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篇1

屏蔽門(Platformscreendoors,簡稱PSD)系統是現代化軌道交通工程的必備設施,它沿軌道交通站臺邊緣設置,將軌道區與站臺候車區隔離,具有節能、環保和安全等功能。安裝屏蔽門系統后,不僅可以防止乘客跌落軌道而發生危險,確保乘客安全,減少人為引起的停車延誤,提高列車準點率,而且可以減少站臺區與軌道區之間冷熱氣流的交換,從而降低環控系統的運營能耗,節約運營成本。

信號系統與屏蔽門系統相結合是屏蔽門系統工程的重要環節。此外,要更好地確保乘客的安全以及奠定無人駕駛的技術基礎,就必須實現屏蔽門與列車車門的連動,并確保屏蔽門系統與信號系統的列車自動防護(ATP)之間建立聯鎖關系。根據世界各城市軌道交通工程的成功先例,屏蔽門普遍由信號系統進行控制。廣州于2004年10月開始對正在運營的地鐵1號線加裝屏蔽門系統。該項工程預計總投資金額為1.484億元人民幣,是目前我國最大的一項軌道交通屏蔽門系統工程。本文主要對廣州地鐵2號線及1號線加裝屏蔽門系統工程中的西門子信號系統與屏蔽門系統的接口進行分析。

1屏蔽門系統所需信號系統的條件及功能

(1)信號系統與屏蔽門系統的接口僅考慮線路上的列車的正向運行,但要滿足屏蔽門對停車精度的要求。只有停車精度要求被滿足,信號系統才允許自動或人工向列車和站臺屏蔽門系統發送開門命令。目前,用于廣州地鐵2號線的LZB700M型中,ATP和ATO(列車自動運行)系統是由德國西門子公司提供的,其列車定點停車的精度ATO系統為±0.3m,成功率99.99%,ATP系統為±0.5m,已滿足屏蔽門對停車精度的要求。廣州地鐵1號線同樣采用LZB700M型ATP、ATO,目前列車停車的精度ATO系統為±0.5m,成功率99.5%,ATP系統為±1m。由此可見,要安裝屏蔽門首先必須改善列車的停車狀況,停車精度至少要達到ATO系統為±0.4m,成功率99.5%,ATP系統為±0.5m的要求;并要保證在列車停車精度為±400mm情況下,列車乘客門凈開度≥1200mm(屏蔽門門開寬度為2000mm)。

(2)只有屏蔽門關閉的情況下列車才能運行。ATP軌旁單元通過故障安全型繼電器輸入接點接收當前屏蔽門的狀態(PSD開門或PSD關門)。如果屏蔽門是開門狀態,ATP軌旁單元會設置一個安全停車點,不讓任何列車駛入相應的車站站臺。

(3)PSD的狀態通過ATP報文傳輸給列車。當列車接近運營停車點,且屏蔽門的狀態由“PSD關閉”變化為“PSD開門”時,ATP軌旁單元會產生緊急制動讓列車停車。

(4)確保當列車停在停車窗位置范圍內時才連通列車到軌旁的通信通道。當列車在站臺范圍內移動時,ATP通過不激活“PTI(positivetrainidentification,有車標志)釋放”切斷PTI通道。如果列車停到指定的ATP停車窗位置時,則通過ATP激活“PTI釋放”讓PTI通道連通。當列車車門打開時,這些報文會通過PTI通道傳輸到軌旁單元,屏蔽門會隨之而打開。

(5)屏蔽門控制系統向信號系統提供全部門“關閉及鎖定”和“互鎖解除”信息,接口采用安全型干接點雙斷硬線連接,接口分界點在屏蔽門控制設備外的線端子排。

(6)列車在ATP停車窗范圍內停穩后,ATP車載單元會發出打開列車車門的信號。當列車車門打開,ATP車載單元一個持續的故障安全輸出則會切斷列車的牽引系統。這是為了防止列車在車門開啟的情況下人為地啟動列車。

(7)PTIMUX(PTItracksideunit)根據接收來的2個不同的PSD編碼(對應PSD開門的編碼)驅動2個繼電器輸出,它們是表示“PSD開門”命令的接口。為了產生一個持續的控制信號,ATO需不斷發送“PSD開門”命令,直到屏蔽門被請求關閉為止。

(8)如果列車車門關閉(人工或自動),屏蔽門也隨之關閉,這些報文會通過PTI通道傳輸到軌旁單元。目前廣州1、2號線列車只有人工關閉車門功能。

(9)ATP車載單元在關閉車門的同時,輸出關閉屏蔽門命令。只有收到列車車門關閉好,且通過ATP報文接收到屏蔽門的“關閉及鎖定狀態”信息后,列車牽引系統才被釋放,ATP才允許啟動列車。

(10)開左門或開右門應與站臺的位置和列車運行方向相符合。如在換乘站(如公園前站),屏蔽門的開關要根據有利于乘客導向的原則來進行設計:先開下客側的屏蔽門,后開上客側的屏蔽門。

(11)屏蔽門系統發生故障,或屏蔽門實際已關閉但因故不能有效地把“關閉及鎖定狀態”信號傳送給ATP系統時,司機只有按“PSD互鎖解除”按鈕,屏蔽門系統才能給ATP系統送出“互鎖解除”的信號,用以切斷屏蔽門系統和信號系統間的聯鎖關系,ATP才允許啟動列車。且司機必須在每次發車前都按下“PSD互鎖解除”按鈕,直到故障修復為止。

(12)屏蔽門系統應為每側站臺提供一組接口與信號系統連接,因此,島式站臺和側式站臺有兩組接口,一島兩側式站臺有四組接口(如公園前站)。

(13)由于廣州地鐵1、2號線的列車編組方式相同,在信號系統中沒有考慮采用不同的列車編組來開啟對應的屏蔽門。

2信號系統與屏蔽門系統的接口控制

2.1接口信號描述

信號系統與屏蔽門控制系統之間使用信號控制電纜連接,使用繼電、雙斷、安全型干接點等方式的接口電路。兩系統接口信號的描述見表1。

2.2ATP子系統對PSD打開狀態時的保護聯鎖設計

屏蔽門的狀態通過ATP報文傳輸給列車。ATP子系統在屏蔽門不同的打開情況下監督列車的移動,并最終控制列車導向安全。其出現的情況有圖1中給出的5種。

圖1中:情況1和2若PSD打開,軌旁ATP會生成一個安全停車點讓列車不能進入相應車站的站臺。在情況1中,當列車制動距離小于列車與安全停車點的接近距離時,列車實施正常制動讓列車在停車點前停車。而在情況2中,當列車制動距離大于列車與安全停車點的接近距離時,列車則要被實施緊急制動。在情況3中,列車在站臺區域移動,同時收到“PSD關閉”改變為“PSD開門”的信息時,車載ATP單元會產生一個緊急制動。同樣,在情況4中,車載ATP單元也會產生一個緊急制動,這是因為列車尾部還在站臺區域內。在情況5中,列車已出清站臺區域時PSD打開,這時列車不會產生緊急制動。通過上述的5種情況,確保在PSD打開的情況下禁止列車在站臺區段移動,防止危及乘客的安全。

2.3接口硬線連接的安全設計

簡單的故障會導致屏蔽門錯誤地開、關門,這是必須要防止的。現說明接口故障的安全設計。

2.3.1PTIMUX和PSD控制器之間的繼電器盒

PTIMUX和PSD控制器之間采用繼電器進行隔離,防止電氣干擾影響信號系統。同時為提高安全性,接口電路采用4線雙切線路。一個正常的PSD命令是由4個PTIMUX輸出繼電器組合確定的,可以避免“PSD開門”和“PSD關門”兩個信號同時出現的錯誤。這些繼電器會安裝在PTIMUX上,通過復合的接點關系防止“PSD開門”和“PSD關門”命令的錯誤輸出。其原理見圖2。繼電器盒的繼電器輸出狀態與邏輯結果見表2。

通過其繼電器控制電路邏輯結果分析,16種繼電器可能的動作組合中,只有2種組合會產生正確的輸出(PSD開門和PSD關門)。這樣的設計也是為了防止繼電器失誤而產生錯誤的輸出命令。

2.3.2報文容錯

車載ATO通過PTI信標到PTI-MUX的整個傳輸通道的報文都有CRC(循環冗余碼校驗)進行校驗。另外,列車停在停車窗位置范圍時,整個PTI傳輸通道才連通,以確保其它情況下沒有任何的報文接收,影響到PSD的功能。

2.4兩側都有屏蔽門的設計

該情況是列車可以打開左側、右側或者同時都要打開兩側車門的情況。

這里使用了6個繼電器,其功能分別是:允許開門,允許關門,兩側門都開,開左門,開右門,關閉所有門。通過這6個繼電器的接點組合控制PSD的命令輸出:①開右側屏蔽門,允許開門和開右門的繼電器吸起;②開左側屏蔽門,允許開門和開左門的繼電器吸起;③開兩側屏蔽門,允許開門和兩側門都開的繼電器吸起;④關閉屏蔽門,允許關門和關閉所有門的繼電器吸起。繼電器的輸出狀態和邏輯結果見表3。

如表3所述,只有上述的情況會產生命令輸出,其它的組合是無效的。通過其繼電器的互鎖關系,確保不會因繼電器錯誤動作產生有效的屏蔽門控制命令。如在公園前站這個需要兩側開門的換乘站,在設計上要考慮屏蔽門對乘客的導向作用,兩側屏蔽門要先開下客門再開上客門,而關門時要先關下客門再關上客門。這就需要在車載軟件中設置兩側車門的開關延時時間。同樣兩側屏蔽門開關的時間也應作對應的設置。

2.5車門與屏蔽門的同步

屏蔽門和列車車門的開門時間,會在小于1s內同步啟動。屏蔽門和列車門關閉的時間應大致相同。同步要求的延誤,主要是因為啟動指令要從信號系統的車載設備傳送到信號系統的地面設備,傳送過程中會產生延誤。關門同步實現起來比較容易。列車車門及屏蔽門收到關門命令也不是立即關閉的,而是都有一個延時時間。根據實際情況各自確定一個關門的延時時間即可。

3結語

屏蔽門系統與信號系統的結合提高了屏蔽門的自動性和安全性,在保證列車和乘客安全,實現快速、高密度、有序運行等功能的同時,為乘客提供了一個舒適安全的乘車環境。通過了解信號系統與屏蔽門系統之間的控制與監督,就能更深入了解屏蔽門系統的運作過程。

參考文獻

篇2

隨著集成電路的運算速度更快，集成度更高，就有可能耐復雜目益增加均一些多維數字信號處理。所它在最近才開始出現的一個新領域。盡管如此，多維信號處埋仍然對以下一些間提了解決的辦法，這些問題是：計算機輔動斷層成術(CAT)，即綜合來自不同方向的X射線的投影，以重建人體某一部分的三維圖，源聲納陣列的設計及通過人造衛星地球資源。多維數字信號處理除具有許多引人注目和淺顯易行的應用之外，它還具有堅賣的數學基礎.，這不僅使我們能了解它的實現情況，而且當新問題出現時，也當及時解決。

典型的信號處理任務就是把信息從一種信號傳遞到另一種信號上，例如，可將一張照片加以掃描、抽樣，并將共存儲在計算機的存儲器中。在這種情況下，信息是從可變的銀粒密度轉換戌可見光束，再變成電的波形，最后變戍數字的序列，隨后該數字序列用。磁盤上磁疇的排列來表示CAT掃描器是一個比較復雜，經過處理，最后顯赤射線管(CRT)的熒光屏上或膠片上。數字處理能增加信息，但可以重新排列信息，使觀察者能更方便地理解它.觀察者不必觀看多個不同測面的投影而可直接觀察截面圖。

人們感興趣的是信號所包含的信息，而不管信號本身是什么形式。也許可以概括地說，信號處理涉及兩個基本任務一一信息的重新排列和信息的壓縮。

數字信號處理涉及到用數的序列表示的信號的處理，而多維數字信號處理則涉罰用多維陣列表示的信號的處理，例如對同時從幾個傳感器所接收的抽樣圖像和抽樣的時間波形的處理。由于信號是因而它可以用數字硬件處理，同時可以將信號處理的運算規定為算法。促使人們采用數字方法的是不言而喻的。數字方法既有效靈活。我們可以用數字系統使其有自適應性并易于重新組合。可以很方便地把數字算法由一個廠商的設備上轉換到另一個廠商的設備上去，或者把專用數字硬件來實現。同樣，數字算法也可用來處理作為時間函數或空間信號，數字算法自然地和邏輯算符如模式分類相聯系。數字信號能夠長時間無差錯地存儲。對很多種應用而言，數字方法Ⅸ其它方法更為簡單，對另外一些應用，則可能根本不存在其他方法。多維信號處理是不同于一維信號處理，想在多維序列上實現的多運算，例如抽樣、濾波和交換等，用于一維序列，然而，嚴格芯說，我們不得不說多終信號處理與一維信弓有很大差別的。

信號處理與一維信號處理還是有很大差別的，這是由三個因素造成的;(l)二維通常比一維問題包含的數據量大得多;(2)處理多維系統在數些上不如處理一維系統那樣完備；(3)多維信號處理有更多的自由度，這給系統設計音以一維情況中無法比擬的靈活性。雖然所有遞歸數字濾波器都是用差分方程實現的，一維情況下差分方程是全有序的，而在多維情況下差分方程僅是部分有序的，岡而就存在著靈活性，在一維情況小，離散傳里旰變換CDET)可以用快速傅里葉變換CEPT)算法來計算，而在多維情況下，有多且每一個OFT又可用多種AFT算法來計算。在一維情況下，我們可以調整速率。而且也可以調整抽排列。從另一方面來說，多維多項式不能進行因式分解，而一維多項式是可以進行因式分解的。因而在多維情況下，我們不能論及孤立的極，氣、孤立的零點及孤立的根。所以，多維信號處理與一維信號處理有相當大的差別。在20世紀60年代初期，用數字系統來模仿模擬系統的想法，使得一維數字信號處毫的各種方法得到了發展。這樣，仿照模擬系統理論，創立了許多離散系統理論.隨后，當數字系統可以很好地模仿模擬系統時，人們認識到數字系統同時也可以完成更多的功能。由丁這種認識及數字硬件工藝的有力推動，數字信號處理得到了發展，而且現今很多通用的方法，已成為數字方法所特有的，沒有與其等效的模擬方法，在發展多維數字信號處理時，可觀察到同一發展趨向。因為沒有連續時間的(或模擬的)二維系統理論可以仿效，因而最初的二維系統是以一維系統為基礎的，80年代后期，多數二維信號處理都是用可分的二維系統。可分的二維系統與用于二維數據的一維系統幾乎沒有差別。隨后，發展了獨特的多維算法，該算法相當于一維算法的邏輯推理。這是一段失敗的時期，由干許多二維應用要求數據量很大，且iT缺少二淮多項式太分解理論，很多一維方法不能很好地推廣到二維上來。我們現在正處于認識的萌芽時代。計算機工業以其部件的小型化和價格日趨低廉而有助于我們解決數據量問題。盡管我們總是受限于數學問題，但仍然認識到，多維系統也給了我們新的自由度。以上這些，使得該領域既富于挑戰性又無窮樂趣，電子信息技術的結合之軟件結臺，傳統產業中可用電產信息技術的地方，仍然可以在生產或很低的條件下使用人力或傳統機械。電予信息技術應到限制，在不同領域和不同水平有各種原因，但爛有一個共大原因是缺乏認識。沒有認識，便沒有應層。

事實上，在一維和二維信號處理理論之間有實質性的差別，而在二維和更高維之間，除了計算上的復雜世方耐差異之外，似乎差別較小。

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篇3

引言

由于數字化信息處理和集成電路的不斷進步，各種語音合成芯片應用也不斷擴大。其中有大部分都是采用PC機或微控制器的方法，這種方法的控制手段不但需要硬件的支持，同時也需要對軟件系統和各種指令進行嚴肅處理。伴隨著目前社會技術的不斷發展，語音信息采集與處理措施要求不斷增加，在處理之中，是通過將模擬語音信號通過相應軟件和系統轉變形成數字信號，再由單片機控制儲存在存儲器中，形成一套系統的工作流程。

一、信號發生器概述

1.1　信號發生器的發展

信號發生器廣泛應用于各科學實驗領域。它是一種常用的信號源，是現今各種電子電路實驗設計應用中必不可少的儀器設備之一。六十年代以來，信號發生器有了迅速的發展，出現了函數發生器、掃頻信號發生器、合成信號發生器、程控信號發生器等新種類。各類信號發生器的主要性能指標也都有了大幅度的提高，同時在簡化機械結構、小型化、多功能等各方面也有了顯著的進展。

1.2單片機原理

單片機是一種集成在電路芯片，具有數據處理能力的中央處理器CPU　隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O　口和中斷系統、定時器/計時器等功能集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統。單片機具有集成度高、系統結構簡單、使用方便、實現模塊化等特點，應用于儀器儀表、家用電器、醫用設備等領域。

二、硬件電路設計與分析

2.1　工作原理

當按鍵按下時，通過程序判斷哪個鍵按下，選好按鍵后，利用D/A轉換器將數字信號轉換成模擬信號，再經過濾波放大，由示波器顯示出所需的波形，此時LED顯示器也會顯示其各自的類型以及頻率。復位電路則是用于單片機的復位，使單片機接口初始化。

2.2　實現功能

（1）所使用的8位LED顯示器，采用共陰極接法，輸入段選碼低電平有效，顯示輸出信號的類型和頻率。

（2）通過P1.0和P1.1口控制信號的輸入類型。當P1.0=0，P1.1=0輸出正弦波；當P1.0=0，P1.1=1　輸出三角波；當P1.0=1，P1.1=0輸出鋸齒波。

（3）輸出信號幅度：0～5V。

（4）信號頻率范圍要求：1—1KHZ。

2.3.硬件電路設計與分析

好的硬件電路既能簡化繁瑣的程序，又能提高實驗的成功率，是設計實驗不可或缺的重要部分，必須高度重視。

2.3.1主控電路

本電路主要采用AT89C52型單片機，它具有如下特點：（1）有可供用戶使用的大量I/O口線。（2）內部存儲器容量有限。（3）應用系統開發具有特殊性。用89C52單片機構成最小應用系統時，只要將單片機接上時鐘電路和復位電路即可。其中，在設計時鐘電路時，采用12MHZ和晶振分別接引腳XTAL1　和XTAL2，電容C1，C2　均選擇為30pF。由于頻率較大時，三角波、正弦波、方波等波中每一點延時時間為幾微秒，故延時時間還要加上指令時間即可得到指定頻率的波形。在設計復位電路時，復位引腳RST通過一個斯密特觸發器與復位電路相連，作用是用來抑制噪聲。在每個機器周期的S5P2，其輸出電平由復位電路采用一次，然后才能得到內部復位操作所需要的信號。

2.3.2鍵盤接口電路

本設計采用一般的鍵盤接口，鍵盤輸出信號。具體為：P1.0、P1.1波形選擇，其中當P1.0=0，P1.1=0　輸出正弦波，當P1.0=0，P1.1=1　輸出三角波，當P1.0=1，P1.1=0輸出鋸齒波；當P1.0=1，P1.1=1　輸出方波。P1.2、P1.3、P1.4　頻率由個位，十位，百位調節；P1.5頻率加減控制；P1.6跳出循環。

2.3.3　DAC0832芯片與單片機硬件接口設計

由于用示波器顯示波形，所以需要一個數/模轉換器，將單片機輸出的數字量轉換成模擬量。此設計采用DAC0832轉換器。由于此芯片是電流輸出，為了變成電壓輸出，我們在其后加上一個運算放大器OP07。

2.3.4　LED顯示電路

設計采用LED共陰極數碼管顯示電路。當某個驅動電路輸出端為低電平時，相應的那位點亮，從而顯示出波形的種類和信號的頻率，在按鍵時顯示出相關信息。添加74LHC573鎖存器是為了增加顯示的準確性。

三、語音信息系統主要芯片介紹

單片機作為一種集成電路芯片，是通過采用各種超大規模的集成電路技術將具有各種數據處理和函數計算能力的中央處理器、隨機處理器以及定時器等終端系統和功能集成到一個完整的硅片之中形成一個完善而又系統化的微型計算機系統措施，這種電路芯片在目前被廣泛的應用在各種工業生產和控制領域之中。伴隨著社會的進步，單片機呈現出其頑強的生命力，以高速發展的優勢迅速的應用在各個信息處理之中。

3.1　ISD4OO4芯片介紹

ISD4OO4語音芯片采用C14OS技術，通過在內部裝置韓警惕的振蕩器和防混疊過濾器等方式來擴大存儲器容量，增加計算效率和準確度，因此只需要很少的器件就可以在其中構成一套完整的聲音錄入系統和回放體系，這在系統設計中不但能夠節約設計消耗時間，同時能夠避免設計中其他元件的增多。

在目前ISD公司的單片機構成中主要是通過信號輸入系統、信號輸出部分、存儲系統、采樣時鐘部分和SPI部分六部分構成。其在構成中信號輸入部分—音頻信號放大器和五極點抗混疊濾波器：而信號輸出部分在控制的過程中是通過平滑過濾器和自動靜噪處理器來實現的。存儲部—非易失性多電平模擬存儲陣列；采樣時鐘部分一內部時鐘振蕩器和調節器：SPI—錄、放、快進等操作的SPI接口；電源接口部分。

3.2　AT89C52芯片介紹

AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS　8位單片機，片內含8k　bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256　bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C52單片機在電子行業中有著廣泛的應用。芯片內含有8KB快閃可編程/擦除只讀存儲器的8位CMOS微控制器，使用高密度、非易失存儲技術制造，并且與8OC31引腳和指令系統完全兼容。芯片上的FPEROM允許在線編程或采用通用的非易失存儲編程器對程序存儲器重復編程。

四、語音信息系統設計方案

ISD器件在錄音存儲操作之前，要對信號作調整。首先將輸入信號放大到存儲電路動態范圍要求的最佳電平，這主要由內部放大器來完成。放大后的信號進入五級抗混疊濾波器進行調整。模擬信號的存儲采用采樣技術，利用抗混疊濾波器可以去掉采樣頻率I/2以上的輸入頻率分量，使所有采樣數據都滿足奈奎斯特定理，濾波器是一個連接時間五極點的低通濾波器。錄音時，輸入信號通過模擬收發器寫入模擬多電平存儲陣列中。將采樣信號經過電平移位生成非易失性寫入過程所需要的電壓。采樣時鐘同時用于存儲陣列的地址譯碼，以便將采樣信號順序地寫入存儲陣列中。放音時，錄入的模擬電壓在同一采樣時鐘的控制下順序地從存儲陣列中讀出，重構原來的采樣波形，輸出通路上的平滑濾波器去掉采樣頻率分量，并恢復原始波形，ISD器件的采樣頻率通過內部溫度補償的基準振蕩器來控制，這個振蕩器不需要外接元件，采樣頻率取自內部振蕩電路之后的一組分頻器。平滑濾波后的信號經過自動靜噪處理傳送入放大器作為輸出音頻功放的輸入信號，推動揚聲器。

4.1語音輸出電路

LW386是一種集成音頻功放，同時其中具有著自身功能消耗低，電壓的增長穩定，對電源電壓的控制范圍較為合理，單片機在應用的時候失真效率和要求較低。盡管LM386的應用非常簡單，但稍不注意，特別是器件上電、斷電瞬間，甚至工作穩定后，一些操作（如插拔音頻插頭、旋音量調節鈕）都會帶來的瞬態沖擊，在輸出喇叭上會產生噪聲。

4.2錄音電路

ISD器件采用錄音時間為8分鐘的ISD4OO4-8器件，以單片機AT89C52為微控制器，外接語音段錄放控制鍵盤和LED顯示器，外部存儲器24CO2用于保存各語音段首地址及總語音段數，為了改善語音量，要提高輸入端信噪比，因此在ISD語音輸入端采用放大電路單端輸入。

4.3放音電路

此系統分為三部分：單片機的控制部分、放音部分和顯示部分。本文的控制部分主要由單片機89C52構成，包含必要的按鍵電路、復位電路和看門狗電路等電路，放音部分主要由ISD4OO4構成。

4.4程序工作順序

程序工作思想電路上電后，程序首先完成程序的初始化，隨后查詢按鍵狀態，進入系統待機狀態。如果有按鍵按下，則轉去執行按鍵指向的工作程序。按鍵包括放音鍵，程序將首先判斷是去還是回，并點亮相應的指示燈。自動讀出第一段的放音內容。如果不是首次按下，程序則首先判斷當前位置，并以該位置為依據獲得存放該站放音內容的首地址。調用放音子程序，讀入前面獲得的本次放音內容首地址，開始放音。

五、結束語

本文信號發生器只是一種可能實現的方法。此法的頻率控制和幅度控制分辨率高，且硬件集成度高，整機自動化程度高，性能優良，具有很高的實用價值。

在傳統的語音錄放過程中，語音信號要經過設備豹接受后再轉化為模擬電信號，遙過前置放大器把語音信號放大，通過帶通濾波之后。去掉多余的干擾，再經過A/D轉換為數字信號，控制器對其進行處理和存儲。之后再由D/A轉換為模擬信號，達到放音的目的。使用這種方法既復雜又容易使聲音失真。所以，本文介紹了一種單片語音處理芯片ISD4OO4。通過對ISD4OO4語音芯片的簡單介紹，熟悉了ISD4OO4的基本應用。通過對基于單片機控制系統的設計實現了語音的錄入和播放。并闡述了系統工作各部件的性能特性，基于微處理系統的設計實現了錄音和放音。此系統設計靈活，成本低，語音器件抗干擾性強，應用效果良好。

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篇4

姓 名：

學 號：

報告日期：

論文(設計)題目：

智能天線技術的基本原理及其music算法

指導教師：

論文(設計)起止時間：

一、論文(設計)研究背景與意義

智能天線是3g的一項關鍵技術，作為當今三大主流標準之一的td-scdma(time division-synchronous code division multiple access)是由中國自主提出使用的tdd方式的(時分雙工方式)的第三代移動通信系統標準。td-—scdma的核心技術之一就是智能天線技術。在td-—scdma系統中使用智能天線技術，基站可以利用上行信號信息對下行信號進行波束成形，從而降低對其他移動臺的干擾，同時提高接收靈敏度，增加覆蓋距離和范圍，改善整個通信系統的性能。

智能天線是一種多天線系統，它按照某種算法來對準期望信號，使得期望信號得到最大增益，而干擾信號被壓制。　智能天線系統的核心在于數字信號處理部分，它根據一定的準則，使天線陣產生定向波束指向移動用戶，并自動調整權系數以實現所需的空間濾波。智能天線需要解決以下兩個關鍵問題：辨識信號到達方向doa(directions of arrinal)和數字波束賦形的實現。在對信號doa估計的算法中，作為超分辨空間譜估計技術的music(multiple signal classification)算法是最經典的算法之一。

本文針對3g的需求背景，研究智能天線技術及doa估計算法。隨著移動通信用戶數迅速增長和人們對通話質量要求的不斷提高，要求移動通信網在大容量下仍具有較高的話音質量。經研究發現，智能天線可將無線電的信號導向具體的方向，產生空間定向波束，使天線主波束對準用戶信號到達方向doa(directions of arrinal)，旁瓣或零陷對準干擾信號到達方向，達到充分高效利用移動用戶信號并刪除或抑制干擾信號的目的。同時，利用各個移動用戶間信號空間特征的差異，通過陣列天線技術在同一信道上接收和發射多個移動用戶信號而不發生相互干擾，使無線電頻譜的利用和信號的傳輸更為有效。在不增加系統復雜度的情況下，使用智能天線可滿足服務質量和網絡擴容的需要。

其實就是一種多天線系統，它按照某種算法來對準期望信號，使得期望信號得到最大增益，而干擾信號被壓制。因此需要知道期望信號到來的方向，即doa。music算法是經典的用來估計波達方向的算法。

二、論文(設計)的主要內容

智能天線是一種安裝在基站現場的雙向天線，通過一組帶有可編程電子相位關系的固定天線單元獲取方向性，并可以同時獲取基站和移動臺之間各個鏈路的方向特性。智能天線的原理是將無線電的信號導向具體的方向，產生空間定向波束，使天線主波束對準用戶信號到達方向doa(direction of arrinal)，旁瓣或零陷對準干擾信號到達方向，達到充分高效利用移動用戶信號并刪除或抑制干擾信號的目的。

波達方向(doa,direction of arrival)估計是智能天線研究的一個重要方面,無論是上行多用戶信號的分離,還是下行選擇性發射,對用戶信號doa的測定,都成為智能天線實現指向性發射的必要前提。在對信號doa估計的算法中,作為超分辨空間譜估計技術的music(multiple signal classification)算法是最經典的算法之一。本文主要介紹智能天線技術的基本原理，發展歷程，技術分類，及智能天線對系統的改進和主要用途。寫出均勻線陣的統計模型，研究music算法的基本原理，用matlab仿真實本課題的主要研究內容如下：

(1)介紹智能天線技術的發展歷程、研究現狀和技術分類;

(2)在均勻線陣的統計模型下研究智能天線技術的基本原理;

(3)重點研究music算法的基本原理，并用matlab仿真軟件實現;

(4)分析music算法的估計精度，得出全文結論。

三、論文(設計)的工作方案及進度安排

第一階段(XX年9月7日-XX年10月11日)查閱有關智能天線技術，music算法和matlab仿真等方面的資料，關注國內、外當前的先進技術和發展前景，積累知識。

第二階段(10月12日-11月8日)對智能天線的工作原理進行詳盡地分析，給出均勻線陣的統計模型，研究music算法的基本原理，學習用matlab實現仿真

第三階段(11月9日-11月22日)用matlab編寫程序，程序調試

第四階段(11月23日-12月20日)整理資料，結合設計經歷撰寫論文，備戰論文答辯。

四、參考文獻

1) 刁鳴，熊良芳，司錫才，超分辨測向天線陣性能的計算機仿真研究，電子學報，XX no.5

2) 何子述，黃振興，向敬成，修正music算法對相關信號源的doa估計性能，通信學報，XX no.10

3) 張賢達，保錚，通信信號處理，國防工業出版社，XX

4) 劉德樹，羅景青，張劍云，空間譜估計及其應用，中國科學技術大學出版社，1997

5) 李旭健，孫緒寶，修正music算法在智能天線中的應用，山東科技大學，266510

6) 陳存柱，淺析自適應智能天線技術的應用，北京師范大學，100875

7) [美]s.m. 凱依 著，黃建國等 譯，現代譜估計原理與應用，科學出版社，1994

8)徐明遠， matlab仿真在通信與電子工程中的應用 XX

五、指導教師意見

指導教師簽字：

年 月 日

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論文摘要：擴頻通信是現代通信系統中新的通信方式，它具有較強的抗干擾、抗衰落和抗多徑性能，頻譜利用率高。本文介紹了擴頻通信的工作原理、特點、及其發展應用。

一、擴頻通信的工作原理

在發端輸人的信息先調制形成數字信號，然后由擴頻碼發生器產生的擴頻碼序列去調制數字信號以展寬信號的頻譜，展寬后的信號再調制到射頻發送出去。在接收端收到的寬帶射頻信號，變頻至中頻，然后由本地產生的與發端相同的擴頻碼序列去相關解擴，再經信息解調，恢復成原始信息輸出。可見，一般的擴頻通信系統都要進行3次調制和相應的解調。一次調制為信息調制，二次調制為擴頻調制，三次調制為射頻調制，以及相應的信息解調、解擴和射頻解調。與一般通信系統比較，多了擴頻調制和解擴部分。擴頻通信應具備如下特征：(1)數字傳輸方式；(2)傳輸信號的帶寬遠大于被傳信息帶寬；(3)帶寬的展寬，是利用與被傳信息無關的函數(擴頻函數)對被傳信息的信元重新進行調制實現的；(4)接收端用相同的擴頻函數進行相關解調(解擴)，求解出被傳信息的數據。用擴頻函數(也稱偽隨機碼)調制和對信號相關處理是擴頻通信有別于其他通信的兩大特點。

二、擴頻通信技術的特點

擴頻信號是不可預測的、偽隨機的寬帶信號，其帶寬遠大于要傳輸的數據(信息)帶寬，同時接收機中必須有與寬帶載波同步的副本。擴頻系統具有以下特點。

1．抗干擾性強

擴頻信號的不可預測性，使擴頻系統具有很強的抗干擾能力。干擾者很難通過觀察進行干擾，干擾起不了太大作用。擴頻通信系統在傳輸過程中擴展了信號帶寬，所以即使信噪比很低，甚至在有用信號功率低于干擾信號功率的情況下，仍能不受干擾、高質量地進行通信，擴展的頻譜越寬，其抗干擾性越強。

2.低截獲性

擴頻信號的功率均勻分布在很寬的頻帶上，傳輸信號的功率密度很低，偵察接收機很難監測到，因此擴頻通信系統截獲概率很低。

3.抗多路徑干擾性能好

多路徑干擾是電波傳播過程中因遇到各種非期望反射體(如電離層、高山、建筑物等)引起的反射或散射，在接收端的這些反射或散射信號與直達路徑信號相互干涉而造成的干擾。多路徑干擾會嚴重影響通信。擴頻通信系統中增加了擴頻調制和解擴過程，利用擴頻碼序列間的相關特性，在接收端解擴時，從多徑信號中分離出最強的有用信號，或將多徑信號中的相同碼序列信號疊加，這樣就可有效消除無線通信中因多徑干擾造成的信號衰落現象，使擴頻通信系統具有良好的抗多徑衰落特性。

4.保密性好

在一定的發射功率下，擴頻信號分布在很寬的頻帶內，無線信道中有用信號功率譜密度極低，這樣信號可以在強噪聲背景下，甚至在有用信號被噪聲淹沒的情況下進行可靠通信，使外界很難截獲傳送的信息，要想進一步檢測出信號的特征參數就更難了．所以擴頻系統可實現隱蔽通信。同時，對不同用戶使用不同碼，旁人無法竊聽通信，因而擴頻系統具有高保密性。

5.易于實現碼分多址

在通信系統中，可充分利用在擴頻調制中使用的擴頻碼序列之間良好的自相關特性和互相關特性，接收端利用相關檢測技術進行解擴，在分配給不同用戶不同碼型的情況下，系統可以區分不同用戶的信號，這樣同一頻帶上許多用戶可以同時通話而互不干擾。

三、擴頻技術的發展與應用

在過去由于技術的限制，人們一直在走增加信號功率，減少噪聲，提高信噪比的道路。即使到了70年代，偽碼技術已經出現，但作為相關器的“碼環”的鐘頻只能做到幾千赫茲也無助于事．近幾年，由于大規模集成電路的發展，幾十兆赫茲，甚至幾百兆赫茲的偽碼發生器及其相關部件都已成為現實，擴頻通信獲得極其迅速的發展．通信的發展史又到了一個轉折點，由用信噪比換帶寬的年代進入了用寬帶換信噪比的年代．從最佳通信系統的角度看擴頻通信．最佳通信系統一最佳發射機+最佳接收機．幾十年來，最佳接收理論已經很成熟，但最佳發射問題一直沒有很好解決，偽碼擴頻是一種最佳的信號形式和調制制度，構成了最佳發射機．因此，有了最佳通信系統一偽碼擴頻+相關接收這種認識，人們就不難預測擴頻通信的未來前景．從9O年代無線通信開始步人擴頻通信和自適應通信的年代．擴頻通信的熱浪已經波及短波、超微波、微波通信和衛星通信，碼分多址(CDMA)已開始廣泛用于未來的峰窩通信、無繩通信和個人通信以及各種無線本地環路，發揮越來越大的作用．接入網是由傳統的用戶線、用戶環路和用戶接入系統，逐步發展、演變和升級而形成的．現代電信網絡分為3部分：傳輸網、交換網和接入網．由于接入網發展較晚，往往成為電信發展的“瓶頸”，各國都很重視接入網的發展，因此各類接人技術和系統應運而生．由于ISM(IndustryScientificMedica1)頻段的開放性，經營者和用戶不需申請授權就可以自由地使用這些頻段，而無線擴頻技術所使用的頻段(2．400～2．483)正是全世界通用的ISM頻段，包括IEEE802.11協議架構的無線局域網也大部分選用此頻段．在無線接人系統中，擴頻微波與常規微波相比有著3個顯著的優點：抗干擾性強、頻點問題容易處理、價格比較便宜．而且，擴頻微波接入技術相對有線接入技術來說，有成本低、使用靈活、建設快捷的優勢，在接入網中起著不可替代的作用．

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新的移動通信實驗教學體系，將先修課學習、工業實習、理論課學習、實驗課開展、畢業論文等多個教學環節進行整合，形成從基礎理論仿真到專業實驗操作、工程技術實訓、創新實驗等一個開放的實驗教學體系。

通過通信類先修課程的學習，使學生準備好相關的基礎知識，同時也對移動通信在課程體系中的地位有明確的定位[14，15]。相應編程語言類課程的學習更為實驗仿真提供了良好的基礎。移動通信理論課程的講授為實驗課程的開設提供了直接的理論平臺。工業實習安排在移動通信實驗課開設前一學期開展，實習內容是到各通信運營商公司和設備廠家進行跟崗實習，涉及到的內容有：移動通信系統基站的建設與維護；交換與傳輸系統管理和維護；光纖傳輸設施維護；移動終端制造與維修；3G應用等多個方面。通過工業實習使學生對當前移動通信所涉及到具體問題有了充分的感性認識，這對之后實驗教學的開展，特別是移動網絡方面實訓的進行有很好的促進作用。移動通信實驗教學的開展涵蓋以下幾個方面：基礎理論仿真、專業實驗操作、工程技術實訓、創新實驗、畢業設計。基礎理論仿真是利用MATLAB軟件實現：QPSK調制及解調；MSK、GMSK調制及相干解調；QAM調制及解調；OFDM調制解調；m序列產生及特性分析；Gold序列產生及特性分析；數字鎖相環載波恢復；Rake接收機仿真實驗。例如，OFDM調制解調實驗，按照圖2OFDM仿真結構圖，利用MATLAB程序實現圖2中不同測試點處的信號波形。

工程技術實訓階段則是利用3G天線獲取實際信號，利用頻譜分析儀等儀器實現CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA信號的分析。同時實現基站放大器、塔頂放大器性能指標的測試。例如，圖4中給出利用頻譜分析儀所測得實際CDMA2000和WCDMA信號的頻譜特性。

創新實驗階段主要是針對有興趣參加各類設計競賽的學生開展，將全國及各省、校級電子設計大賽題目進行改造，從中選取與移動或無線通信有關，且具有創新性、前瞻性、實用性的方案，經過適當修改作為創新實驗階段的實驗案例。學生可以通過這樣的實驗案例了解各級大賽的要求及特點，教師則也可以在實驗教學過程中，選拔優秀學生參加各級大賽，進而提高學生的能力和水平。畢業設計階段主要是利用實驗室實驗條件，從學院承擔的科研項目中，將某些項目進行簡化、修改、重組，轉化成通信專業類論文題目，或從本專業最新的科技論文中選擇其中合適的內容進行改進，作為通信專業類綜合性畢業設計案例，從而將先進的科研成果打造為優質教學資源，實現基礎與前沿、經典與現代的結合。為通信類專業學生提供了廣闊的選擇空間和開放的培養環境。總之，移動通信實驗教學體系中基礎理論仿真、專業實驗操作和工程技術實訓是必修課程教學內容，是實驗教學的基礎與根本[16]。創新實驗、畢業設計則是移動通信實驗向之后教學、實踐環節的擴展與延伸。這樣由必修和擴展環節共同構建起移動通信實驗教學開放體系。

本文作者：馮敏羅清龍作者單位：聊城大學

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1.引言在蜂窩移動通信網中，切換是保證移動用戶在移動狀態下實現不間斷通信越區切換；切換也是為了在移動臺與網絡之間保持一個可以接受的通信質量，防止通信中斷，這是適應移動衰落信道特性的必不可少的措施。特別是由網絡發起的切換，其目的是為了平衡服務區內各小區的業務量，降低高用戶小區的呼損率的有力措施。切換可以優化無線資源（頻率、時隙、碼）的使用；還可以及時減小移動臺的功率消耗和對全局的干擾電平的限制。

2.越區切換的定義當移動臺從一個小區（指基站或者基站的覆蓋范圍）移動到另一個小區時，為了保持移動用戶的不中斷通信需要進行的信道切換稱為越區切換，

3.越區切換的分類從技術上分：當一次切換被觸發后，一個新的信道將被建立，通信將轉接到新的鏈路，同時，原來的信道被釋放。切換處理過程可以根據新鏈路的建立途徑(舊鏈路的釋放是發生在新鏈路的建立之前、之中或之后)來分類。硬切換：新的連接建立前，先中斷舊的連接；軟切換：指既維持舊的連接，又同時建立新的連接。

硬切換：硬切換的特點是移動臺在硬切換情況下，同一時刻只越區切換占用一個無線信道，它必須在一個指定時間內，先中斷與原基站的聯系，調諧到新的頻率上，再與新基站取得聯系，在切換過程中可能會發生通信短時中斷。硬切換主要是不同頻率的基站和扇區之間的切換。

軟切換：軟切換的特點是在軟切換過程中，兩條鏈路及相對應的兩個數據流在一個相對較長的時間內同時被激活，一直到進入新基站并測量到新基站的傳輸質量滿足指標要求后，才斷開與原基站的連接。軟切換是同一頻率下不同基站之間的切換。

從小區的性質上分：同一交換中心基站之間的越區切換；同一BSC之間的切換；不同BSC之間的切換；不同交換中心之間基站的越區切換；微小區與宏小區之間的切換；同基站內不同扇區的切換；不同運營商之間的切換。

4.三種體制下的越區切換WCDMA與CDMA2000均采用軟切換，TD-SCDMA采用接力切換。

WCDMA中的軟切換

它是采用移動臺發起的異步軟切換方式進行的導頻切換，基站需要確定在什么時間、什么位置為移動臺啟動軟切換算法。論文大全。WCDMA的移動臺可在同一頻率下檢測到其他基站與本基站的信號，確定它們之間的時間差。檢測到的時間信息經由本基站到達新的候選基站，候選基站調整它新的專用信道的發射時間，即在發送信息的時間上進行調整，使不同基站在這個信息比特期間與下行碼道同步。無線鏈路增加和釋放過程：（1）小區2的導頻信號強度逐漸增強，當小區2的導頻強度Ec/Io達到(最好導頻Ec/Io－(報告門限－增加滯后門限))并維持T時間，而此時候選集沒有滿，小區2此時被加入到候選集里。該項動作也稱為無線鏈路增加。（2）小區3的導頻信號強度逐漸增加并開始超過最早的小區1的導頻信號強度，在小區3的導頻（最好候選導頻）強度Ec/Io達到（最弱導頻Ec/Io+替換滯后門限）并維持T時間，而此時候選集的數目已滿（假設此時系統設置的候選集最大數目是兩個），小區3（候選集中最強的信號）此時替代小區2（候選集里最弱的信號）被加入到候選集里，小區1同時被移出候選集。該項動作也被稱為無線鏈路增加和釋放。論文大全。（3）此時候選集中小區3的導頻信號強度逐漸減弱，當小區3的導頻強度Ec/Io弱到（最好導頻Ec/Io－（報告門限+刪除滯后門限））并維持T時間，小區3（候選集里最弱的信號）此時被移出候選集。該項動作也稱無線鏈路的釋放。

CDMA2000中的軟切換

它也是導頻切換，移動臺不斷地搜索著激活類、候選類、鄰近類、剩余類各個導頻的強度，并且根據導頻強度維護各個類，當移動臺靠近切換區時，移動臺開始以下操作過程：（1）導頻p2強度超過了T_ADD，但尚未到達動態門限，移動臺將這個導頻移到候選集；（2）導頻p2強度超過了[(SOFT_SLOP/8)×10×log10(PS1)+ADD_INTERCEPT/2]，移動臺發送導頻強度測量消息；（3）移動臺收到擴展切換指示消息DROP_INTERCEPT/2，將p2移入激活集，開始宏分集，而后發送切換完成消息；（4）導頻p1的強度下降低于動態門限[(SOFT_SLOPE/8)×10×log10(PS2)+DROP_INTERCEPT/2]移動臺開始啟動發送切換定時器；（5）切換下降定時器超時，移動臺發送導頻強度測量消息給基站；（6）移動臺收到切換指示消息，將p1移入候選類。而后發送切換完成消息；（7）導頻p1的強度下降低于T_DROP。移動臺開始啟動發送切換定時器；（8）切換下降定時器超時，移動臺將p1從候選類移到鄰近集。

TD-SCDMA中的接力切換

接力切換是一種基于智能天線的切換方案。它利用精確的定位技術，在對移動臺的距離和方位進行定位的基礎上，根據移動臺方位和距離作為輔助信息，來判斷移動臺是否移動到了可進行切換的相鄰基站臨近區域。實現接力切換的必要條件是：網絡要準備獲得移動臺的位置信息，包括移動臺的信號到達方向(DOA)以及移動臺與基站的距離。在TD-SCDMA系統中，由于采用了智能天線和上行同步技術，系統較容易獲得移動臺的DOA，從而獲得移動臺的位置信息。具體過程是：利用智能天線和基帶數字信號處理技術，可以使天線根據每個移動臺的DOA為其進行自適應的波形賦形。對每個移動臺來講，仿佛始終都有一個高增益的天線在自動跟蹤它，基站根據智能天線的計算結果就能確定移動臺的DOA，從而獲得移動臺的方向信息；利用上行同步技術，系統可以獲得移動臺信號傳輸的時間偏移，進而計算得到移動臺與基站之間的距離；經過前兩步之后，系統就可準確獲得移動臺的位置信息。

通過比較WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA中的切換技術，可以得到下面的結論：

在測量過程中，軟切換和硬切換都是在不知道移動臺準確位置的情況下進行切換、測量的，因此需要對所有的鄰小區進行測量，然后根據給定的切換算法和準則進行切換判斷和目標小區的選擇。論文大全。

而接力切換是在知道移動臺精確位置的情況下進行切換測量，所以它沒有必要對所有鄰小區進行測量，只需對與移動臺移動方向一致的、靠近移動臺一側少數幾個小區進行測量，然后根據給定的切換算法和準則進行切換判斷和目標小區的選擇，就可以實現高質量的越區切換。

5.越區切換的應用越區切換作為通信系統的關鍵技術，它可廣泛應用于各種場合。例如，近年來地空數據通信的使用改變了對空作戰指揮模式，而實現指控系統對空中平臺遠距離、大區域、不間斷地引導指揮，關鍵在于實現空中平臺的越區切換；GSM―R鐵路專用移動通信系統，為鐵路提速和客運專線提供網絡化、智能化、綜合化的行車調度指揮系統，越區切換技術是GSM―R移動性管理中的關鍵技術；雙卡雙模手機中的應用等。

參考文獻

[1]《GSM―R越區切換分析與優化》，北京交通大學，電子信息工程學院麗聰、來尉

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1.概述

江門地區總面積為9541平方公里，丘陵廣布，山體起伏較大，落差大，溝脊、水系發育、水庫較多，小水電多分布在溝谷中。2013年，我局小水電共計196個，由于地處偏遠，無公網信號或公網信號不穩定等原因，造成負控終端長期處于離線狀態或上線不，導致數據上送不持續，丟失嚴重，直接影響電能量數據的采集，難以滿足計量裝置遠程監控、抄核收、線損分析等計量營銷業務的需要。

2.原因分析

江門供電局計量自動化系統公變、配變及集抄系統廣泛采用公網公司的GPRS無線數據VPN網絡。受網絡覆蓋的影響，部分終端不能上線采集。經現場勘查，2013年在接入計量自動化系統的145臺小水電終端中，有41臺由于地處偏遠，處于公網信號盲區的原因，造成負控終端長期處于離線狀態，10臺由于樹木、山石等障礙造成了信號衰減，導致公網信號不穩定，數據丟失嚴重。我們抽取了2013年1月份到4月份的系統數據進行了分析，結果如表1所示：

表1 2013年小水電終端運行情況分析

月份 終端在線率 數據完整率

1月 74.5% 78.6%

2月 76.7% 80.2%

3月 78.6% 81.7%

4月 79.8% 83.5%

從上表可知，小水電終端對整體的在線情況和數據完整率的影響，未能達到98%以上;

3.各種通信解決方案分析和選擇

針對公網盲區及信號不穩定問題主要可以通過以下方法解決。

（1）采用非公網上行方式，完全避免無線通信不穩定性問題、電房電柜屏蔽問題，保證實時在線。非公網上行方式可考慮采用電話線通信、寬帶網絡通信、電力光纜等。

（2）采用公網上行方式，但通過其他通信方式接駁，如通過載波、485 通信、微功率無線等方式轉發數據。

（3）采用公網上行方式，但采用信號增強擴展公網通信距離。如通過同軸電纜信號放大、無線直放站、新建基站等方式。

3.1 非公網上行

非公共網主要有電話撥號接入方式、公共有線電視、光纜等。此種方式均需要布線，由于小水電地處偏遠，布線成本巨大，且環境惡劣，維護困難。

3.2 公網上行，其他通信方式接駁

（1）電力載波

電力載波方式是將終端通信模塊外置于能接收到公網信號位置，電表通過電力載波方式與終端交換數據，該方案省卻了布線或無線信號干擾影響，但實際應用存在信號衰減快、干擾大、不能跨變壓器、互感器等諸多問題。

（2）有線中繼接入

該方案采用終端側模塊和外置側模塊，通過以太網雙絞線RJ45接口連接。由于采用雙絞線，通信線路以100米為宜，最長不超過300米。

（3）無線中繼通信

該方案是通過微功率無線通信的方式傳輸數據，中繼器采用470MHz 通信時，通信距離經測試在150 米以內，距離較遠時，可通過增加中繼的方式延長通信距離，目前可增加2級中繼。該方案的優點是施工簡單，初次投入不大，且后續無運行費用，但需對GPRS 轉接器提供220V電源，如終端維護口協議非標準廣電規約，GPRS 轉接器處需對協議進行處理后再進行轉發，該方案理論上適用于任意廠家終端。

圖1 無線中繼實現方式示意圖

3.3 公網上行，信號增強擴展公網通信距離

（1）無線放大器方案

無線放大器（也稱直放站）屬于同頻放大設備，其基本功能就是一個射頻信號功率增強器。該方案施工雖相對復雜，但無需對終端側設備進行改動，適用于所有廠家終端，可以一個無線放大器帶幾臺終端設備，通過共享設備，成本相對較低，更重要的是，不需后續運行費用。但該方案也有其局限性，受到信號衰減影響，實際通信距離在40米內（采用更好質量的同軸電纜可適當延長距離，但一般不超過100米）。

（2）運營商建基站

運營商建設新基站，增加信號的覆蓋范圍，對于局方來說，是一勞永逸的方式。但投資一個標準基站需要接近兩百萬元，同時該部分區域一般客戶數量較為稀少，出于對投資收益的考慮，運營商短時間內不會考慮投入，故短時間內無法實現。

4.方案選擇及應用

以上各種解決方案在特定場景均具備實際運行的優勢和可行性。但結合供電局計量自動化系統實際運行以及運維成本、通信可靠性等綜合考慮，采用“安裝無線中繼通信設備”方式投入成本小、安裝周期短、設備安裝方便靈活。因此本文選擇無線中繼方式，如圖1所示。

圖2 試點月在線時長對比圖

圖3 試點數據完整率對比圖

5.實際運行效果

本文選取了5個試點，使用無線中繼通信方式解決終端長期離線及數據傳輸不穩定問題，結果表明終端在線時間和數據完整率大幅度提高。如圖2、圖3所示。

參考文獻

[1]王鵬，司徒彪.公網通信盲區電能量數據傳輸解決方案研究[J].裝備制造技術，2013，12.

[2]周培祥，李學東，傅光達，梁麗華.山東建筑工程學院新校區移動通信解決方案[J].山東建筑工程學院學報，2004，6.

[3]陳智勇.淺談天線調整在移動通信網絡優化中的作用. 2002中國通信學會無線及移動通信委員會學術年會論文集，2002，9.

篇9

Abstract: in this paper the author introduces the technical scheme of low pressure test device, focuses on the instructions of the principle of two detection methods.

Keywords: low voltage set copy; Detection device

中圖分類號：TU71文獻標識碼：A 文章編號：

0 引 言

由于缺乏相應的軟、硬件測試手段，無法模擬現場的各種工況，難以發現低壓集抄系統的產品質量隱患，亟需研制一種面向低壓集抄系統的檢測裝置，對低壓集抄系統各組件的功能和性能進行一體化測試。

1 技術方案

1．1 檢測裝置的結構

采用一柜一掛表架的分體式結構，數字信號源、功率放大器、標準電能表裝在柜中，其余部分不在掛表架中。掛表架采用兩排結構，上排設置12個單相電能表表位，下排設置2個集中器位、2個采集器位、3個三相電能表表位。電流接線采用壓接式，其余采用插座接線的方式。三相平衡設計。總體框圖如圖l所示。每個電能表位置提供1個電能表校驗脈沖輸入接

圖1檢測裝置總體框圖

口，1個時鐘信號輸入接口，2~RS485通信接口。配置各類專用的虛擬電能表，支持通過RS485和電力線載波接口與集中器和采集器的通訊，并且可根據用戶需要，擴充支持微功耗無線和藍牙方式。配置測試各種集中器所需的以太網、RS232接口、GPRS／CDMA調制解調器、PSTN調制解調器和PSTN換機。

1．2 檢測裝置具備的功能

檢測裝置不僅可按照集中器上行通信規約和電能表通信規約進行系統通信規約的檢測，而且可以對集中器、采集器、用戶電能表等設備實時走字，測試集抄系統運行工況。能對集中器、采集器、用戶電能表進行時鐘準確度測試。能依據GPS時鐘對集中器、采集器、用戶電能表進行授時。

采用數字化程控信號源，模擬出集抄系統運行環境，通過加快時鐘節拍，利用虛擬電能表產生測試所需的電能表數據，配合可設置的測試策略，使得系統歷史數據的測試時間大為縮短，提高測試效率。

2 硬件單元

檢測系統主要由數字信號源、功率放大器、標準電能表、誤差處理系統、虛擬多功能電能表、GPS時鐘頻率源、功耗測試儀、運行環境模擬電路、通信線路、IDE測試環境和PC機等組成。

2．1 分布式MCU控制系統

整個檢測裝置屬于一個分布式控制系統，是多個MCU系統的集成，核心主控CPU由PC機承擔，裝置控制部分MCU的通信關系如圖2所示。

圖2 控制部分CPU通信關系圖

DSP信號源的MCU為TMS320F2407A；控制及通信部分的MCU為P89LV51RB2，通過外擴四路UART接口分別連接輸入脈沖切換電路、表位485接線切換電路、誤差處理電路和標準表。電表485通信板的MCU為AT89S52。

以上各功能模塊之間通過RS232C和CAN總線進行通信。

2．2 高精度數字信號源

采用高速DSP和高速D／A轉換器實現直接波形輸出，波形輸出的工作過程完全由DSP程序和算法控制，當DSP收到需要調節輸出量的指令后，重新計算和刷新該量的輸出量波形表，采用AD587來保證參考電壓的穩定。并根據l6位A／D轉換器的高精度輸入采樣值進行分析調整，以實現閉環控制。利用DSP強大的實時運算能力，實現數字信號源的各種功能，包括諧波、升降控制、相控波形和波群控制、電壓跌落和中斷等功能。

2．3 功率放大器

采用成熟穩定的工頻精密AB類功率放大器，它是專門為放大校驗用電壓、電流信號設計的電路，具有較窄的通頻帶(40Hz-lkHz)，輸大的時間常數和輸深的反饋量，適合放大穩態信號，具有很高的穩定性和準確度。

功放管采用的是10對安森美公司的MJ15024和MJ15025，主要通過精確設計和升流器(升壓器)的匹配、繼電器動作時序、末級輸出管的過流保護、反電勢吸收等來保證可靠性。若發生電壓短路和電流開路，則輸入波形和輸出波形有較大的差值，反映在差值檢測電路上，就能輸出保護信號給CPU，CPU就能進行相應的操作實現保護。

2．4 測試方式切換電路

由于既具有電力線載波集抄測試功能，又具有電能表誤差測試功能。因而檢測裝置須對單相電能表校表狀態、三相電能表校表狀態、集抄系統測試狀態進行切換。同時依照集中器、采集器、電能表之間的接線和從屬關系，也經由切換電路進行設置。運行環境模擬切換電路主要分兩部分，如圖3所示。

圖3 測試方式切換電路框圖

2．4．1 電壓、電流接線方式切換

通過四常開四常閉的220V接觸器切換電路實現：

(1)抄表系統測試時所有電壓接通，使載波通道可以建立物理連接；

(2)校表狀態時，隔離電壓互感器接入，電流回路串聯，實現高精度誤差測試。

2．4．2 小信號切換

通過小信號繼電器切換電路，選擇用戶電能表或虛擬電能表的RS485接口與選定的集中器、采集器相連。

2．5 時鐘頻率源

GPS衛星上都安裝有銫原子鐘，因而具有很高的頻率準確度和時間準確度，本裝置的GPS接收模塊采用RS232與PC機相聯， 通訊協議是標準的NMEA-0183。對GPS接收模塊送出的內容進行解碼，就可以得到所需的時鐘信息，可以用于對外接設備進行授時和比對，授時精度

2．6 通信電路

由兩塊8口的MOXA工業級多串口卡、RS232-RS485轉換電路、PSTN交換機、PSTN調制解調器、GPRS調制解調器、以太網交換機等組成。

3 測試原理

測試方法有實際運行方式與虛擬運行方式兩種。

3．1 實際運行方式

檢測裝置提供了12只單相電能表位置和3只三相電能表位置，并提供2只采集器位置和2只集中器位置，通過不同的連接線配置測試所需的應用環境，通過軟件控制信號源的電壓、電流、相位，測試軟件通過GPRS無線公網對集中器抄讀電能表運行數據，完成集抄系統實際運行方式的測試。

3．2 虛擬運行方式

檢測裝置用軟件模擬現場運行的電能表，通過集中器、采集器與虛擬電能表進行通信，虛擬電能表的數據通信協議遵循DL／T645規約。完成集抄系統虛擬運行方式的測試。

虛擬電能表硬件部分，通過共6個串行口與外部進行數據交換。其中2個串行口轉換成RS485接口用于模擬臺區總表，接人到集中器臺區總表接口；2個串行口轉換成RS485接口用于模擬用戶RS485電能表，接入到采集器的RS485口；另2個串行口分別通過青島東軟的PRO-II型抄控器和北京曉程的DEMO-PL3201調試器轉換成兩種不同的載波接口，用于模擬用戶載波電能表，接入到集中器的電源線。

用虛擬電能表軟件包模擬l至n塊電能表，通過當前調置的電壓電流和相位值，縮放比率，起始時間等參數自動進行走字。

試驗時發送消息，調用計電量子程序，計時終止時，再發送消息，關閉計電量子程序，如果是運行期間跳過某個階段，只需再加送一次結束時間，虛擬電能表會自動計算跳過的某個階段的電量，并實現電量的累加，使得在現場需運行很長時間，在虛擬電能表模塊可以在較短的時間內完成。還可以通過時鐘加速運轉方法進行加速走字，加速的電量自動計算更新。

4 結束語

檢測裝置提供集中器上行通信、集中器下行通信的通信方式。

參考文獻：

篇10

1.前言

目前我國照明用電量占建筑用電的20%-30%，智能照明電氣公司生產的場景控制器和調光產品基本上都采用開環控制，根據區域要求打開光源并調節光的輸出，這樣很難達到該環境最合理的照度，通常調節好一個照度水平后，不會再根據該環境的光線強度來改變照度。這種不合理的控制光源方法，增加了用電量，造成大量污染。無線傳感器網絡技術是本世紀最具影響力的技術之一，如果將無線傳感技術應用到照明控制系統中，不僅會大大減少成本，而且節約資源，避免不必要的浪費。

本文提出的照明控制系統主要利用短距離無線通信和CAN總線技術，應用于小環境光源照明控制，由無線通信基站、無線通信從站和終端節點組成。本方案適合小環境光源控制，克服了自動化程度低、管理比較混亂、控制相對分散的傳統照明控制系統的缺點，為人們生活提供一個更加智能化的環境。

2.原理及技術

本研究方案主要應用到短距離無線通信技術和CAN總線技術。其中，短距離無線通信技術采用低功率短距離無線通信技術，采用nRF905無線射頻收發芯片。無線通信基站由STC89C52和nRF905無線收發器組成。STC89C52為改基站的控制芯片，用來產生控制信號，并對從站返回的狀態做出反應，確保照明光源運轉正常；nRF905無線收發器為基站信號發送設備，通過nRF905完成對控制信號的發送和對從站發送的照明光源狀態信號的接收。

2.1 短距離無線通信

隨著通信和信息技術的不斷發展，短距離無線通信技術的應用步伐不斷加快，正日益走向成熟。一般意義上，只要通信收發雙方通過無線電波傳輸信息且傳輸距離限制在較短范圍（幾十米）以內，就可稱為短距離無線通信。短距離無線通信技術的工作頻段為ISM頻段，使用這類頻段不需要任何許可證，通常只要求發射不超過一定的功率（通常低于1W），只要不干擾其它頻段即可。目前常見的短距離無線通信經常應用于以下幾個ISM頻段：27MHz頻段；2.4GHz頻段和315MHz；433MHz和868MHz等頻段。

2.2 CAN總線

CAN總線是德國BOSCH公司從80年代初為解決現代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開發的一種串行數據通信協議，它是一種多主總線，通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維。通信速率可達1MBPS。CAN總線是具有通信速率高、容易實現、且性價比高等諸多特點的一種已形成國際標準的現場總線，是最有前途的現場總線之一。

3.選用部件

本方案所用設備主要為PHILIPS半導體生產PCA89C250收發器、SJA1000控制器和挪威Nordic公司nRF905無線收發器。

PCA82C250是CAN控制器的物理接口，其主要作用是：給BUS提供差動發送信號，給CAN控制器提供差動接受信號。該芯片采用5V直流電供電，PCA82C50是針對汽車中高速通訊的應用而設計，符合ISO11898標準。

SJA1000是一種CAN獨立控制器，通常用于自動化領域，用來控制區域網絡控制。SJA1000與控制器Basic CAN最主要的不同在于SJA1000提供了Pelican的全新工作模式，在該模式下，CAN總線符合全部的CAN2.0B協議。

挪威Nordic公司的nRF905芯片主要應用于小面積區域。nRF905在無線數據通信、無線報警及安全系統、無線監測、無線開鎖、家庭自動化和玩具等諸多領域得到廣泛應用。

4.系統硬件

4.1 nRF905通訊模塊

nRF905與STC89C52單片機硬件接口如圖1所示。

4.2 CAN控制收發器

本方案用到的PCA82C250芯片是為CAN協議配置的物理總線接口，能夠為CAN總線提供差動發送能力，為SJA1000提供差動接收能力。圖2為SJA1000與PAC82C250組成的硬件圖。

5.系統軟件

硬件操作需要通過軟件來實現。軟件的基本操作包括初始化和常規服務兩部分。初始化服務包括SJA1000和nRF905兩個芯片的初始化，SJA1000發送和接收的配置，nRF905的發送和接收的配置；常規服務包括：無線通信基站、無線通信從站、無線終端節點之間的通信。

5.1 CAN總線操作

初始化SJA1000芯片，配置SJA_MOD寄存器，進入復位模式，確定驗收濾波器模式；配置SJA_CDR0寄存器，選擇PeliCAN模式，禁止SJA1000的CLKOUT引腳；配置總線定時寄存器波特率設置為125Kbps，配置輸出控制寄存器為正常輸出模式，TX0為下拉，TX1為下拉；配置命令寄存器釋放接收緩沖器，配置驗收濾波寄存器。

5.2 無線數據操作

初始化nRF905，nRF905所有配置都是通過SPI接口進行，SPI接口由5個寄存器組成，只有在掉電模式和Standby模式是激活的。置高PWR_UP，置低TRX_CE使nRF905工作于Standby模式。SPI接口包括5個內部寄存器：狀態寄存器、RF配置寄存器、發送地址寄存器、發送有效數據寄存器、接收有效數據寄存器。通過配置RF配置寄存器可使nRF905正常運行。

5.3 CAN總線數據發送

CAN發送：發送緩沖器配置分為描述符區和數據區，描述符區第一個字節是幀信息字節，它說明了幀格式（標準幀格式或擴展幀格式）、遠程或數據幀和數據長度。標準幀格式有兩個字節的識別碼，擴展幀格式有4個字節的識別碼，數據長度最長為8個字節，發送緩沖器長13個字節。配置發送緩沖器工作在擴展幀格式，發送數據幀，數據長度為8個字節，識別碼與下位機匹配，發送數據為nRF905無線接收的數據。檢測狀態寄存器，接收狀態位為0、發送完成狀態位為1且發送緩沖器狀態位為1，則將發送緩沖器數據放入TX緩沖器，命令寄存器SJA_CMR發送請求位置1，發送數據。

5.4 CAM總線數據接收

CAN接收：中斷寄存器SJA_IR接收中斷位置高，開始接收RX緩沖區數據，將數據存入接收緩沖區，存儲完成后接收緩沖器位置高釋放RX緩沖區；釋放仲裁丟失捕捉寄存器和錯誤捕捉寄存器。

5.5 無線數據發送

nRF905發送：TRX_CE=0，TXEN=0，nRF905處于SPI編程；CSN置低，SPI等待一條指令W_TX_PAYLOAD=“00100000”，寫TX有效數據，寫操作從字節0開始；發送TX緩存存放數據；CSN置高；CSN置低，SPI等待一條指令，W_TX_ADDRESS=“00100010”，寫TX地址，全部寫操作從字節0開始；發送TX緩存存放地址；CSN置高；TRX_CE置高開始發送；發送完成后TRX_CE置低。

5.6 無線數據接收

nRF905接收：TRX_CE=1，TXEN=0，nRF905處于接收狀態；DR=1&&TRX_CE==1&&TXEN==0是否為1，判斷是否有新數據傳入且數據接收完成，TRX_CE=0進入Standby模式；CSN置低，SPI等待一條指令，R_RX_PAYLOAD=“00100100”，讀RX有效數據，讀操作從字節0開始；CSN置高；TRX_CE=1。

5.7 無線通信基站控制

常規服務即無線通信基站工作包括：在完成對nRF905芯片的初始化后使TXEN和TRX_CE引腳置低，nRF905處于SPI編程，將nRF905所發地址及數據寫入緩存，置高TRX_CE和TXEN引腳，發送數據，發送不成功則重新發送，如果成功，置低TRX_CE，等待下一個數據發送。

6.系統測試

將CAN收發器單片機的串行接口與PC機串口相連，利用PC機串口通信程序將數據通過串口發送給CAN接收器，實現CAN節點的收發數據測試。串行通信的參數設置為：串口端口號：1；波特率：9600bps；數據位：8位；停止位：1位。

在使用串口時先要打開串口，然后將數據傳給CAN節點單片機。發送數據中要包含無線控制器的下位機地址和其他控制信息，如在實驗中使用的節點地址為0x00020406、其他控制數據為34。34對應的二進制數據為00110100。實驗表明，本方案給出的無線與有線混合的網絡控制系統工作正常。

無線通信基站發送0X34到無線通信從站，從站接收信號后通過CAN總線發送至終端節點，終端節點接收并在數碼管顯示接收數據，并控制下面LED燈相應的暗滅，顯示正常發送RXOK信號通過CAN總線傳輸至無線通信從站，從站將信號發送至基站，基站接收信號并將數碼管置零，等待下一個發送信息。

7.小結

該系統能利用有線與無線網絡相結合完成對光源的控制，取得了較好的效果，綜合了有線和無線網絡的各自優點，使得網絡控制成本更低、網絡利用率更高、系統智能化更強，便于網絡的管理和應用，適合學校、家庭、政府、企業等場所應用，該網絡結構的應用將具有可觀的社會效益和經濟效益。

參考文獻

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