時間：2023-03-20 16:13:47
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了8篇無線通訊論文，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
無線通訊技術由于是無線接入式，因此具有靈活、快捷、高效的特點，它可以快速的地進行數(shù)據(jù)圖像和文字語音的直接傳輸，不受時間和空間的限制。無線通訊技術加強了各國的經(jīng)濟和文化的交流，也方便了人們的生活。無線通訊技術還有可靠性高，機動性和可用性強的特點。由于無線通訊技術設備比較小，并且是通過無線接入的方式進行網(wǎng)絡傳輸?shù)?，因此不受地震，雷雨等自然災害的影響，即使在自然災害很大的時候依舊可以保持信息暢通無阻的進行，保持網(wǎng)絡的穩(wěn)定性和可靠性。但是，無線通訊技術也有自己的缺點，比如信息的保密性較差，安全度不高的特點，因為是無線的傳輸，因此無線網(wǎng)絡在傳輸信息的過程中很容易導致信息的泄露和信息攔截，因此在安全性上比較差。
2無線通訊技術的創(chuàng)新
2.1WirelessHART技術
WirelessHART技術運用的是網(wǎng)格狀的組織網(wǎng)絡，這樣每一臺設備都可以作為無線路由器來使用，它的功率更低，對于無線的傳輸?shù)木嚯x更遠。網(wǎng)絡中節(jié)點越多，網(wǎng)絡可覆蓋的范圍越廣，距離越遠。而對于WirelessHART的頻率為2.4GHz~2.4835GHz，這是國際通信聯(lián)盟開放給工業(yè)、醫(yī)學和科學三個主要機構使用的免費頻段，因此WirelessHART技術不會對其他的通訊造成干擾。另外，在環(huán)保方面，WirelessHART技術的無線設備是微功率短距離的設備，這對于用戶所擔憂的網(wǎng)絡功率就不論無線通訊技術創(chuàng)新與應用文/陳浩 孟夏無線通訊技術具有覆蓋面積廣、信息傳遞快、不受自然災害的限制等特點，它是我們時代和科技不斷發(fā)展的產(chǎn)物。無線通訊近些年也在不斷的創(chuàng)新，和廣泛的應用到我們的生活中來。這篇文章就是針對無線通訊技術創(chuàng)新與應用的討論。摘要是問題了，不會對工作人員造成不良影響，它的發(fā)射功率為10MW，比手機使用的峰值還低。
2.23G和4G網(wǎng)絡
目前在我國3G技術日漸成熟，TD-SCDMA、CDMA2000和WCDMA作為我國研發(fā)的3G無線通訊技術被廣泛應用在各個領域，3G信號覆蓋面積廣，對于數(shù)據(jù)的傳輸快速，并且能支持語音信號和數(shù)據(jù)的傳輸和切換，這些3G技術已經(jīng)發(fā)展成世界的主流，目前3G網(wǎng)絡已經(jīng)非常成熟，wcdma的技術的版本不斷升級。目前，又出現(xiàn)了更高的覆蓋率和通訊的技術，4G網(wǎng)絡技術，目前4G技術還在剛剛起步的階段，它更加的低成本，并且沒有距離限制，這是對于3G的傳輸上的一些缺點和弊端做了一些調(diào)整和升級的網(wǎng)絡傳輸，它更加的快捷，方便，數(shù)據(jù)傳輸量更大。3G和4G的優(yōu)勢越來越明顯。
2.3WLAN網(wǎng)絡
WLAN技術作為寬帶的無線通訊網(wǎng)絡，已經(jīng)廣泛應用到生活中，這種寬帶無線式接入技術使網(wǎng)速更快、更靈活，它采用與商業(yè)一樣的2.4GHz的波段。目前，WLAN寬帶已經(jīng)被廣泛運用到辦公室，家庭網(wǎng)絡中。但是WLAN寬帶的無線距離傳輸受到限制，只能在比較小的空間內(nèi)才能接收到信號，傳輸數(shù)據(jù)，因此還沒有被運用到更廣泛的領域中。
2.4UWB技術
UWB技術是一種超寬帶無線通訊技術，它是利用納秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，因此它的頻譜范圍非常廣。它基本上是在3.1～10.6GHz頻段中占用500MHz以上的寬帶，因此它的功率很低，發(fā)射和接收數(shù)據(jù)比較簡單，發(fā)射信號的功率譜密度低，定位精度高。因此UWB技術更適合運用在室內(nèi)等密集多徑的場所，它能夠穿透墻壁，地面，身體系統(tǒng)，對于個人娛樂的局網(wǎng)是最具特色的無線通訊設施。
3無線通訊技術的應用
3.1工業(yè)中的運用
在工業(yè)生產(chǎn)中，無線通訊設備也在廣泛的應用，并發(fā)揮著巨大的作用。其中比較運廣泛的是，無線短程網(wǎng)和無線局域網(wǎng)。無線短程網(wǎng)功耗低，工作周期比較短，使收發(fā)信息的功耗降低，采用休眠模式。并且它數(shù)據(jù)傳輸可靠性高，同時預留了需要固定寬帶的的專用空隙，避免了在信息傳輸過程中的碰撞和干擾。無線短程網(wǎng)還具有時延小的特點，無論是在休眠狀態(tài)還是在激活狀態(tài)下的時延都很短。另外，它還具有兼容性，通過網(wǎng)絡協(xié)作建立自己的網(wǎng)絡圈，加強課信息傳遞的可靠性。在工業(yè)中還經(jīng)常用到的是無線局域網(wǎng)，它在工業(yè)發(fā)展上起著越來越大的作用。因為在工業(yè)自動化領域有很多的感應器、PLC、計算機、讀卡器等等，這些設備的連接和信息傳輸都需要有一個控制網(wǎng)絡，這些設備提供的通信接口通常是RS-232或RS-485，無線局域網(wǎng)將這些接口的設備都連接到一起，利用網(wǎng)絡將信號互相轉換，這樣就使工業(yè)設備的通訊能力不斷加強，還大大提高了信息處理能力，并且無線局域網(wǎng)覆蓋廣，這在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)中，起著重要的作用。對安全防御管理、電信、光纖、生產(chǎn)設備自動化都有很多的應用。
3.2生活中的運用
無線通許科技現(xiàn)在已經(jīng)廣泛的運用到我們的生活中了。從之前的紅外和藍牙開始，已經(jīng)被我們的手機、電腦、文曲星等很多的電子產(chǎn)品應用到生活中，我們可以通過無線通訊設備傳輸數(shù)據(jù)、圖片、音頻、視頻，這不僅方便了我們的生活，也提高了我們的生活質量。隨著科技的不斷發(fā)展，通訊技術也在不斷發(fā)展，從過去有線的網(wǎng)絡，到現(xiàn)在WLAN已經(jīng)廣泛的應用于我們的家庭、辦公室、娛樂場所和公共場合，人們隨時隨地都能通過無線網(wǎng)絡獲取數(shù)據(jù)。另外，GPS等系統(tǒng)也在不斷的豐富我們的生活，在開車的時候我們可以通過GPS定位，尋找路線，搜附近的美食、找公交站點等等，這些無線通訊技術已經(jīng)不斷地影響我們的生活，并使我們的生活質量不斷提高。
4總結
2常用的無線通訊技術
目前在油田現(xiàn)場廣泛應用的無線通訊技術主要有GPRS/CDMA、數(shù)傳電臺、擴頻微波、無線網(wǎng)橋及衛(wèi)星通信、短波通信技術等。
其中GPRS和CDMA技術中國移動和中國聯(lián)通公司的主營數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務，在數(shù)據(jù)傳輸方面有著很強的優(yōu)勢，即信號覆蓋范圍廣。對于陸上油田生產(chǎn)區(qū)域基本完全覆蓋。但由于海上油田地理位置特殊，遠離陸地的基站，因此很多海上生產(chǎn)平臺還無法為GPRS/CDMA信號完全覆蓋。此外經(jīng)過測試，GPRS的平均速率為20kbit/s～40kbit/s，CDMA的平均速率為80kbit/s～100kbit/s，可以滿足傳輸小數(shù)據(jù)量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)要求，但無法滿足大數(shù)據(jù)量的信號（例如視頻信號）遠程無線傳輸。雖然有利用CDMA技術進行視頻信號傳輸?shù)陌咐Ч⒉焕硐搿?/p>
數(shù)字電臺用于點對點或點對多點的工作環(huán)境，能夠提供標準RS-232接口，可直接與計算機、RTU、PLC等數(shù)據(jù)終端連接，實現(xiàn)透明傳輸。數(shù)傳電臺的傳輸速率從1200～19.2Kbit，傳輸距離20～50公里。具有抗干擾能力強、接收靈敏度高等特點。數(shù)傳電臺技術比較成熟，標準統(tǒng)一，一直以來廣泛用于油田的數(shù)據(jù)遙測/數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控(SCADA)項目中。但隨著GPRS/CDMA技術的日漸成熟，相應的設備價格的降低，使得在很多應用場合中數(shù)傳電臺被GPRS/CDMA所取代。但同時，數(shù)傳電臺的相關技術也在不斷發(fā)展，智能化、網(wǎng)絡化、高帶寬的數(shù)傳電臺也不斷涌現(xiàn)。結合數(shù)傳電臺誤碼率低、信道可靠的特點，數(shù)傳電臺必將成為海上油田通信技術應用的可靠選擇。
擴頻微波和無線網(wǎng)橋技術是近幾年興起的一門數(shù)據(jù)傳輸技術。擴頻微波最大優(yōu)點在于較強的抗干擾能力，以及保密、多址、組網(wǎng)、抗多徑等，同時具有傳輸距離遠、覆蓋面廣等特點，特別適合野外聯(lián)網(wǎng)應用。而無線網(wǎng)橋是無線射頻技術和傳統(tǒng)的有線網(wǎng)橋技術相結合的產(chǎn)物。無線網(wǎng)橋是為使用無線（微波）進行遠距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)狞c對點網(wǎng)間互聯(lián)而設計。它是一種在鏈路層實現(xiàn)LAN互聯(lián)的存儲轉發(fā)設備，可用于固定數(shù)字設備與其他固定數(shù)字設備之間的遠距離（可達50km）、高速（可達百Mbps）無線組網(wǎng)。這兩項技術都可以用來傳輸對帶寬要求相當高的視頻監(jiān)控等大數(shù)據(jù)量信號傳輸業(yè)務。
例如，對于遠離陸地且無法進行中繼的海上平臺，通訊鏈路只能通過衛(wèi)星通信和短波通訊。其中衛(wèi)星通信范圍大，只要衛(wèi)星發(fā)射的波束覆蓋進行的范圍均可進行通信。不易受陸地災害影響，建設速度快，易于實現(xiàn)廣播和多址通信等等優(yōu)點。但其運行費用相對昂貴，且系統(tǒng)維護要求高。短波通訊以往只在軍事通信、專業(yè)通信、業(yè)余通信中發(fā)揮著極為重要的作用，因其傳輸速率低、噪聲大，電離層反射天波為主，通常不能穩(wěn)定的使用固定頻率工作等缺點，因此在其他領域已慢慢淡出人們的視線。盡管短波通信存在一些缺陷，但對于海上油田而言，短波通訊作為可靠性高、覆蓋區(qū)域廣的通信方式，用于海上平臺的緊急通信及小數(shù)據(jù)量傳輸應該是一個比較好的選擇。
3環(huán)境因素對技術應用的影響
偏遠油區(qū)的環(huán)境因素以以海上油田最為特殊。海上油田除了考慮信道帶寬，傳輸數(shù)率，傳輸距離，發(fā)射功率，天線要求等通信設備本身的技術參數(shù)外，在應用無線通訊技術的過程中，還必須全面地考慮海上平特的地理環(huán)境與地理條件對無線通信技術應用的影響。
3.1對信號傳輸?shù)挠绊?/p>
可以通過選取性能好的設備或應用抗干擾措施以減少甚至避免干擾。但無線通信過程中的信號衰落問題則是普遍存在的，而且是不可避免的。由于海上油田遠離陸地，與陸地之間的廣闊的海域、多變的氣候使得在陸上應用效果很好的技術在海上應用時沒有了用武之地。
微波在空間傳播中將受到大氣效應和地面效應的影響，導致接受機接受的電平隨著時間的變化而不斷起伏變化，我們把這種現(xiàn)象稱為衰落。從衰落的物理因素來看，可以分成以下幾類：吸收衰落、雨霧衰落、K型衰落、波導型衰落、閃爍衰落等等。在各種衰落因素中，吸收衰落、雨霧衰落及K型衰落對海上油田的無線通信應用影響較大。
3.2對技術應用的影響
各項通信技術在海上油田應用中還存在的另外一個問題就是其獨特的現(xiàn)場環(huán)境。海上平臺一般空間狹小，還要考慮海上多風，平臺最高點一般較低的特點。
首先是對天線安裝的限制。海上微波通信受地形地貌影響，相同的通信距離要求兩端天線的高度更高。對于衛(wèi)星通信、擴頻微波、短波通信等天線體積較大的應用，由于海上風力較大，抗風性的要求也使得設備在小平臺的安裝變得十分困難。
此外，對于無人值守的平臺，設備必須具有高可靠性、可自動維護、參數(shù)遠程設置等功能。而對于衛(wèi)星通信、短波通信等要求平臺上配備專業(yè)管理操作人員進行設備的管理維護，這一特點也為技術的應用帶來一定的限制。
4無線網(wǎng)橋技術在海上平臺視頻監(jiān)控中的應用
在實際的現(xiàn)場應用中，我們選取了基于5.8G無線網(wǎng)橋設備進行了現(xiàn)場應用測試。測試地點為淺海油井，測試內(nèi)容為4路視頻監(jiān)控圖像的傳輸。該系統(tǒng)具體解決方案是利用摩托羅拉Canopy5.8G無線網(wǎng)橋建立通信鏈路。在平臺一側首先通過視頻服務器將模擬視頻信號轉化為可在網(wǎng)絡傳輸?shù)腎P數(shù)據(jù)流，之后由無線網(wǎng)橋將信號傳輸?shù)疥懙囟?。陸地端一側通過無線網(wǎng)橋進行接收后由視頻監(jiān)控服務器處理后，對視頻信號進行錄像存儲及Web。相關用戶可依據(jù)相應權限在局域網(wǎng)內(nèi)進行視頻圖像的瀏覽、錄像等操作。
系統(tǒng)通訊鏈路建立后，可遠端對設備參數(shù)進行設置，設備維護方便。監(jiān)控視頻圖像清晰、連貫，滿足監(jiān)控要求。從系統(tǒng)的鏈路冗余可以看出本次測試的應用距離已接近5.8G無線網(wǎng)橋技術在海上應用的最遠距離。從系統(tǒng)的穩(wěn)定性出發(fā)，在更遠一些的類似應用中應謹慎選擇這項技術。
結論
無線通信技術在偏遠油區(qū)的應用已逐漸成為各種監(jiān)控系統(tǒng)的主要鏈路方式。在選取相關技術時除了要考慮包括傳輸距離、信號帶寬、天線安裝條件、發(fā)射功率、設備功耗、系統(tǒng)成本等各方面因素外，同時還要充分考慮環(huán)境對通信的影響。信號的衰弱會使很多通信技術達不到理論標定的距離，因此無法適應現(xiàn)場需要。面對大量的數(shù)據(jù)傳輸管理的需求，在選擇無線通信技術手段方面還應統(tǒng)籌計劃。特別是要對采用技術的先進性、可靠性及系統(tǒng)的可擴展性等多方面進行綜合考慮。
參考文獻
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相關文獻指出，網(wǎng)絡編碼技術是將接收到的信息在轉發(fā)節(jié)點進行重新編碼，生成新的信息之后再轉發(fā)出去，而相關信息接收點在已知譯碼算法的情況下對接收到的信息進行分析，很快得出經(jīng)過編碼后的信息內(nèi)容。網(wǎng)絡編碼技術將來自多個信號源的信息在中間節(jié)點進行網(wǎng)絡編碼的方法明顯區(qū)別于傳統(tǒng)的將接收到的信息進行原封不動的儲存和轉發(fā)，不同點主要體現(xiàn)在其吞吐量的大小上。經(jīng)過網(wǎng)絡編碼技術處理后的信息吞吐量明顯多于傳統(tǒng)的信息吞吐量，這樣可以大大節(jié)省網(wǎng)絡資源。網(wǎng)絡編碼主要在于解決如何將單源或多源到單點或多點的極限問題，盡可能的充分運用網(wǎng)絡資源，產(chǎn)生最大的信息吞吐量。網(wǎng)絡編碼主要作用于中繼節(jié)點，可以通過對中繼節(jié)點信號的處理方法對網(wǎng)絡編碼進行分類，主要的兩種物理層的網(wǎng)絡編碼類型為：模擬的網(wǎng)絡編碼和數(shù)字的網(wǎng)絡編碼。模擬的網(wǎng)絡編碼根據(jù)放大轉發(fā)型的中繼節(jié)點而來，源節(jié)點的信息互相交會在兩個時隙中完成，在兩個源節(jié)點消除干擾后，通過譯碼進行調(diào)節(jié)，最后得到想要的數(shù)據(jù)。數(shù)字的網(wǎng)絡編碼根據(jù)解碼轉發(fā)型的中繼節(jié)點而來，源節(jié)點的信息互相交會在三個時隙內(nèi)完成，兩個源節(jié)點在接到信息后，先消除自干擾，最后進行譯碼調(diào)解后得到想要的數(shù)據(jù)。
2.網(wǎng)絡編碼在無線通信系統(tǒng)中的應用
(1)網(wǎng)絡編碼應用于無線自組織網(wǎng)絡
用物理層和網(wǎng)絡層來平衡供需是無線自組織網(wǎng)絡中的重要戰(zhàn)略，主要是利用網(wǎng)絡的編碼技術對路由算法進行優(yōu)化，從而增加無線自組織網(wǎng)絡的吞吐量。網(wǎng)絡編碼技術的運用增加了無線通信網(wǎng)絡的成本，并使得無線通信更加復雜，因此良好的傳輸方案是提高網(wǎng)絡信息吞吐量和降低無線通信技術復雜性的重要因素。根據(jù)相關文獻，該作者將通信的鏈路分類為信宿節(jié)點鏈路和中間節(jié)點。由于中間節(jié)點經(jīng)常接收來自各個信息源的信息，采用網(wǎng)絡編碼技術，增加信息的吞吐量，節(jié)約網(wǎng)絡資源。信宿節(jié)點處在通信過程的末端，只需要采用傳統(tǒng)的路由策略，降低無線通信技術的復雜性，節(jié)省網(wǎng)絡成本。
(2)網(wǎng)絡編碼應用于無線傳感網(wǎng)絡
將網(wǎng)絡編碼用于無線傳感網(wǎng)絡中，通過將通信節(jié)點資源結合起來，能夠加強通信網(wǎng)絡的安全性。傳感器的網(wǎng)絡主要包含的是數(shù)據(jù)，通信節(jié)點通常能夠接受到很多不同的信號，這樣便可以采用網(wǎng)絡編碼技術。網(wǎng)絡編碼技術在無線傳感網(wǎng)絡中主要是在中繼節(jié)點選擇獨立的編碼系數(shù)，對接收到的信息進行相關的計算，再將運算之后的結果傳播出來。在信宿節(jié)點上，主要是在知道編碼節(jié)點在線性編碼時使用的編碼的系數(shù)之后，對需要的信息進行解碼，得出想要的數(shù)據(jù)。
(3)網(wǎng)絡編碼應用于認知性無線網(wǎng)絡
在認知性無線網(wǎng)絡中，主要需要注意的問題在于解決主要用戶和次要用戶的無線通信網(wǎng)絡資源的共享問題。其要求是，在無線通信的過程中，必須要保證在不影響主要用戶的無線網(wǎng)絡通信性能的前提下，為次要用戶提供最好的通信性能。因此，在認知性的無線網(wǎng)絡中，各節(jié)點必須進行充分的合作，合理整合信息從而充分提高通信性能，提高通信效率。網(wǎng)絡編碼技術恰好能夠用于協(xié)調(diào)編碼，在認知性無線網(wǎng)絡中，不僅可以增加信息的吞吐量，節(jié)約網(wǎng)絡資源，又可以避免干擾主要用戶的通信質量，對認知無線網(wǎng)絡的發(fā)展具有重要作用。
3.結語
目前普遍使用的無線通訊平臺結構簡單，可移植性差，為了實現(xiàn)各種無線功能，往往在每個具體的無線通訊平臺上都需要實現(xiàn)各種不同的無線應用，應用和無線通訊平臺間的接口十分繁多。因此，深入研究通用的無線通訊平臺技術，研制實用的無線通訊平臺就具有十分重要的意義。論文深入分析了作為無線通道和無線應用間橋梁的無線通訊平臺的技術特點，闡述了嵌入式無線通訊平臺的設計需求及其體系結構，并參考已有的無線通訊框架和相關通訊命令，設計了 Wireless－Platform 嵌入式無線通訊平臺，實現(xiàn)了無線通道和無線應用之間的平穩(wěn)和高效通訊，使各種無線應用與具體的無線通訊平臺無關。
一、 嵌入式無線通訊平臺的概述
隨著計算機及相關技術的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的應用范圍越來越廣，計算越來越自由，從一般的手持設備（如：手機，PDA 等）到網(wǎng)絡通信設備（如：路由器、交換機等）都涉及到嵌入式應用，并呈現(xiàn)滲透計算模式（PervasiveComputing）。各種嵌入式設備都具有功能專一、針對性強的特點。隨著 Internet 的發(fā)展，Internet 技術與信息家電、工業(yè)控制技術等結合日益密切，以手持上網(wǎng)設備（如：移動電話和智能 PDA）為代表的嵌入式信息終端就是這類結合體，這種手持上網(wǎng)設備一般都需要使用無線業(yè)務功能的支持來實現(xiàn)各種無線業(yè)務，如：通話，發(fā)送消息和其他操作。手持上網(wǎng)設備主要是通過無線通訊方式進行各種信息交互和傳遞，而無線通訊平臺正是其中的關鍵技術之一。嵌入式系統(tǒng)主要特點之一是多樣性。設備生產(chǎn)廠商在芯片選擇、無線通訊指令標準、無線業(yè)務支持和操作系統(tǒng)等會有許多不同的要求，沒有任何無線通訊平臺可以滿足所有嵌入式系統(tǒng)的要求。因此無線通訊平臺各個模塊也會根據(jù)不同的嵌入式系統(tǒng)進行不同實現(xiàn)，唯一相同的是無線通訊平臺提供給各種無線應用的抽象接口不會改變。無線通訊方式具有分散性、多樣性和變異性的特點。軟件開發(fā)過程中必須對無線通訊的特點進行細分，對各種業(yè)務進行更有針對性的設計開發(fā)，才能實現(xiàn)無線通訊平臺對各種無線應用的可拓展。
二、 嵌入式無線通訊平臺的設計
1、體系結構的設計
由于無線通訊平臺需要處理的數(shù)據(jù)接口種類比較繁多，無線通訊命令的標準也不同。無線通訊平臺需支持各個無線應用并行請求，處理無線上報消息，轉發(fā)無線應答給無線應用，通知無線應用處理上報消息，對無線數(shù)據(jù)進行緩沖和無線通信命令處理的動態(tài)擴展。無線通訊平臺由三個邏輯抽象層構成：數(shù)據(jù)處理層，服務處理層和應用接口層。無線通訊平臺總體流程如圖所示：
2、 各應用接口的設計
query 接口：當應用需要查詢無線通訊模塊的相關狀態(tài)等信息的時候，可以通過 query 接口來進行查詢；需要傳遞需要查詢的狀態(tài)的查詢類型，每種無線通訊模塊的狀態(tài)都對應一種類型，如：運營商號等；
modify 接口：當應用需要更改無線通訊模塊的狀態(tài)信息的時候，可以通過 modify 接口進行狀態(tài)更新，參數(shù)包括：更新狀態(tài)的類型和需要更新的值。
add 接口：添加數(shù)據(jù)到 SIM 卡存儲空間中，傳遞參數(shù)包括：位置，存儲空間標志，電話號碼，電話類型和姓名等信息；
update 接口：更新 SIM 卡存儲空間中的數(shù)據(jù)，傳遞參數(shù)包括：位置，存儲空間標志，電話號碼，電話類型和姓名等信息；
remove 接口：刪除 SIM 卡存儲空間中的數(shù)據(jù)，傳遞參數(shù)包括：位置和存儲空間標志等；
read 接口：讀 SIM 卡存儲空間中的數(shù)據(jù)，需要傳遞的參數(shù)包括：位置和存儲空間標志等；
flush 接口：由于電話本命令實時性要求不高，并且數(shù)據(jù)量比較大，因此電話業(yè)務服務器中對電話本命令和數(shù)據(jù)進行緩沖。當命令緩沖區(qū)滿的時候才執(zhí)行命令，如果需要立即執(zhí)行緩沖區(qū)中的命令，那么需要調(diào)用此接口。需要傳遞的參數(shù)包括：存儲空間標志等。
send 接口：發(fā)送短消息請求，傳遞的參數(shù)包括：短消息內(nèi)容和消息標志等；
read 接口：讀取 SIM 卡某條短消息請求；
write 接口：往 SIM 卡寫短消息請求，傳遞的參數(shù)包括：短消息內(nèi)容和消息標志等；
delete 接口：從 SIM 卡刪除某條短消息請求，傳遞的參數(shù)包括：消息標志和需要刪除的短消息位置等。
accept 接收來電：發(fā)送接收來電請求；
dial 撥號：呼叫當前的電話號碼，傳遞的參數(shù)包括：需要呼叫的電話號碼；
state 電話狀態(tài)查詢：查尋當前電話的狀態(tài)；
hangup 掛斷電話：掛斷當前的電話。
hold 保持電話：讓當前電話處于保持狀態(tài)。
activate 恢復電話：讓處于保持狀態(tài)的電話重新恢復。
join 加入多方會議。
splitMultiCall 離開多方會議。
begin：開始 STK 功能。
response：傳遞請求類型。
3、電話業(yè)務服務器軟件設計
應用注冊。由于無線系統(tǒng)有通知信息和命令結果返回，應用對于通知消息和/令結果返回的處理是被動的，電話業(yè)務服務器不能夠喚醒每個應用去處理無線通知消息和命令結果返回。因此，應用需要向電話業(yè)務服務器進行注冊。
請求操作。應用發(fā)送無線操作請求，電話業(yè)務服務器根據(jù)請求的唯一標志，調(diào)用對應的通訊處理模塊接口。
管理通訊通道。由于各個接口通過向指定的通道發(fā)送消息的方式傳遞數(shù)據(jù)，因此電話業(yè)務服務器必須對通訊通道進行建立，關閉和維護。
管理不同的通訊處理方式隊列。讓不同的通訊處理方式可以在一個通訊平臺中同時使用，而不會互相影響。
Wireless Communication Systems
From RF Subsystems to 4G
Enabling Technologies
2010，1024pp
Hardback
ISBN9780521114035
杜克林等著
無線通信系統(tǒng)(Wireless Communication System)也稱為無線電通信系統(tǒng)，是由發(fā)送設備、接收設備、無線信道三大部分組成的，利用無線電磁波，以實現(xiàn)信息和數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)。4G移動通信系統(tǒng)即下一代移動通訊，是移動通信系統(tǒng)演進過程中的一個階段和目標，它不僅采用新的無線傳輸技術提高通信系統(tǒng)的性能，而且與現(xiàn)有的各種有線與無線網(wǎng)絡相融合；它不僅包含現(xiàn)有的移動蜂窩網(wǎng)絡結構，而且在某些環(huán)境下也可以采用Ad hoc方式進行組網(wǎng)，或者采用兩種結構的組合形式，形成蜂窩網(wǎng)絡下的兩跳或多跳網(wǎng)絡結構方式。
本書涵蓋了目前以及下一代移動通訊與無線網(wǎng)絡系統(tǒng)的所有關鍵技術，涉及CDMA技術、OFDM技術、超寬帶、turbo和LDPC編碼、智能天線、無線Ad Hoc和傳感器網(wǎng)絡、MIMO和認知無線電，為讀者提供了掌握無線系統(tǒng)設計所需要的一切知識。本書共22章，1.無線網(wǎng)絡發(fā)展史、無線系統(tǒng)各部分基礎知識，以及本書結構等內(nèi)容；2.各種無線通訊發(fā)展概況；3.無線通訊系統(tǒng)中影響頻道和傳播的各種因素；4.蜂窩和多用戶系統(tǒng)的概念與相關技術；5.無線通訊系統(tǒng)分集技術；6.信道估計、信道均衡、脈沖整形等內(nèi)容；7.各種調(diào)制與解調(diào)技術；8.擴頻通訊原理及具體應用；9.正交頻分復用的相關知識，以及正交頻分復用的具體應用；10.天線設計原理及基礎；11.射頻與微波子系統(tǒng)的各部分原理分析與電路等內(nèi)容；12.A/D和D/A轉換相關知識；13.信號處理的相關技術；14.無線通訊系統(tǒng)信息理論相關基礎；15.信道編碼的基本技術；16－17.信源編碼中的語音和音頻編碼、圖像和視頻編碼；18－19.兩種多天線系統(tǒng)：智能天線系統(tǒng)和MIMO系統(tǒng)；20.超寬帶通信的相關知識；21.認知無線電相關知識；22.無線自組織傳感器網(wǎng)絡相關知識。
本書詳細介紹了射頻子系統(tǒng)及天線的性能、設計和選擇方法，使讀者對于無線系統(tǒng)有一個清晰概覽，也是第一次完整的介紹無線系統(tǒng)中語音編碼器和視頻編碼器的教科書。本書有400副插圖，側重于實際和藝術的系統(tǒng)設計技術，而不是系統(tǒng)設計的數(shù)學基礎，適合于無線通信領域的研究生和研究人員，以及無線和電信工程師。
杜克林，IEEE高級會員，1998年在華中科技大學獲得博士學位，1998－1999年在中國華為公司從事軟件開發(fā)；1999－2000年在中國電信技術研究院TDD研發(fā)部移動通訊中心從事射頻系統(tǒng)設計。2000到2001年在香港中文大學微波與通訊實驗室從事項目管理；2001年加盟加拿大Concordia大學信號處理與通訊中心，并于2008訪問了香港科技大學。他的主要研究領域包括信號處理、無線通信、射頻系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡。
M. N. S. Swamy是IEEE會員、英國工程技術學會和加拿大工程信息中心會員，并獲得許多IEEECAS獎勵，包括在1986年GuilleminCauer獎、2000年教育獎和50年金質獎章。是加拿大Concordia大學電氣與計算機工程學院信號處理與通訊中心主任；他還是Concordia大學1977到1993年期間工程與計算機科學學院院長。他發(fā)表了大量關于電路、系統(tǒng)和信號處理的論文，合作四本書。
杜利東，助理研究員
（中國科學院電子學研究所）
論文摘要：隨著油田的開發(fā)，偏遠油區(qū)的數(shù)據(jù)監(jiān)控、視頻監(jiān)控在油田的安全生產(chǎn)、管理中發(fā)揮著重要作用，而無線通訊技術的應用已逐漸成為各種監(jiān)控系統(tǒng)的主要鏈路方式。本文對目前廣泛應用的幾種無線通訊技術的進行簡單介紹，分析偏遠油區(qū)的地理環(huán)境及生產(chǎn)環(huán)境對無線通訊技術應用的影響。并對應用無線網(wǎng)橋技術進行的平臺視頻監(jiān)控項目中的成功應用做簡單介紹。
1引言
在油田偏遠油區(qū)生產(chǎn)過程中，對相關生產(chǎn)參數(shù)及油井視頻進行遠程監(jiān)控對偏遠油井的安全生產(chǎn)起著至關重要的作用。但由于偏遠油區(qū)裝置遠離油田總部，應用有線的通訊方式，施工困難且周期長、靈活性差。而無線通訊方式由于其建立物理鏈路簡單易行，成本低，可以根據(jù)現(xiàn)場需求及時調(diào)整項目方案，靈活性好，系統(tǒng)的功能擴展方便，因此特別適合偏遠油區(qū)對通信鏈路的要求。
2常用的無線通訊技術
目前在油田現(xiàn)場廣泛應用的無線通訊技術主要有GPRS/CDMA、數(shù)傳電臺、擴頻微波、無線網(wǎng)橋及衛(wèi)星通信、短波通信技術等。
其中GPRS和CDMA技術中國移動和中國聯(lián)通公司的主營數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務，在數(shù)據(jù)傳輸方面有著很強的優(yōu)勢，即信號覆蓋范圍廣。對于陸上油田生產(chǎn)區(qū)域基本完全覆蓋。但由于海上油田地理位置特殊，遠離陸地的基站，因此很多海上生產(chǎn)平臺還無法為GPRS/CDMA信號完全覆蓋。此外經(jīng)過測試，GPRS的平均速率為20kbit/s～40kbit/s，CDMA的平均速率為80kbit/s～100kbit/s，可以滿足傳輸小數(shù)據(jù)量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)要求，但無法滿足大數(shù)據(jù)量的信號（例如視頻信號）遠程無線傳輸。雖然有利用CDMA技術進行視頻信號傳輸?shù)陌咐Ч⒉焕硐搿?/p>
數(shù)字電臺用于點對點或點對多點的工作環(huán)境，能夠提供標準RS-232接口，可直接與計算機、RTU、PLC等數(shù)據(jù)終端連接，實現(xiàn)透明傳輸。數(shù)傳電臺的傳輸速率從1200～19.2Kbit，傳輸距離20～50公里。具有抗干擾能力強、接收靈敏度高等特點。數(shù)傳電臺技術比較成熟，標準統(tǒng)一，一直以來廣泛用于油田的數(shù)據(jù)遙測/數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控(SCADA)項目中。但隨著GPRS/CDMA技術的日漸成熟，相應的設備價格的降低，使得在很多應用場合中數(shù)傳電臺被GPRS/CDMA所取代。但同時，數(shù)傳電臺的相關技術也在不斷發(fā)展，智能化、網(wǎng)絡化、高帶寬的數(shù)傳電臺也不斷涌現(xiàn)。結合數(shù)傳電臺誤碼率低、信道可靠的特點，數(shù)傳電臺必將成為海上油田通信技術應用的可靠選擇。
擴頻微波和無線網(wǎng)橋技術是近幾年興起的一門數(shù)據(jù)傳輸技術。擴頻微波最大優(yōu)點在于較強的抗干擾能力，以及保密、多址、組網(wǎng)、抗多徑等，同時具有傳輸距離遠、覆蓋面廣等特點，特別適合野外聯(lián)網(wǎng)應用。而無線網(wǎng)橋是無線射頻技術和傳統(tǒng)的有線網(wǎng)橋技術相結合的產(chǎn)物。無線網(wǎng)橋是為使用無線（微波）進行遠距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)狞c對點網(wǎng)間互聯(lián)而設計。它是一種在鏈路層實現(xiàn)LAN互聯(lián)的存儲轉發(fā)設備，可用于固定數(shù)字設備與其他固定數(shù)字設備之間的遠距離（可達50km）、高速（可達百Mbps）無線組網(wǎng)。這兩項技術都可以用來傳輸對帶寬要求相當高的視頻監(jiān)控等大數(shù)據(jù)量信號傳輸業(yè)務。
例如，對于遠離陸地且無法進行中繼的海上平臺，通訊鏈路只能通過衛(wèi)星通信和短波通訊。其中衛(wèi)星通信范圍大，只要衛(wèi)星發(fā)射的波束覆蓋進行的范圍均可進行通信。不易受陸地災害影響，建設速度快，易于實現(xiàn)廣播和多址通信等等優(yōu)點。但其運行費用相對昂貴，且系統(tǒng)維護要求高。短波通訊以往只在軍事通信、專業(yè)通信、業(yè)余通信中發(fā)揮著極為重要的作用，因其傳輸速率低、噪聲大，電離層反射天波為主，通常不能穩(wěn)定的使用固定頻率工作等缺點，因此在其他領域已慢慢淡出人們的視線。盡管短波通信存在一些缺陷，但對于海上油田而言，短波通訊作為可靠性高、覆蓋區(qū)域廣的通信方式，用于海上平臺的緊急通信及小數(shù)據(jù)量傳輸應該是一個比較好的選擇。
3環(huán)境因素對技術應用的影響
偏遠油區(qū)的環(huán)境因素以以海上油田最為特殊。海上油田除了考慮信道帶寬，傳輸數(shù)率，傳輸距離，發(fā)射功率，天線要求等通信設備本身的技術參數(shù)外，在應用無線通訊技術的過程中，還必須全面地考慮海上平特的地理環(huán)境與地理條件對無線通信技術應用的影響。
3.1對信號傳輸?shù)挠绊?/p>
可以通過選取性能好的設備或應用抗干擾措施以減少甚至避免干擾。但無線通信過程中的信號衰落問題則是普遍存在的，而且是不可避免的。由于海上油田遠離陸地，與陸地之間的廣闊的海域、多變的氣候使得在陸上應用效果很好的技術在海上應用時沒有了用武之地。
微波在空間傳播中將受到大氣效應和地面效應的影響，導致接受機接受的電平隨著時間的變化而不斷起伏變化，我們把這種現(xiàn)象稱為衰落。從衰落的物理因素來看，可以分成以下幾類：吸收衰落、雨霧衰落、K型衰落、波導型衰落、閃爍衰落等等。在各種衰落因素中，吸收衰落、雨霧衰落及K型衰落對海上油田的無線通信應用影響較大。
3.2對技術應用的影響
各項通信技術在海上油田應用中還存在的另外一個問題就是其獨特的現(xiàn)場環(huán)境。海上平臺一般空間狹小，還要考慮海上多風，平臺最高點一般較低的特點。
首先是對天線安裝的限制。海上微波通信受地形地貌影響，相同的通信距離要求兩端天線的高度更高。對于衛(wèi)星通信、擴頻微波、短波通信等天線體積較大的應用，由于海上風力較大，抗風性的要求也使得設備在小平臺的安裝變得十分困難。
此外，對于無人值守的平臺，設備必須具有高可靠性、可自動維護、參數(shù)遠程設置等功能。而對于衛(wèi)星通信、短波通信等要求平臺上配備專業(yè)管理操作人員進行設備的管理維護，這一特點也為技術的應用帶來一定的限制。
4無線網(wǎng)橋技術在海上平臺視頻監(jiān)控中的應用
在實際的現(xiàn)場應用中，我們選取了基于5.8G無線網(wǎng)橋設備進行了現(xiàn)場應用測試。測試地點為淺海油井，測試內(nèi)容為4路視頻監(jiān)控圖像的傳輸。該系統(tǒng)具體解決方案是利用摩托羅拉Canopy5.8G無線網(wǎng)橋建立通信鏈路。在平臺一側首先通過視頻服務器將模擬視頻信號轉化為可在網(wǎng)絡傳輸?shù)腎P數(shù)據(jù)流，之后由無線網(wǎng)橋將信號傳輸?shù)疥懙囟?。陸地端一側通過無線網(wǎng)橋進行接收后由視頻監(jiān)控服務器處理后，對視頻信號進行錄像存儲及Web。相關用戶可依據(jù)相應權限在局域網(wǎng)內(nèi)進行視頻圖像的瀏覽、錄像等操作。
系統(tǒng)通訊鏈路建立后，可遠端對設備參數(shù)進行設置，設備維護方便。監(jiān)控視頻圖像清晰、連貫，滿足監(jiān)控要求。從系統(tǒng)的鏈路冗余可以看出本次測試的應用距離已接近5.8G無線網(wǎng)橋技術在海上應用的最遠距離。從系統(tǒng)的穩(wěn)定性出發(fā)，在更遠一些的類似應用中應謹慎選擇這項技術。
[關鍵詞]ARM7無線傳輸指紋辨識
中圖分類號:TP2文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1110048-01
一、發(fā)展背景
目前國內(nèi)外的指紋識別系統(tǒng)設備大多停留在指紋采集器、和一臺計算機的組合水平上,這樣的系統(tǒng)有很多缺陷。針對于目前國內(nèi)存在的一些不足,本項目擬以ARM芯片為核心的藍牙通訊芯片硬件,以指紋識別系統(tǒng)為核心的軟件,實現(xiàn)一個基于ARM的無線便攜式指紋辨識系統(tǒng)平臺,能實現(xiàn)無線通信傳輸。以此改進現(xiàn)有的指紋識別系統(tǒng),并期望在應用方面得到推廣。
二、研究意義
為了解決目前大多指紋識別系統(tǒng)的攜帶不方便,身份識別時間較長,工作效率低,且目前的系統(tǒng)都不具有通信交換功能和信息傳遞的及時性的缺點,有針對性的去設計和開發(fā)一種無線通信功能的便攜式指紋識別系統(tǒng)。
三、創(chuàng)新點
與常見的產(chǎn)品模型相比,有如下優(yōu)點:1.便攜式:本項目擬設計以ARM9為平臺的便攜式指紋識別系統(tǒng),該系統(tǒng)可以方便在室外使用,通過比較存儲器內(nèi)的指紋特征信息與現(xiàn)場采集的指紋信息可以完成身份確認;2. 速度快:通過相關人員的指紋能夠馬上確認身份,無需與計算機相連;3. 實現(xiàn)了無線通訊的模式:通過單片無線收發(fā)芯片可以完成與機構中心的信息交流。
四、硬件設計
本系統(tǒng)硬件設計主要包括指紋采集、無線通訊、和存儲模塊三個部分。先利用指紋采集模塊采集指紋圖像,再經(jīng)ARM9模塊進行算法處理,把相關的信息存儲起來,并與存儲模塊的中的指紋比對確認身份,并通過無線通訊模塊把相關信息發(fā)送至信息中心。1.指紋采集指紋采集傳感器采用OV7620,并以I2C總線及DMA的數(shù)據(jù)傳輸方式實現(xiàn)與CPU的信息交互。當nXDREQ1輸出由高電平變得低電平時,傳感器便有數(shù)據(jù)輸出,并且數(shù)據(jù)能夠維持至下一個同樣的過程的到來。這正好符合44B0的外部DMA請求的單步模式的要求。于是自然就可以采用DMA的方式來讀取數(shù)據(jù)。最終的數(shù)據(jù)讀取是通過片選鎖存器來實現(xiàn)的。由于DMA的方式不干預CPU,因此也大大提高了讀取的速度。2.電源管理。電源管理部分采用了1150mAh的LI電,通過DC-DC升壓至5V,再通過LDO給系統(tǒng)所需要的3.3V和2.5V電壓。具體的實現(xiàn)過程為:電池供電時,開關S9按下,TEST1點由高變低,Q0導通,NAND網(wǎng)絡為高,系統(tǒng)開始供電,此時程序運轉并給與SHDN引腳高電平信號,促使Q6導通,此時即使按鍵抬起TEST1點仍為低電平,維持Q0的導通。當插上U后,按鍵的按下使得Q4導通,Q0此時截至,系統(tǒng)由電池供電切換為U供電,其它道理相同。關機時按鍵按。系統(tǒng)可以實現(xiàn)圖像的連續(xù)采集以及溫度、濕度、照明亮度等的控制。其中圖像采集是系統(tǒng)的核心,其工作流程如下:(1)默認情況下,系統(tǒng)工作在休眠狀態(tài)。(2)工作人員通過PC管理軟件發(fā)送命令開始采集圖像,軟件通過USB接口把命令發(fā)送給藍牙適配器ARM命令。(3)接收到圖像采集命令后,ARM控制CPLD開始采集圖像數(shù)據(jù)。(4)CPLD把采集到的一幀圖像數(shù)據(jù)寫入一塊SRAM中,把ARM的總線切換到該SRAM上,并通知ARM進行壓縮;同時CPLD往另一塊SRAM中繼續(xù)采集下一幀圖像,便于提高系統(tǒng)的吞吐率。(5)ARM通過藍牙模塊返回響應命令,并返回采集JPEG-LS圖像的頭信息。(6)PC管理軟件發(fā)送命令接收下一行壓縮圖像,ARM壓縮該行原始圖像,并發(fā)送壓縮數(shù)據(jù);如果出錯,可以重新發(fā)送。重復本步驟可以獲取整幀壓縮圖像。(7)PC軟件對壓縮圖像解碼并顯示,并提供其他附加功能,如圖像處理、保存等。(8)重復步驟(2)～(7),獲取下一幀壓縮圖像。由上述流程可以看出,JPEG-LS壓縮以及無線信道傳輸決定整個系統(tǒng)的圖像傳輸速率。無線傳輸采用藍牙技術,其標稱空中速率為1 Mbps,不易提高;因此,系統(tǒng)設計的核心是JPEG-LS的編碼效率。3.ARM與藍牙接口設計.藍牙是無線數(shù)據(jù)和語音傳輸?shù)拈_放式標準。它將各種通信設備、計算機及其終端設備、各種數(shù)字系統(tǒng),甚至家用電器,采用無線方式連接起來。為了優(yōu)化系統(tǒng)設計,我們采用性價比高的CSR BC2實現(xiàn)藍牙無線串口。CSRBC2是一款高度整合的模塊級藍牙芯片,主要包括:基帶控制器、2.4～2.5GHz的數(shù)字智能無線電和程序數(shù)據(jù)存儲器。通過該模塊,系統(tǒng)可以提供無線標準UART接口,支持多種波特率(如9.6 kbps、19.2 kbps、38.4 kbps、57.6kbps、115.2 1kbps、230.4 kbps、460.8 kbps、92l.6 kbps)。當速率為460.8 kbps時,藍牙芯片能夠正常工作;而在921.6kbps時,會有很高的誤碼率。
五、軟件設計
本系統(tǒng)軟件設計主要包括固定主程序,管理功能模塊,指紋采集算法模塊,指紋匹配算法模塊,無線通信程序模塊,硬件操作模塊等。以下為各個模塊所包含的函數(shù):1.指紋采集算法模塊:打開采集儀函數(shù)、關閉采集儀函數(shù)、設置參數(shù)函數(shù)、指紋探測函數(shù);2.指紋匹配算法模塊:指紋驗證函數(shù)、指紋比對函數(shù);3.無線通訊模塊:協(xié)議層函數(shù)、控制層函數(shù)、網(wǎng)絡層函數(shù)、鏈路層函數(shù)、驅動層函數(shù);4.硬件操作模塊:讀寫存儲器函數(shù)、初始化函數(shù)、狀態(tài)讀取函數(shù);5.管理功能模塊:指紋的存儲、刪除、更新函數(shù)。
六、結語
本系統(tǒng)以ARM為核心,通過藍牙傳輸,實現(xiàn)了數(shù)字化的無線指紋辨識功能。本系統(tǒng)具有良好的擴充性,可以使得系統(tǒng)更加微型化。首先,如果采用CSR公司更新的BC3系列芯片,則將融合ARM核以及藍牙功能,可以更加減小整個系統(tǒng)的體積。最重要的是,如果發(fā)展自主產(chǎn)權的指紋識別芯片,那么以現(xiàn)有的SOPC技術,可以將ARM核、CPLD邏輯門以及藍牙通信功能集成在一起,形成指紋識別的集成解決方案,從而使其產(chǎn)業(yè)化成為可能。
基金項目:本文為九江學院科研課題“《基于ARM7的無線便攜式指紋辨識系統(tǒng)設計》09kj11的研究”研究成果之一
參考文獻:
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關鍵詞：地下鏟運機；超視距遙控；數(shù)據(jù)通訊；軟硬件設計
中圖分類號：TD422.4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）10（c）-0000-00
1 引言
隨著地下采礦深度的增加，采礦的環(huán)境越來越惡劣，作業(yè)人員的安全問題越來越嚴峻，應對這一現(xiàn)象，超視距遙控采礦、智能采礦技術應運而生[1]。
超視距控制LHD作業(yè)時，車輛的運行狀態(tài)和周圍的景象等駕駛信息，通過車上傳感器和攝像頭獲取，經(jīng)過無線網(wǎng)絡傳輸回基站，在地面基站控制臺的顯示器上顯示，駕駛員依據(jù)這些信息進行判斷，從而發(fā)出遠程駕駛指令，使LHD進行作業(yè)[2]。
CAT公司開發(fā)出了MineGEMTM系統(tǒng)；Sandvik公司推出了Automine系統(tǒng)；Atlas Copco公司研制出了Scooptram Automation 系統(tǒng)。國內(nèi)在這方面的技術目前比較落后，還沒有成熟的技術產(chǎn)品問世，主要在高等院校和研究院進行技術上的研究[3]。
本文以ACY-2A型地下鏟運機為依據(jù)，設計加工出了電氣化的模型鏟運機，同時設計出了遠程控制臺，通過在實驗場所搭建無線網(wǎng)絡實現(xiàn)通訊，最終完成了超視距遙控的模擬實驗。
2 系統(tǒng)的組成及工作原理
2.1 系統(tǒng)的整體構造
通過設計，地下鏟運機超視距遙控系統(tǒng)需要完成以下功能[4]：
（1）柴油發(fā)動機的啟動、停止；（2）照明和喇叭控制；（3）鏟斗的舉升和翻轉；（4）車輛急停；（5）車輛的速度、制動以及轉向控制；（6）車輛工況信息的監(jiān)控：主要有車速、發(fā)動機轉速、發(fā)動機水溫和水位、油位顯示、發(fā)動機油油溫、液壓系統(tǒng)報警等。
2.2 系統(tǒng)原理
其原理為：操控者在操控臺上操控踏板、按鈕、手柄等操控機構，向控制臺上的控制器發(fā)送操作信號，控制器采集到控制信號之后，按照協(xié)議通過RS232發(fā)送到上位機。上位機將接收到的信號通過以太網(wǎng)發(fā)送到模型車，模型車接收到信號之后轉換成CAN信號發(fā)送到執(zhí)行控制器上，從而控制相應的執(zhí)行機構，使車輛按要求的車速和路線行駛。模型鏟運機的狀態(tài)參數(shù)和周圍的場景由各種傳感器采集以及前后攝像頭拍攝獲取，模型車經(jīng)過車上的車載電腦接入無線以太網(wǎng)，信號通過無線網(wǎng)絡傳回到操控臺的上位機上，從而在上位機上顯示，為操控者展現(xiàn)真實的車輛駕駛環(huán)境。
3 硬件的設計
3.1 系統(tǒng)組成
超視距遙控系統(tǒng)的硬件主要有遠程控制平臺（包括控制指令的生成傳輸以及人機交互界面顯示），模型車（包括車載電腦，鉸接角等各類傳感器，攝像頭），以及無線通訊系統(tǒng)。
3.2 遠程控制平臺
遠程控制臺應該能夠生成遙控控制指令并發(fā)送控制指令，設計合理的人機界面顯示狀態(tài)參數(shù)，從而完成遠程操控。遙控控制指令是由遠程控制臺上的模擬量和開關量兩種信號元器件形成。控制數(shù)據(jù)可變的用模擬量來表示，狀態(tài)明確、無參數(shù)變化的控制指令用開關量來表示。根據(jù)鏟運機的操控方式，可以將操作指令分為以下四類：
（1）狀態(tài)設定指令 這是控制車輛行動狀態(tài)的控制指令，通過按鈕和旋鈕來實現(xiàn)；（2）速度控制指令 用來控制車輛速度的指令，通過油門和制動踏板來實現(xiàn)車輛行駛速度的控制；（3）鏟斗作業(yè)指令 鏟運機作業(yè)需要操作鏟斗動作，鏟斗有翻轉和舉升兩類動作，這些指令都是模擬量信號，通過操作臺上的右手柄來實現(xiàn)；（4）轉向控制指令 該指令為模擬量信號，表達駕駛員轉向的意圖，通過左手柄X軸來實現(xiàn)功能。
3.3 模型車
模型車依據(jù)實際鏟運機設計成鉸接車模型，采用四輪獨立驅動。車載電腦采用的是聯(lián)合工控的PPC-3000 車載加固平板電腦，它帶有一路WIFI以太網(wǎng)接口和兩路USB接口。利用以太網(wǎng)接口來接受控制臺發(fā)送來的控制信號并傳輸回激光等傳感器采集到的信號；車上主控制器通過I/O口檢測到各傳感器信號并通過CAN總線發(fā)送給車載電腦，車載電腦通過主控制器下達控制信號，從而控制各執(zhí)行部件的動作，這些執(zhí)行部件有四個輪邊電機驅動系統(tǒng)，車載電氣系統(tǒng)（包括車燈、頂燈、喇叭等設備）以及液壓系統(tǒng)（鏟斗工作的驅動電機以及轉向推桿電機）。
3.4 無線通信
無線局域網(wǎng)的功能是實現(xiàn)車載電腦控制系統(tǒng)和遠程控制臺之間的無線通信，從而實現(xiàn)鏟運機超視距遙控。無線網(wǎng)絡由多個無線AP（ Access Point） 組成，這些AP的SSID名設置為一個，IP為同一個網(wǎng)段，信道間隔為5。模型車在樓道中行走時，車載電腦的無線網(wǎng)卡會掃描AP的信道并自動切換到信號最好的AP，通訊不會中斷，切換所需時間為幾毫秒。
4 軟件的設計
控制軟件是整個系統(tǒng)的核心部分，本系統(tǒng)的遠程遙控軟件可以分為兩部分，一部分是遠程控制臺基于單片機STM32控制器的程序，這部分是為了采集操作機構輸入信號，生成遙控指令，并通過RS232發(fā)送給上位機；另一部分是無線通訊程序，這是實現(xiàn)遠程控制端上位機和車載電腦之間數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送。
4.1 單片機STM32程序
本系統(tǒng)中采用的單片機的編程語言是C語言，選擇的軟件開發(fā)平臺是IAR，在設計的遠程操控系統(tǒng)中，有六路模擬輸信號輸入，分別是：控制鏟斗姿態(tài)兩路、控制車輛行駛轉向兩路以及控制車速和制動兩路；四路開關量輸入，包括左右手柄兩個使能輸入信號、急停信號以及自動/手動信號。根據(jù)輸入的控制信號，單片機經(jīng)過處理后將數(shù)據(jù)打包通過RS232發(fā)送出去，每幀共7個字節(jié)。上位機收到數(shù)據(jù)之后，如果校驗正確，則返回數(shù)據(jù)0x11以表示數(shù)據(jù)傳輸無誤，否則發(fā)送數(shù)據(jù)0x00以表示數(shù)據(jù)傳輸錯誤，要求重新發(fā)送。
4.2 無線通訊程序
通過網(wǎng)絡編程來實現(xiàn)控制端上位機和車載電腦之間的通訊，采用C#編程語言，具體實現(xiàn)是采用基于TCP/IP協(xié)議的Windows Socket。為了保證通訊信息的穩(wěn)定和可靠性，超視距遙控系統(tǒng)采用的是TCP協(xié)議。由于在服務器端和客戶端兩端，利用Socket套接字傳輸?shù)氖沁B續(xù)的字節(jié)數(shù)據(jù)，通訊雙方并不知道傳輸而來的字節(jié)代表何種含義，因此必須在傳輸層定義自己的通訊協(xié)議，這樣才能使傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉換為有意義的信息。
5 實驗
為了檢驗超視距系統(tǒng)的控制效果，對模型車進行了多次的場地遙控實驗，實驗場所為“L”型樓道。通過控制成車輛的啟動、加速、恒速、制動、換擋和急停。實驗表明，車輛在樓道中能夠以超視距的方式實現(xiàn)駕駛，斷開重連程序保證了車輛遇到無線網(wǎng)絡信號不好的時候也能夠進行操控。
實驗結果說明，該超視距遙控操作系統(tǒng)具有良好的遙控駕駛功能，控制臺對模型車完全可控，操作簡便，能夠按照設計生成正確的遠程駕駛指令，能夠滿足安全性和可靠性的要求。
6 結束語
系統(tǒng)依據(jù)實際鏟運機設計出遠程操控系統(tǒng)和模型車，通過無線網(wǎng)絡系統(tǒng)實現(xiàn)了遠程控制。該模擬系統(tǒng)和實際系統(tǒng)的區(qū)別在于被控車輛工作環(huán)境不一樣，實際鏟運機工作于惡劣的井下，需要考慮通訊的穩(wěn)定性和可靠性，這對于無線網(wǎng)絡硬件和軟件的搭建提出了更高的要求。本論文的研究對于實際超視距遙控技術具有良好的指導意義。
參考文獻
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