采用人工定期巡視、檢測的方法對電纜線路進行安全檢查。這種方法技術手段較為單一,檢測的數據準確性不高,說服力不強;同時由于受到人力和技術水平的限制,不能對整條線路進行全面監(jiān)控,不能及時發(fā)現和排除事故隱患,工作效率不高;對于事故的判斷和維修方法的選擇主要還是依靠人的主觀判斷,這就需要工作人員具有極高的專業(yè)素質和解決問題的能力,否則就會對電纜線路的正常運行造成影響。

鑒于上述幾點,就必須改變傳統(tǒng)的電纜線路監(jiān)測模式,逐步實現無線傳輸監(jiān)測的普及,不斷獲取有價值的技術數據,不斷提升電纜線路監(jiān)測的科學性和準確性,推動電力事業(yè)的發(fā)展。

2 無線傳輸監(jiān)測系統(tǒng)的組成

2.1 信號采集單元

信號采集單元主要由4個溫度傳感器和6個電流互感器組成。溫度傳感器可以對電纜表面溫度和周圍環(huán)境的溫度進行實時監(jiān)測,并將得到的數據通過線路傳輸至控制單元;電流互感器可以根據電流大小調整測量的準度和精度,調整測量的重點,保證測量數據的真實準確。

2.2 數據處理單元

數據處理單元的主要功能是將信號采集單元采集到的數據進行轉換并對其進行初步處理,這一工作結束后將處理好的數據發(fā)送至數據發(fā)射單元,方便數據的進一步分析處理。

2.3 數據發(fā)射單元

數據發(fā)射單元主要由芯片和通信模塊組成。芯片主要接收和存儲由數據發(fā)送單元傳輸的數據和工作指令,通信模塊主要功能是將數據發(fā)射至控制單元。

2.4 傳輸電纜

傳輸電纜主要分為設備電纜和連接電纜。設備電纜的一端固定連接在設備上,另一端為連接卡口,方便與其他原件和設備進行連接;連接電纜不固定在設備上,是根據實際需要用于設備之間連接的。如果設備使用不同芯數的電纜就需要選擇對應的卡口進行連接,這樣才能保證連接的正確,工作人員在實際連接過程中要對電纜和卡口進行編號,這樣才能防止連接混亂,保證系統(tǒng)的正常工作。

3 無線傳輸監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理

無線傳輸監(jiān)測系統(tǒng)利用分布在電纜線路上的各個點位中的信息采集單元對電纜的工作狀態(tài)進行實時監(jiān)測,將監(jiān)測到的數據發(fā)送至數據處理單元;數據處理單元接收這些信號后進行信號模式轉換,將得到的電信號轉換為數字信號,同時對數據進行整理,方便對這些數據進行分析,信號處理好后發(fā)送至數據發(fā)射單元;數據發(fā)射單元接收到數據后就要利用計算機對這些數據進行對比分析,觀察這些數據與電纜線路安全運行時的數據之間的差別,這樣就可以發(fā)現電纜線路運行過程中的各種問題,數據發(fā)射單元要再次將這些數字信號轉化為電信號并發(fā)送至現場技術人員的接收設備上,這樣技術人員就可以根據得到的數據對電纜線路所出現的問題和故障進行維修,保證電纜線路的正常運行。

4 無線傳輸監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測對象

4.1 工程質量監(jiān)測

當電纜線路鋪設工程結束后,可以利用無線傳輸監(jiān)測系統(tǒng)對工程質量進行檢測,主要是對接地環(huán)流進行監(jiān)測,通過對環(huán)流電流值的分析可以發(fā)現施工過程中接線錯誤的地方,杜絕嚴重事故的發(fā)生。

4.2 電纜溫度監(jiān)測

電纜溫度的高低反映了電纜荷載的大小,如果電纜的溫度過高就說明電纜的荷載過大,容易造成嚴重的安全事故,這時技術人員就要對輸送的電壓進行調整,保證電纜的安全運行。無線傳輸監(jiān)測系統(tǒng)通過安放在各個點位的溫度探測器實現對電纜的表面溫度和工作環(huán)境溫度的實時監(jiān)測,當數據超過安全范圍時,系統(tǒng)就會自動報警,并將發(fā)生故障的位置發(fā)送至控制中心,為電纜的運行提供一個安全的環(huán)境。

4.3 重要線路監(jiān)測

在整個電纜線路監(jiān)測工作中,對于整個電纜中重要線路的監(jiān)測工作至關重要,它直接關系到整條電纜的質量與安全,關系到輸電的安全,因此就必須對其進行重點監(jiān)測。利用無線傳輸監(jiān)測系統(tǒng),可以在第一時間將重要線路的工作數據傳輸至控制中心,克服了人工進行監(jiān)測時間長、數據不準確、效率低的局限性,減少了人員的使用,提升了線路監(jiān)測的準確性和有效性。

5 結語

總而言之,無線傳輸監(jiān)測系統(tǒng)成功克服了傳統(tǒng)人工監(jiān)測的弊端,能夠為技術人員提供更加完備和準確的數據,滿足電纜運行和維護的需求。特別是在電纜接地環(huán)流和表面溫度這兩方面,無線傳輸監(jiān)測系統(tǒng)展現出了巨大的優(yōu)勢。隨著電纜線路無線傳輸監(jiān)測系統(tǒng)的應用和完善,它的監(jiān)測水平和精度將會得到實質性提高,為我國的電力發(fā)展做出貢獻。

參考文獻

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第9篇

關鍵詞:無線汽車行駛記錄儀; 無線檢測儀; ARM處理器; 無線模塊

中圖分類號:TN92534; U463.67 文獻標識碼:A 文章編號:1004373X(2012)09016403

隨著道路交通的快速發(fā)展,道路交通事故率也在不斷地攀升,超時駕駛、超速駕駛成為交通事故的主要誘因。汽車行駛記錄儀[1](以下簡稱:記錄儀)是對車輛行駛速度、時間、里程、以及有關車輛行駛的其他狀態(tài)信息進行記錄、存儲并通過接口實現數據傳輸的數字式電子記錄裝置。汽車行駛記錄儀的使用,對遏制疲勞駕駛、車輛超速等交通違章、約束駕駛人的不良行為、保障車輛行駛安全以及道路交通事故分析鑒定具有重要作用。然而在現有汽車記錄儀實際使用過程中,交警部門往往不能夠即時地獲取超時超速等信息,從而不能有效地制止超時超速駕駛。因此研究和開發(fā)無線汽車行駛記錄儀與無線檢測儀(以下簡稱:檢測儀),用來快速地獲取超時超速記錄儀中的超時超速信息。無線檢測儀采用手持式終端設計方案,可以實現探測周邊無線汽車行駛記錄儀并和其通信,可實現無線檢測儀移動讀取汽車行駛記錄儀中超時、超速信息。

1 無線數據傳輸

1.1 無線數據幀

無線數據幀格式保留汽車行駛記錄儀國家標準[2]中規(guī)定的數據幀頭,并且其基礎之上添加了六種數據幀僅供無線數據傳輸單元使用的數據幀,其基本格式如圖1所示。新添加數據幀分別是:數據采集,數據應答,超時數據請求,超時數據應答,超速數據請求,超速數據應答,分別用于探測記錄儀與記錄儀中詳細信息的獲取。

1.2 無線傳輸方案設計

本文中無線傳輸基本原理如圖2所示,采用多點對多點[3]的數據傳輸模型,并且采用呼叫式數據傳輸。當檢測儀i(i=1,2,3)發(fā)出數據采集信號時,記錄儀j(j=1,2,3,4)如果成功接收到信號,則t(t在500 ms內做隨機數)時間內返回一個數據應答幀給無線檢測儀。檢測儀便能夠采集到周遭記錄儀中的超時和超速信息標志。檢測儀i如需要查看記錄儀j中超時或超速的詳細內容時,再次發(fā)送超時或超速數據請求報文,并且等待記錄儀j的超時或超速數據應答幀,從中獲取詳細的超時或超速信息。

圖2 無線傳輸基本原理圖在數據傳輸過程中,檢測儀如果發(fā)送請求數據幀,沒有收到任何應答數據,則會重發(fā)當前數據幀,直到最大次數N(N=3)。檢測儀和記錄儀檢查收到的數據幀中對應的ID是否與本身的一致,如果不一致,則放棄對數據幀的處理。

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 記錄儀無線接口電路設計

在MVRE型記錄儀硬件基礎之上,該產品以LPC2214型ARM7處理器[4]為處理核心,實現了汽車記錄儀的功能,在此基礎之上,添加無線傳輸單元。無線模塊采用SWRF1101[5],該款無線模塊自帶無線碰撞檢測機制,當無線模塊在空中發(fā)生無線碰撞時,能夠自動檢測碰撞,并且延時重發(fā)。SWRF1101為檢測儀與記錄儀之間的數據通信載體,無線編解碼由無線模塊自動完成。無線模塊采用串口與記錄儀交互,其連接圖如圖3所示。

2.2 檢測儀硬件電路設計

本系統(tǒng)以STM32F103VET6[6]微處理器為控制核心,STM32系列微處理器屬于16位MCU,而STM32F103VET6則具有精簡指令集和低功耗、高速度的特點,其頻率可達72 MHz。STM32F103VET6具有512 KB的FLASH和64 KB的RAM,可更好地實現通信協(xié)議解析。系統(tǒng)硬件框圖如圖4所示。

圖4 檢測儀硬件電路系統(tǒng)框圖系統(tǒng)人機交互單元由防水按鍵與2.8吋彩色液晶顯示屏構成。按鍵包括采集、確認、返回、上翻、下翻共同組成檢測儀的輸入控制單元。顯示屏采用ADS7843芯片用硬SPI接口控制,ADS7843[7]是TI公司生產的4線電阻觸摸屏轉換接口芯片,可實現觸摸輸入和彩屏顯示,在本系統(tǒng)中僅僅使用了彩屏顯示。

檢測儀將在采集數據時所記錄的的車牌以及對應記錄儀的超時超速信息記錄下來。其中從記錄儀中采集上來的數據需要存儲到移動存儲設備中,其他一些信息存儲到斷電保護存儲設備中。因而檢測儀選用鐵電FM24V02[8]芯片來存儲斷電保護數據,該芯片有256 Kb容量,可讀取100萬億次,能夠穩(wěn)定可靠地存儲數據。檢測儀使用STM32F103VET6本身的SDIO來驅動SD卡[9],存儲需要導出的移動數據。

3 系統(tǒng)軟件設計

3.1 記錄儀軟件設計

MVRE型記錄儀是以Keil3作為開發(fā)工具,并用C語言[10]來實現記錄儀功能。在此基礎之上,添加無線傳輸方案的實現,其基本流程圖如圖5所示。

圖5 記錄儀軟件流程圖記錄儀在記錄汽車當前行駛數據的過程中,同時監(jiān)聽無線模塊所收到的數據,當成功收到數據幀以后,結合記錄儀當前超時超速狀態(tài)以及信息,返回給檢測儀相應的數據幀。其需要應答的數據幀包括:數據采集,超時數據請求,超速數據請求。應答數據采集報文時,只需應答超時超速標志,而應答超時數據和超速數據請求時,則需要將具體違章數據發(fā)送給檢測儀。

3.2 檢測儀軟件設計

檢測儀軟件系統(tǒng)框圖如圖6所示,分為驅動層和應用層,驅動層主要是實現各個硬件單元的驅動,應用層實現整個系統(tǒng)的功能應用,其開發(fā)環(huán)境為Keil4,以C語言為編程語言。

第10篇

關鍵詞:低噪聲放大器;噪聲系數;增益;穩(wěn)定性

1 無線傳輸

近年來,系統(tǒng)在各行業(yè)的應用越來越廣,為了適應這一市場需求,需要優(yōu)化低噪聲放大器的設計方法,降低產品調試成本。傳統(tǒng)的低噪聲放大器輸入輸出匹配電路需要反復迭代、靈活性不高、后期電路調試復雜,產品一致性差。本文通過研究低噪聲放大器的設計理論,提出了一個簡單易行的低噪聲放大器設計方案,通過該方案可以最大限度地降低放大器的噪聲系數,提高放大器的穩(wěn)定性,并且可以方便地在放大器增益、噪聲數和定性之間進行折中設計,設計的電路后期調試簡單、產品一致性高,與其他射頻部件級聯時不需要隔離器。完全能滿足無線傳輸系統(tǒng)的技術要求和批量生產。利用該設計方法設計的放大器已經成功進行批量生產。

2 低噪聲放大器的設計

本文設計的低噪聲放大器主要由輸入匹配網絡、晶體管放大器、輸出匹配網絡、偏置電路構成。

2.1 放大器的主要技術指標

(1)工作頻率:300~400 MHz;(2)增益:≥30 dB;(3)噪聲系數:≤1.2 dB;(4)端口駐波:≤1.5;(5)供電電壓:+5 VDC±0.5 V;(6)電流:≤ 80 mA。

2.2 放大器設計方案分析

由于設計指標要求的放大器增益要大于30 dB,所以設計中采用兩級放大晶體管進行設計,每級放大器單獨進行輸入輸出阻抗匹配,然后進行兩級放大器級聯。設計中選擇安華高的低噪聲放大器晶體管MGA-53543,該晶體管在300~400 MHz頻段內高達19 dB的增益和1dB的噪聲系數足以滿足本文中要設計的低噪放的指標要求。

2.2.1 MGA-53543的S參數和噪聲系數分析

根據MGA-53543的數據手冊采用內插法可以得到MGA-53543在350 MHz時的S參數:

S11=0.327∠-123,S21=9.471∠141.3,

S12=0.079 5∠13.3,S22=0.206∠-128.3

由上面的S參數可以得到Δ=S11S22-S12S21=0.729 1∠-21.6

采用外推法可以得到MGA-53543在350 MHz時:

NFmin(dB)=1.06,Γopt=0.108∠156.5,Rn=0.1

2.2.2 放大器穩(wěn)定性分析

根據器件S參數可以得到MGA-53543在350 MHz時的穩(wěn)定系數:

所以MGA-53543在350 MHz時是不穩(wěn)定的,需要對輸入、輸出穩(wěn)定圓進行判定。

(1)作輸入穩(wěn)定圓。

圓心:

半徑:

(2)作輸出穩(wěn)定圓。

圓心:

半徑:

(3)作器件在350MHz的噪聲系數圓。

圓心:

其中:

半徑:

當噪聲系數NF分別取:1.07 dB,1.2 dB,1.3 dB,1.4 dB,1.5 dB時,參數結果如表1所示。

如圖1所示,通過在Γ平面作輸入穩(wěn)定圓、輸出穩(wěn)定圓、1.2 dB,1.3 dB,1.4 dB,1.5 dB等噪聲系數圓、19 dB等增益圓發(fā)現在絕大部分情況下MGA-53543可以穩(wěn)定工作,完全可以滿足設計要求。

為了獲得最低噪聲系數,令

則有:

為了使則要求

此時,輸入駐波比

輸出駐波比 ,資用功率增益:

3.2.3 放大器匹配電路和PCB版圖設計

(1)輸入、輸出阻抗變換電路的設計。輸入匹配網絡的設計就是把ΓS所對應的歸一化阻抗變換到1,輸出匹配網絡的設計就是把ΓL所對應的歸一化阻抗變換到1。

(2)具體設計的輸入、輸出阻抗變換電路如圖2所示。

3.3 測試結果

對本文設計的兩級級聯低噪聲放大器電裝以后,用噪聲儀和網絡分析儀進行指標測試。

第11篇

關鍵詞:無線傳輸; 輪胎氣壓; 溫度監(jiān)測; 監(jiān)測系統(tǒng)

中圖分類號:TN911.734; U472 文獻標識碼:A 文章編號:1004373X(2012)09016103

基金項目:國家自然科學基金(51105124)資助;浙江省自然科學基金(Y1090199)資助0 引 言

輪胎是汽車上與路面接觸的惟一部件,行駛過程中通過輪胎花紋與地面間產生驅動力和制動力[1];充氣后的輪胎具有一定的剛度和硬度,可以用來承載整車質量[2];充氣輪胎又具有一定的彈性,可以緩和來自于車上質量和路面不平帶來的沖擊,提高車輛的平順性和乘坐舒適性。而輪胎的剛度、硬度及其他性能,除了與輪胎本身的材質和生產工藝有關外,在很大程度上還受到其工作狀態(tài)時的氣壓和溫度的影響。實踐證明,適當的氣壓和溫度可以有效地減少輪胎的磨損、提高輪胎的附著性能、改善汽車的行駛安全性。

1 輪胎氣壓和溫度對汽車使用的影響

當輪胎的氣壓過低時,汽車行駛時輪胎的彈性遲滯損失明顯變大,不僅會增加汽車的行駛阻力,還會使胎面過早地出現龜裂和老化現象;當汽車高速行駛時,又會由于輪胎內外摩擦使得輪胎溫度升高,進而輪胎氣壓上升[3],嚴重時可能會出現爆胎現象,導致交通事故,危機生命財產安全。據統(tǒng)計,約有30%的交通事故是由于輪胎氣壓和溫度不正常引起的,高速公路上這一比例更高。

實踐表明,當輪胎充氣壓力與額定值不一致、輪胎溫度超過90℃時,輪胎的磨損程度就會加劇,壽命將會大大縮短,如壓力低于額定值0.03 MPa,壽命縮短[4]25%;壓力高于額定值0.06 MPa,壽命縮短15%以上;輪胎溫度高于95℃且高速行駛時,就有可能導致爆胎發(fā)生[5]。因此,需要對輪胎的氣壓和溫度進行實時監(jiān)測。

2 輪胎氣壓和溫度監(jiān)測的意義

在行車過程中駕駛員很難依據感覺和經驗來判斷輪胎的氣壓和溫度,也不可能經常停車使用專用儀器來檢測,因此輪胎氣壓和溫度的監(jiān)測具有以下幾個方面的意義:

(1) 能夠實時監(jiān)測輪胎氣壓和溫度,可以及時發(fā)現輪胎氣壓和溫度狀況,便于駕駛員盡快調整汽車的行駛狀態(tài),使輪胎的氣壓和溫度能夠盡快恢復常態(tài),能夠有效防止爆胎和交通事故的發(fā)生,屬于“主動”型安全保護;

(2) 通過監(jiān)測可以使汽車輪胎盡可能多的處于標準氣壓下工作,從而延長輪胎使用壽命,并能在一定程度上降低油耗;

(3) 可以保證各個輪胎氣壓均勻,減少造成制動跑偏和側滑的發(fā)生,避免轉向系統(tǒng)和懸架系統(tǒng)等相關部件的磨損。

3 國外輪胎監(jiān)測系統(tǒng)的類型及優(yōu)缺點

國外的輪胎監(jiān)測系統(tǒng)的研制起步較早,配置的車型也較多,因輪胎溫度與氣壓存在一定的數值關系,所以國外輪胎監(jiān)測系統(tǒng)直接監(jiān)測的指標均為氣壓,歸納起來可將其分為直接式、間接式和混合式三種。

3.1 直接式系統(tǒng)

直接式系統(tǒng)是將壓力傳感器直接安裝到各個輪胎上,各壓力傳感器將監(jiān)測到的壓力值以電信號的形式通過無線發(fā)射器傳至中央處理模塊,經信號轉換后將壓力不正常的輪胎位置在駕駛室內的監(jiān)視裝置上顯示出來。直接式系統(tǒng)的優(yōu)點是能夠監(jiān)測出各輪胎的瞬時氣壓,且定位準確、顯示醒目,但結構較復雜,傳感器安裝不方便。

3.2 間接式系統(tǒng)

間接式系統(tǒng)相對于直接式系統(tǒng)結構簡單、成本較低。它不是直接監(jiān)測輪胎的氣壓,而是通過對輪胎其他參數(如輪胎的振動或輪胎的滾動半徑)的分析間接計算出輪胎的壓力[6]。如果計算出來的各輪胎壓力的差值超過報警閾值,監(jiān)視器將會報警顯示有輪胎氣壓不正常情況,具體是哪一個輪胎氣壓不正常,無法顯示;另外如果有兩個以上輪胎的氣壓同時下降時,系統(tǒng)也不能報警[7];另外受車速的影響較大,車速升高,間接式系統(tǒng)的監(jiān)測精度也會隨之下降。

3.3 混合式系統(tǒng)

混合式系統(tǒng)是直接式系統(tǒng)和間接式系統(tǒng)的綜合,同時兼顧了兩個系統(tǒng)的優(yōu)點。在四輪汽車上僅安裝兩個壓力傳感器,這樣便可以對多個輪胎同時出現壓力不正常的情況進行監(jiān)測,克服了間接式系統(tǒng)的缺點;由于結構上進行了簡化,其成本也較低;但是無法測出每個輪胎的實時氣壓。

4 國內輪胎監(jiān)測系統(tǒng)的應用及其特點

目前,對于輪胎監(jiān)測系統(tǒng)國家沒有相應的強制性規(guī)定要求必須安裝,許多車主也沒有意識到輪胎狀況監(jiān)測的重要性,安裝時又要產生一筆額外的費用,因此無論是私家車主還是運輸企業(yè)主,都不會去主動安裝此類系統(tǒng);而且系統(tǒng)安裝時需要在車內接線和固定,影響美觀等,這也在一定程度上影響了我國輪胎監(jiān)測系統(tǒng)的應用。

目前裝配了輪胎監(jiān)測系統(tǒng)的車型有:奧迪系列、寶馬系列、奔馳系列、雪鐵龍的CS、上海通用的別克、朗逸1.6 L品軒版、朗逸2.0 L品軒版、榮威550G1.8 T品仕版等,這些車型裝配的都是輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)。其特點是當汽車上的某一輪胎出現氣壓不正常現象時,位于駕駛室內的顯示裝置將會點亮一黃色報警燈,并顯示“LOWTIRE”或其他警示字樣,以提醒駕駛員采取相應的措施,從而確保行車安全。就目前國內這些車型所安裝的輪胎監(jiān)測系統(tǒng)的組成及其工作原理來看,主要存在以下不足之處:

(1) 沒有與車型綁定,需人工設定標準胎壓,而且需用的傳感器較多,系統(tǒng)結構復雜,安裝較繁瑣;

(2) 系統(tǒng)工作受車速的影響較大,當車速超過30 m/s時,所監(jiān)測氣壓值的誤差較大,無法在汽車高速行駛時起到安全報警的需要;

(3) 必須使用原廠輪胎,如果換用其他輪胎,系統(tǒng)無法消除由于輪胎不一致而造成的影響[8];

(4) 語音抗干擾能力較差,射頻效率不高,編碼糾錯性較差;

第12篇

關鍵詞:無線網絡;全程視頻監(jiān)控;信息

中圖分類號:TN941.2 文獻標識碼:A

1 基本概念

隨著全國城鎮(zhèn)化建設的加快,各地公路網規(guī)模不斷擴大,路網結構及交通形態(tài)發(fā)生了較大的變化。公路的發(fā)展日新月異,交通流量急速增長,現有的觀測設施已很難全面、準確、客觀的真實反映沿線公路的交通流量水平、特征和變化規(guī)律。為了解決以上諸多問題,必須對現有公路現狀的各種交通流實現行之有效的監(jiān)控措施。于是,在現有公路基礎上加裝無線傳輸及全程視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)的概念應運而生。對關鍵路段實施交通實時控制,及時發(fā)現各種異常情況并采取應急措施,保證公路高速、安全、經濟地運營管理。全程視頻監(jiān)控系統(tǒng)是通過設在公路上的遙控攝像機采集的視頻圖像,然后通過無線網絡傳至監(jiān)控中心。設在監(jiān)控中心的監(jiān)控人員通過系統(tǒng)觀測公路視頻圖像,并實時公路信息。區(qū)別于傳統(tǒng)有線視頻監(jiān)控及數據信息系統(tǒng),本系統(tǒng)的最大特點是系統(tǒng)的無線性與實時性。使整個系統(tǒng)具有施工簡單,監(jiān)控位置、信息地點的選擇相對靈活的特點。在圖像的覆蓋范圍內,能夠及時觀測到公路上實時發(fā)生的各種交通事件,包括車輛事故、車輛停駛、交通擁堵、行人、車輛逆行等,并且系統(tǒng)能夠實時地快速進行圖像切換及錄像,為公路的交通安全管理和公路運營提供極大的幫助。

系統(tǒng)的輸入是反映公路上車輛運行情況的交通參數和交通狀況,這些信息經監(jiān)控系統(tǒng)分析、處理、判斷后,可發(fā)生指令,控制公路情報板,變更其顯示內容,實施對交通流的調節(jié)和控制,其性能的優(yōu)劣,在一定程度上取決于車輛駕駛員能否協(xié)調配合工作,接受系統(tǒng)的調度和指揮。

2 系統(tǒng)構成

無線傳輸及全程視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)一般由視頻信息采集系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、無線傳輸系統(tǒng)及監(jiān)控中心四部分組成。

2.1 視頻信息采集系統(tǒng)

結合公路實際情況,在公路沿線一側或中央隔離帶每1.5公里范圍內布置一臺攝像機,外場攝像機包括基礎、12米高立柱,以保證遙控攝像機監(jiān)控角度與范圍符合全線視頻監(jiān)控無盲點的標準。供電系統(tǒng)采用太陽能電池板供電方式,供電系統(tǒng)主要由太陽能電池板電池組件、太陽能電池板控制器、蓄電池組等構成。電池板安裝在攝像機立柱5米以上的位置,蓄電池可安裝在地面或埋在地下用水泥封固。該系統(tǒng)將太陽能電池板轉換成電能向蓄電池充電,蓄電池的直流輸出經過逆變器逆變后,向監(jiān)控攝像機設備供電。太陽能電池板設備原則上設置在路側,如遇路側綠化樹木高度影響太陽能電池板板的安裝,則將其安裝在中央隔離帶。

2.3 無線傳輸系統(tǒng)

系統(tǒng)采用無線通道傳輸,外場攝像機直接與無線傳輸服務器相連,無線服務器可以實現視頻圖像的編解碼及IP路由器功能,根據無線傳輸網絡的帶寬及傳輸特性,建議每個監(jiān)控點安裝多卡信息化建設集成服務器,圖像經無線傳輸服務器編解壓縮后成為適合無線網絡的MPEG4圖像格式,編碼壓縮處理后的監(jiān)控信息通過無線網絡匯集到監(jiān)控管理中心。

2.4 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心能看到各監(jiān)控點的實時狀況,監(jiān)控人員可通過監(jiān)控中心局域網或Internet遠程實時瀏覽視頻圖像、遙控攝像機。所有圖像接入存儲服務器及磁盤陣列進行圖像存儲及查詢。監(jiān)控中心的管理人員可通過全程視頻監(jiān)控系統(tǒng)實時了解公路沿線全部的公路條件和交通運行狀況以及交通異常事件現場的真實情況。通過視頻監(jiān)控了解到路段的所有運行細節(jié),實現對公路異常事件的性質的準確判斷,并根據不同的運行狀態(tài)按照各種運行預案做出正確的事件控制決策,采取適當的交通控制措施,利用設置于公路沿線的可變情報板向過往司乘人員提供及時的路況信息和繞行信息,實現最大限度地保障行車安全和交通暢通。

3 系統(tǒng)特點及系統(tǒng)局限性

傳統(tǒng)視頻監(jiān)控多采用有線傳輸及供電模式,需要鋪設專用光、電纜進行圖像數據傳輸及設備供配電,施工難度大,工期長,對路面破壞較大。無線視頻及數據綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)在供電方式上采用太陽能電池板供電;在傳輸方式上成功實現了圖像壓縮編碼標準H.264/MPEG4的算法,使得可利用無線公共移動通信網的傳輸動態(tài)實時圖像,既很好的解決了系統(tǒng)供電問題,又很好的解決了傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)對數據傳輸的限制。利用無線網絡視頻圖像,根據今后無線網絡建設情況,無線傳輸設備可平滑升級到3G網絡。無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)是利用現有無線上網技術進行視頻數據傳輸的新型系統(tǒng)。它采用了先進的視頻壓縮算法及流媒體視頻數據壓縮技術和無線傳輸網絡解決方案,整合了無線數據通信功能和數字視頻編碼功能的便捷式系統(tǒng)。它把攝像機圖像經過視頻壓縮編碼模塊壓縮,通過智能無線通信終端連接到無線傳輸網絡,實現視頻數據的交互、發(fā)送/接收、加解密、編解碼、鏈路的控制維護等功能。根據應用,把實時動態(tài)圖像傳到任何Internet網絡覆蓋的地方,可以通過Internet從系統(tǒng)終控端得到實時圖像信息,并通過Internet實時的信息。該系統(tǒng)整合了無線網絡和Internet網絡的優(yōu)勢,在空間和距離上產生突破性拓展。無線傳輸及全程視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)具有如下優(yōu)點:

(1)太陽能電池板供電節(jié)能、環(huán)保;(2)無纜式獨立供電,組件靈活、小巧,方便安裝與組網;(3)全低壓直流供電方式,能源利用效率高,安全性好;(4)設備維護費用少、施工對沿線綠化及路面破壞小,施工協(xié)調方便;(5)采用無線網絡,徹底無線化,解決了窄帶無線通道傳輸視頻數據流的問題。相對于有線傳輸及傳統(tǒng)供電方式本系統(tǒng)也具有一定的局限性:

a)采用太陽能電池板供電方式,天氣和安裝角度對設備有一定影響。

b)采用無線網絡方式,圖像清晰度及實時控制性受無線網絡環(huán)境影響。