无线模块范文（精选9篇）
无线模块 第1篇
关键词：无线通信,无线收发模块,编解码集成电路
0 引言
无线通信利用电磁波在空气中发送和接收数据, 无需线缆介质, 它是对有线联网方式的一种补充和扩展, 使网上的计算机具有可移动性, 能快速方便地解决使用有线方式不易实现的网络联通问题。随着社会的不断发展, 人们对于无线通信的要求越来越高, 与有线通信比较, 无线通信有许多优点, 如使用灵活、经济节约、受自然环境影响小等, 正是基于无线通信的众多优点, 无线模块的研究设计才显得越来越重要。本无线收发模块具有功耗低, 成本低的优点, 广泛应用于汽车防盗系统、家庭防盗系统、遥控玩具等方面, 有很好的发展前景, 是未来无线通信的一个发展方向。
1 无线收发模块的方案论证
方案一:红外线收发
红外线发射机和红外线接收机正常工作情况下, 使用窄角度红外发射管时, 遥控距离大于8m, 角度小于30度。此遥控器可用在儿童玩具、照相机快门遥控及家电遥控等。缺点是稳定性较差, 易受其他连续光源干扰[1]。
方案二:TX315系列模块电路
TX315[2]系列模块电路, 其中含有RF, TF, DATA等高频, 中频, 数字处理电路。从而使用高频收发电路就如使用三极管一样简单, 可应用于无线遥控, 数据传送, 自动抄表系统, 无线键盘操作系统, 警戒系统。TX315A由TX315A-T01发射组件和TX315A-R01接收组件两部分组成, 因其频率绝对一致, 故在使用时可随意增加发射和接收组件, 以组成所需的功能系统。本方案克服了方案一稳定性较差, 易受其它连续光源干扰的缺点, 价格较高。
方案三:F05P、J04V无线收发模块
用F05P作为发射模块, J04V作为接收模块, 并配合编解码芯片PT2262, PT2272完成无线收发模块电路[3]的设计。本电路既克服了红外线收发中稳定性较差, 易受其他连续光源干扰的缺点, 又克服了TX315系列模块电路价格高的缺点。
因此, 本系统采用方案三。
2 F05P、J04V无线收发模块的总体设计
无线收发模块主要由四部分组成, 编码芯片PT2262发送模块F05P, 接收模块J04V, 解码芯片PT2272。系统框图如下图1所示:
2.1 PT2262/PT2272
PT2262/2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路, PT2262/2272最多可有12位 (A0-A11) 三态地址端管脚 (悬空, 接高电平, 接低电平) , 任意组合可提供531441地址码, PT2262最多可有6位 (D0-D5) 数据端管脚, 设定的地址码和数据码从17脚串行输出, 可用于无线遥控发射电路。
编码芯片PT2262编码信号是由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字, 从17脚输出到射频发射模块的数据输入端发射出去。射频接收模块接收后送到解码芯片PT2272, 其地址码经过三次比较核对后, 2272的VT脚才输出高电平, 与此同时与2262相应的数据脚也输出高电平, 如果2262连续发送编码信号, 2272第17脚和相应的数据脚便连续输出高电平。2262停止发送编码信号, 2272的VT端便恢复为低电平状态。
高频发射电路完全受控于PT2262的17脚输出的数字信号, 从而对高频电路完成幅度键控 (ASK调制) 相当于调制度为100%的调幅。
PT2262, PT2272应用范围: (1) 车辆防盗系统; (2) 家庭防盗系统; (3) 遥控玩具; (4) 其他电器遥控。
2.2 F05P (315MHz&433MHz)
无线发射模块F05P的主要特点: (1) 小体积, 低功耗发射; (2) 无数据时发射电流零; (3) 较宽的工作电压范围。
F05P性能参数如表1所示。
F05P采用SMT工艺, 树脂封装, 小体积, 内部具有一级调制电路及限流电阻, 适合短距离无线遥控报警及单片机无线数据传输。F05P具有较宽的工作电压范围及低功耗特性, ASK方式调制。F05P不能任意调整发射电流, 单片机的数据可直接通过串口进入F05P的数据输入端。F05P在无数据输入时单片机必须为低电平状态 (对应的接收电路J04V为第2脚) ;F05P在无数据输入时单片机必须为高电平状态 (对应的接收电路J04V为第3脚) 。F05P需要输入数据才能发射, 数据信号停止, 发射电流为零。F05P对0.1-1ms的数据脉冲发射效果较理想, 过宽过窄的脉冲会引起调制效率下降, 过调制或调制不足使收发距离变近。F05P对直流电平及模拟信号不能发射。如在数据位前加一些乱码可以抑制接收机的零电平噪声干扰。若采用通用编码器2262, 发射效果比单片机好, 2262的数据无论怎么变, 脉宽是不变的, 即使出现一点突发性的外界干扰, 解码器的宽容性也会使解码输出高电平。而单片机则会出现数据错误。所以单片机必须要工作在可靠的收发区域才能保证较低的误码率。
F05P有4个功能引脚, 因为体积小, 功耗低, 无天线只能满足短距离使用, 而天线对距离起着很大的作用, 天线能否匹配也很关键, 匹配良好的天线能增加几倍的距离, 匹配不好的天线效果很差甚至会引起频率漂移。天线的长度应取发射频率的1/4波长, 可以用一根直径0.5-1毫米, 长度 (433M) 18厘米; (315M) 24厘米的漆包线代替。但天线必须拉直, 指向无特定要求。短于1/4波长或弯曲的天线效果会很差。
F05P应垂直安装在印刷板边部, 应离开周围器件5mm以上, 以免受分布参数影响而停振。FO5P发射距离与输入信号、发射电压、电池容量、发射天线及发射环境有关。在障碍区由于折射反射会形成一些死区及不稳定区域, 不同的收发环境会有不同的收发距离, F05P最佳有效工作距离为100m左右。
2.3 J04V (315MHz&433MHz)
无线接收模块J0 4V主要特点: (1) 小体积, 0.15mA特低功耗超再生接收模块; (2) 输出无噪声干扰; (3) 接收灵敏度高。
J04V性能参数如表2所示。
J04V工作电压范围:2.6～3.6V;2.6V时工作电流在0.15mA;3V时约0.2mA;3.5V时约在0.3mA。
J04V适合电池或线性电源, 可采用3.7K～4.7K电阻从5V取得3～3.5V, 再加220uF电解电容滤波, 电解电容的接地点必须靠近J04V的地, J04V输出能力可驱动一支发光二极管。如果从6V以上的电压用电阻降压会引起工作电压的不稳定。也可以从220V用电容降压整流滤波后用7805取得5V再用3.7K～4.7K电阻降压滤波取得3.3V。不适合用稳压管串联分压。接收模块的电源直接影响到接收电路的稳定性, 也是接收电路的主要干扰源, J04V不适合开关电源也不适合大整流电源。J04V不适合与发射用同一电源。
J04V顶部镀银电感不要碰压, 否则会引起频率偏移距离变近。
J04V内部具有放大整形电路, 只适合数据信号的接收而不适合模拟信号。
J04V应按装在印刷板边部并离开周围器件5mm以上, 要垂直于线路板, 否则会引起频率偏移。如果器件较多还必须注意地线布局合理, 如果有晶振或其他信号源必须远离J04V, 否则会引起很多无法排除的干扰致使接收电路无法正常工作。
J04V可外接天线提高接收灵敏度, 天线长度不限。
2.4发送、接收模块电路设计
发送模块原理图如图2所示:
接收模块原理图如图3所示。
3 结束语
本系统采用F 0 5 P发送模块、J 0 4 V接收模块和PT2262/PT2272编解码集成电路设计了一低成本无线收发方案, 以供参考。
参考文献
[1]online:http://www.leyuandz.com
[2]online:http://www.texin.com.cn
无线模块 第2篇
发布时间：2013-6-18 13:33:44 来源：国芯网
谈到无线充电，近几年来开始炒的沸沸扬扬，特别是前年开始，wpc国际无线充电联盟的成立及qi无线充电国际标准的制定，更是在全球范围内将无线充电概念推向高潮，qi无线充电国际标准的制定其目的主要是统一全球无线充电技术规范，使其未来任何商家生产的无线充电器产品相对消费者在全球都能通用而不置于造成资源的浪费，其实早在ＷＰＣ成立之前，无线充电就已经陆续被很多商家所应到各种电子产品中，只是当时技术上可能还欠成熟和民众对无线充电概念意识的薄落使整个行业没有太多关注和宣传，ＷＰＣ的成立和ＱＩ标准的制定无疑使无线充电概念打了强心剂。迅速席卷全球，但由于ＱＩ技术标准所针对的产品目前主要是功率在５Ｗ左右民用数码产品（主要是手机）且相对技术门槛较高，到目前为止，全球也只不过屈指可数的３－５家公司能推出符合标准认证的技术产品，市场上也只有廖廖几款ＱＩ手机无线充电产品在销售，但无线充电概念在ＷＰＣ风向标的带动下却是风云涌动，各大电子产品商家都在摩拳擦掌介入无线充电产品的研发或找寻现成的无线充电方案加入自已现有产品中已增加卖点跟上时代潮流。
无线充电技术在中国其实早在０４年就已被申请发明专利，所以其技术资料都是公开的，当然，现阶段指的无线充电还是通过电磁感应技术原理实现，也就是类似我们的变压器，通过初次级线圈的感应原理来传输电能，所以如果不考虑其它因素只是无线充电功能的实现相对还是简单，因此门槛也不高，但如需用大规模商用就要考虑产品转换效率，工作温度，电磁辐射，待机功耗，使用寿命，工作稳定性及成本控制等综合因素，当然还有一点也很重要，就是产品的专利侵权问题，如在国内销售，在国内知识产权保护较落的国情来看这个很多商家似乎没有放在心上，如果是大规模出口，就会侵害到专利商家的利益，建议考虑申请专利保护，因为这种案子在我们身边有发生过。
前面有提到ＱＩ标准主要是为统一全球无线充电标准，且主要针对通用数码产品，但针对其它行业产品或定制电子产品则可以不考虑这个标准，像玩具，电子工艺品，水下电子产品及其它产品上，其目的只要注重整体性能的实现和成本可行性就可以了，这也是目前无线充电用量最大的一块的应用市场，据此影响，国内各技术方案商家也都闻讯介入无线充电方案研发，短时间内爆出多家无线充电技术方案提供商，当然其中不乏为利益驱使者炒用第三家方案为已用的方案商家，总而言之，现在多数的无线充电方案商技术水平和稳定性都参差不齐，对外报价也更是创新低，严重扰乱了客户商的选择性和产品质量可靠性，那么怎样选择一款适合自已，质量又有保证的无线充电方案或模块呢！以下从５个方面阐述无线充电方案或模块的几个参数要点，供您参考：
一，转换效率；
按目前感应式充电原理技术转换效率一般在50%-80%之间，能达到７０%以上效率方案已算是很不错的，这个不仅涉及到硬件电路设计技术及低功耗元器件的选择，还有软件的设计，软件设计技巧可以更好调配电路谐振比较参数从而使效率达到最佳转换，这里说的转换效率是以无线接收输出功率除以输入功率得到的百分比：
例无线充电方案工作电压标称输入是ＤＣ１２Ｖ１Ａ，无线输出是５Ｖ1A。实测在无线接收输出是５Ｖ５００ＭＡ时，输入端为１２Ｖ２
８０ＭＡ，则此方案效率（５*０.５）/（１２*０.２８）＝０.７４，得转换效率为７４%。
针对这点补充说明就是测试时线圈是相对最佳对应状态，如有偏差输出功率都会有所变动。
二，充电距离：
现无线感应式原理实现的功率在５Ｗ内无线充电方案距离都在3-7mm间，最佳距离在3-5mm,更大功率方案相对线圈直径和线盘直径都会增大，因此发射和接收的距离也相对可以会远一点。
三，工作温度：
以现在手机无线充电产品为例，一般功率在２－５Ｗ间，７０%效率温度一般能控制在４０度左右，用手摸上去只是温温的感觉。一般转换效率低的方案温度都普遍会高些，因为散失功率都变成热能了，四, 配置隔磁片-----提效降温避磁辐射
电磁感应原理实现无线供电其谐振频率都在５０－５００ＫＨＺ间，属于医用频率，磁辐射本身对人体谈不上什么危害，但如果磁辐射屏蔽不好会对产品带来潜在安全隐患，因线圈一般是贴在产品上，产品中的电池及其它导电体都会吸收发射线圈辐射过来电磁能量，时间长了温度会慢慢增高，进而会烧坏产品而对人体造成安全危害，因此我们的无线充电方案线圈上原则上是一定要附上隔磁片，隔磁片的应用可以说在无线充电方案中是尤为重要的，它不仅是为了隔磁避免辐射产品，更是为整个产品的综合效率性能发挥重要作用，隔磁片通常分别是被放置在两线圈的底面和顶面，这样使电磁能量被包裹在中间，进而也提高了效率降低了温度，隔磁片质量也有优劣之分，质量好的隔磁效果明显，一般铁氧体效果相对较好，价格也相对较贵，普通隔磁片漏磁相对大，其整体性能也打些折扣，有些廉价无线充电模块是没有配备这个隔磁片的，这样有相当部分磁能向四周散射掉或被其它器件吸收了，相应发射端要提供更多的能量才能保证接收端有足够的功率，所以如果只是从仪表上测试其输出功率是难于评估整体性能的。
五，待机功耗及使用寿命
待机功耗和整个电路软硬件设计技术水平及元器件质量（包括隔磁片）的选取有关，相同输出功率条件下待机功耗越小说明产品综合性能相对越优越，尤其是针对一些发射装置要长期通电待机的产品一定要留意这个参数，待机电流小不仅能节省能源而且直接影响到产品寿命，当然有一点要明白待机电流和方案的总输出功率有一定正比关系，就是方案输出总功率越大，一般待机电流也相应会大，那你们一定会问，多大的功率待机功耗多大才算是比较好的呢，这个不好定论，如果是在确定了最佳充电距离和转换效率的前提下，以我目前的了解，无线充电接收额定输出功率有3W的待机功耗应在0.5W内是比较正常的。大家数据上可能不太好抓，最好的办法就是长时间上电烧下机看温度越低越好。
通过以上５点对无线充电方案参数的介绍，我们可以大至总结一下选取一款可靠的无线充电方案的方法：
１.如果你的产品是要出口，最好先向你的供应商确认一下是否能提供专利侵权保护，因为无线充电在国外很多国家已有专利，所以如果不小心被告侵权，结果会相当麻烦。（我们国内的专利我就不提了）
２.其次就是是否配置隔磁片，这点很重要，对产品性能和成本都是重要指标，３.拿回样品先测试待机电流和标称距离内测试输入和输出功率的对比，计算出转换效率。
４.对产品进行实际烧机测试，烧机可分为发射部分待机测试和加上负载工作测试，加上负载测试时应在不同阶段测试产品线圈接合面的温度及检查其它个别位置的温度是否过高。
５.全程监测产品充电的稳定性，是否存在充电途中掉电和电压飘浮现象出现。
６，计算出实际充电时你的产品充满要多少时间，这样可以得到方案板的实际无线充电功率。
以上几点是对无线充电方案大致评估方法，如果是针对不同产品的无线充电方案还有一些细节需要注意，像如是给一些小玩具或小电子产品做无线充电，一般用量比较大，相对要求功能简单成本低，这些可以用一些集成好无线充电模块即拿即用，有一点注意就是一般集成好的模块内置参数都是按一个默认的距离和功率调置好的，包括线圈也是根据感量配好的，所以这个配好的距离和参数严格意义上讲不一定就适应于你的产品要求，简单的打个比方就是你开辆大巴车可以到北京，开辆QQ也能到北京，目的都能实现，但油耗却是不同，你一个人就比较适用QQ车了，所以针对不同产品充电距离和功率要求都有差异，这时如模块能方便的对这些参数进行调节就更适合你的产品了，说白了，把油耗调下来，也就是待机电流在你要的功率条件下调到最小，不多浪费一滴油。
如果是用在贵重些的数码电子产品上，像手机 相机 MP3 MP4等等，这些产品的充电底板往往是可以共用的，且是生活中随身携带的产品，故安全性要求更高，选择这类产品无线充电方案时除了要综合考量以上提到的几点硬件参数外，还要考虑到方案是否带有充电智能管理和安全识别功能。充电智能管理就是产品对充电设备具有自动控制功能，如被充设备充满后或被充设备从充电底板拿走后会自动断电或休眠等功能，此功能能更好的做到环保省电，安全方便。
安全识别功能，因为现无线充电是利用电磁感应原理实现电能传输，所以电磁波对金属或导电液体很敏感，因此，如果在开电情况下，在发射装置上放置金属导电物体，像铁块，电池，裸手机，钥匙等物体时，他们便会吸收电磁能量，然后转为热能，时间一长温度会逐渐增高续而带来安全隐患，所以安全识别功能就是发射底板对这些物体具有自动辩识功能，只有原配接收放上去后才会工作，其它物体都不会有任何的应。
无线技术春暖花开前端模块行情看涨 第3篇
未来几年，SiGe将继续开发技术领先的产品，为上述市场的消费产品实现更进一步的创新。例如，与合作伙伴和客户协同进行蜂窝定位(cellular positioning)软硬件解决方案的集成工作。这种技术能在不影响蜂窝手机尺寸和电池寿命的情况下，支持基于位置(location-based)的定位服务。此外，SiGe的产品也支持更高层次的协议集成，例如在PDA等消费产品中支持Wi-Fi、蓝牙和GPS服务。
WiMAX水到渠成
SiGe半导体公司首席执行长Jim Derbyshire与我们分享了他对无线应用市场的观点：WiMAX将成为不容忽视的技术，因为多种“杀手级应用”正在促进其推广采用，而且就技术层面而言，基本上也已准备就绪。加上硬件供应商和新兴的网络运营商参与意愿的提高，都是WiMAX迅猛发展的催化剂。Derbyshire表示，初期推出的WiMAX应用将是宽带架构的一种延伸，尤其是对那些固网设施还未充分发展起来的国家(如：中国、印度和巴西)来说，只要采用WiMAX，这些国家的用户便可略过简单的固网线路，而直接采用宽带。
此外，WiMAX更可提供低安装成本的无线“都市以太网”(Metro Ethernet)单点对多点链路，特别适用于2G/3G安装点或Wi-Fi热点(hotspot)的“回程传输”。因此SiGe认为，在2006年，移动WiMAX将会有显著的进展，到2007年即可面市。移动WiMAX将以一种长距离“热点”的概念引入市场。作为3G技术的替代品，虽然它并非真正的移动技术，而只是一种便携技术，但在带宽和成本方面却具有优势。WiMAX已开始获得市场接纳，2006年将是其基础设施安装及系统试运行的一年；如能证明其获得市场认可，将会令人非常振奋。
为支持WiMAX发展，SiGe半导体在市场上提供完整的收发芯片组，并与日本富士通公司(Fujitsu)合作，推出一款参考设计，作为开发具有WiMAX功能的宽带接入系统的投产蓝图。在SiGe的努力开发下，这种芯片组正逐步集成在一些最早投入市场的WiMAX设备中。
802.11n跃升新宠
与WiMAX并行发展的是Wi-Fi，后者将继续成为2006年的热门话题。WLAN将继续呈现上升走势：其中802.11abg虽然势头不若以往强劲，但仍保持稳定增长；而后起之秀的802.11n标准兼具类似于超级宽带(UWB)特性，提供更大的无线网络覆盖范围和更强的数据吞吐能力，同时也向后兼容全球众多的现有WLAN设施。在新的一年将会大受市场欢迎，以惊人力道劲扬，一如当初802.11abg的发迹过程。
802.11n的出现，令802.11产品变得多样化，摆脱以标准“数据”为中心的应用(如因特网)，并进入其它主流消费市场如媒体传播。802.11n标准打开的市场商机将可使现有WLAN的市场份额立马翻一倍。最后，3G手机将仍然是一项热门技术。新的手机将支持面向全球运行的多蜂窝标准，以及新的Wi-Fi、蓝牙(Bluetooth)和全球定位系统(GPS)服务。对于需要WLAN和蓝牙功率放大器的应用，SiGe半导体提供完整的无线射频(RF)前端模块方案，集成了无线收发器件和天线之间所需的电路。SiGe向OEM厂商提供可立即投产的RF解决方案，帮助他们缩短设计时间和简化产品制造。
GPS扎根手机领域
“强力推广运作，是否真能创造或刺激市场需求？”相信是所有供应方关注的问题；历经几年蕴酿的GPS也不例外。在GPS上布署甚早、体验深刻的SiGe表示，经过长时间的努力，GPS终于开始渗入手机领域，2006年将有几款中等档次的GPS电话推出，预料这将推动消费者对GPS的认可，并增加手机内的芯片容量，提高服务供应商的营收。“这从市场对闪存技术需求的日益增加就可窥见端倪”，Derbyshire说，“闪存对SiGe多种应用领域具有指标性意义，尽管我们并不生产这些器件，但一直密切关注其供应情况。”Derbyshire认为，如果受限于生产能力而使供应速度减慢，那么相应产品的销售量也会随之下滑(尤其是手机)。
SiGe持续面向GPS市场扩充接收器产品系列，为制造商提供最有效的途径，以满足业界对个人导航和应急定位服务不断增长的需求。SiGe半导体的PointCharger GPS接收器现已支持一系列相关应用，包括手持系统和车载系统、手机、嵌入式设备，以及基于软件的GPS产品。其GPS接收器均采用高性能的架构，能确保精准可靠的定位能力，并可在产品尺寸、电池寿命和价格方面满足特定的应用要求。一款名为SE8901L的蜂窝定位系统即是很好的例子，它具有独特的接收器IC和软件架构，能让手机制造商在其产品中以低于5美元的成本集成GPS功能。
无线数据采集模块设计 第4篇
在工业控制现场,常常需要采集大量的现场数据,如温度、湿度、速度、压力等,并将这些采集的数据传输到主机进行处理。目前数据的传输基本是基于有线的网络,如RS 485,CAN等。这些有线的网络一般具有成本比较高、维护不方便等缺点。而无线传输相对具有一定的优势,如成本低、可靠性高、效率高、维护方便等,并且不受地理环境和地面状况的影响,尤其适合在野外或者不便于铺设线缆的地区进行数据传输和采集。针对这些特点,设计了一种采用无线传输方式的无线数据采集模块。
2 硬件设计
本文中采用555定时器为主体的无线数据采集模块,成本较低且适应性较强,利用通用ISM数传频率433 MHz作为传输信道。
如图1所示为发射板的设计框图。通过传感器1、传感器2、传感器N将工业控制现场的信号采集回来,经过由555定时器组成的多谐振荡器,通过模拟开关选择通路,将这些信号转换成频率信号,再将这些频率信号通过高频载波发射出去。其中调制方式采用幅移键控方式(ASK)调制,然后由声表面波(SAW)振荡产生433 MHz的高频信号载波发射。
图2所示为具体设计的信号转换电路原理图,可分为3部分来叙述。
2.1 信号变换原理
利用555定时器组成的多谐振荡器实现R-f变换。R1为调节频率高低输出的精密匹配电阻,电压输入端口CVOLT接一个0.01 μF的电容器C1到地,起谐振作用,以消除外来的干扰,确保参考电平的稳定。R1,R2,RT1(R3或R4)、C2组成多谐振荡器的主要参数元件,最后得到的方波频率信号由LM555芯片的第三引脚输出。
2.2 通道的变换
图2中CD4052为CMOS双4选1双向模拟开关,有A,B两个二进制控制输入端和INH输入端,当INH输入端=“1”时,所有的通道截止。此处只选用一组,另一组为以后增加检测项目提供了冗余。R3,R4和R7为测量单元,分别为传感器1、传感器2和传感器3,用来采集工业现场的数据,定义采集数据为参数1、参数2和参数3。对于需要采集更多的现场数据,可以选用其他的模拟开关,例如CD4051为8选1模拟开关,然后增加测量单元(传感器)的个数就行了。考虑到成本问题,不用MCU控制模拟开关CD4052的两个控制输入端A和B,而选用14级二进制计数/分频/振荡器CD4060,12引脚R为高电平时,计数器清零且振荡器使用无效。CD4060由振荡器和14级二进制串行计数器组成,振荡器的结构可以是RC或晶振电路。如果选用RC振荡,则频率不稳定,但频率灵活,变换R和C就可得到想要的频率;晶振稳定,但频率受到晶振标准频率的限制。介于开发设计阶段,所以选用频率灵活可变的RC振荡。
2.3 通道的区分
图2中CD4060的7引脚Q4和CD4052的4引脚Y3相连,起到了同步发射标志的作用,即同一组参数(参数1、参数2和参数3为一组,参数1′、参数2′和参数3′为另一组,以此类推)分时的用同一信道发射。
由于工业控制现场的数据传输大部分采用远距离的无线传输方式,要想达到较高的可靠性和高效率,对发射板来说,要求有足够大的发射功率,而对于接收机,则要有尽可能高的接收灵敏度,根据实际需求来选择合适的接收模块。图3为接收处理系统的设计框图,预期完成微处理器模块与接收模块和其他器件的设计,完成对信号的处理,数据显示以及与上位机的通讯等功能。
3 软件设计
本次设计的软件系统采用功能模块化设计,虽然会稍微增加软件代码的长度,但是有利于软件的维护、管理和移植。系统对每个功能程序进行资源的统一配置,对已知的检测设备的算法进行分类,用户可在程序菜单中调用相关的功能。系统运行时,对不用的功能模块进行关断处理,节省系统的功耗,限于篇幅从略。
4 结 语
本文介绍的无线数据采集系统对于其他无线数据采集传输的应用具有一定的参考价值,有较强的可移植能力,通过适当改变硬件配置,比如更换测量单元传感器的类型,以及适当的修改程序,就可以应用于工业数据采集、无线远程抄表、远程监控、智能家电等领域,具有广泛的应用前景。
摘要：在工业控制领域,常常需要采集大量的数据,然后传输给主机进行处理。这些网络多基于有线传输,在使用中有很多缺点,而无线传输具有成本低、效率高、维护方便等优势。这里介绍一种以555定时器组成的电路为主体的多参数无线数据采集模块,可对温度、压力等多种参数进行采集,并分时地用同一无线信道进行传输,有着广泛的应用前景。
关键词：无线数据采集,无线传输,参数采集,555定时器
参考文献
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一种无线射频通信模块的设计与实现 第5篇
关键词：UCard,无线通信,ISO18000-7
1引言
随着无线射频技术的不断发展,通过将射频识别技术、磁电技术、计算机技术和IC卡技术结合起来,解决了无源、低功耗和免接触这一难题,克服了接触式IC卡由于存在机械接触,容易造成磨损以及由于接触而产生各种故障的问题。非接触式智能卡是根据射频电磁感应原理产生的。它的读写操作只需将卡片放在读写器附近一定的距离之内就能实现数据交换,无需任何接触,使用中非常方便、快捷,不易损坏。因此,在收费站、超市、公交、无线抄表、门禁系统、小区传呼、水文气象监控、机器人控制等管理、娱乐场所等方面应用前景越来越广阔。
本文主要内容是设计UCard无线射频通信模块,UCard无线射频通信模块为UCard提供了方便、可靠的无线接口,设计相应的简单通信协议后,这些可以互相通信的Ucard构成通信网络进行信息共享。非接触式UCard的无线接口将实现通过频率为433MHz的载波频率与读写器进行数据交互的功能,并且通过软件方式实现了ISO18000-7协议标准。
2无线射频芯片选型
nRF401芯片是NORDIC公司最新推出的无线收发一体芯片,包括了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制、FSK解调、多频道切换等模块。nRF401采用抗干扰性能力强的FSK调制方式,采用DDS/PLL 技术使芯片工作频率稳定可靠,外围元件很少,功耗极低,适于手持及便携式产品的设计,并且由于采用了低功耗设计,高接收灵敏度的设计,满足无线管制的要求,无须使用许可证,因此在目前的低功耗无线传输设备的选用时具有很大的优势。nRF401芯片引脚如图1所示。表1为nRF401的引脚功能表。
3无线射频通信模块设计
UCard无线接口与读写器之间的通信采用主从方式进行通信,在主从通信方式下:读写器首先发出指令信息,然后监测UCard无线接口的响应信息。UCard与读写器的工作流程如下:处于接收模式下的非接触式UCard进入读写器的射频信息有效范围后,将收到读写器的广播唤醒信息。非接触式UCard收到该广播唤醒信息后,对该信息进行响应:发送带有本UCard ID号的响应信息给读写器。这样读写器和UCard之间就建立了一对一的连接关系。连接关系建立后,读写器要给UCard发送信息的时候,必须根据在指令中包含目的UCard的ID号,而UCard在收到点对点信息会对该信息的目的ID号与自身的ID号相对比,据此判断是否对该信息作出相应。UCard无线模块状态流程图如图2所示。
4 ISO18000-7协议的实现
实现ISO18000-7协议的难点在于:ISO18000-7协议的脉冲宽度不是固定的。目前国内外采用硬件方式实现ISO18000-7协议比较困难。所以决定采用软件方式来实现ISO18000-7通信协议。软件方式实现ISO18000-7协议在发送时候,采用程序控制输出端口的方式来控制输入到nRF401的波形符合ISO18000-7协议的要求。其具体工作原理为:通过设置AT89C51的内部定时器使其按照预定的时间产生中断,当产生中断时候将AT89C51的输出端口置反。这样,通过定时中断的方式可以将既定波形输入到nRF401的输入端口中,nRF401将输入的波形经过FSK调制后发送出去。在接收端采用软件方式接收的时候,当单片机控制nRF401的TXEN引脚使其进入接收状态的同时将定时器设置为每1us产生一个定时中断,在中断处理程序中对nRF401的输出端口进行采样检测,将采样到的电平序列存储起来,然后对电平序列进行软件解码的工作。
AT89C51单片机内部有两个16位定时器/计数器T0和T1,均具有4种不同的工作方式,用户可通过对特殊寄存器的编程,方便地选择适当的工作方式及设定T0或T1工作于定时器还是计数器。对定时器/计数器的工作模式,工作方式的设定及控制是通过方式选择寄存器TMOD和控制寄存器TCON这两个特殊功能寄存器来完成的。T0和T1都具有4种工作方式,本设计使用T0的工作方式1来实现定时功能。将M1M0(TMOD的D1和D0位)=01时,定时器/计数器设定为工作方式1;将GATE(TMOD的D3位)和C/ (TMOD的D2位)都分别设为0:设置T0为定时器,并使得定时器T0可以由程序控制启动。所以将TMOD设置为0x01。
本设计AT89C51单片机选择12MHz晶振,则定时器的计数频率为1MHz,机器周期为:1/1MHz=1us。要使得定时器每隔t us产生一个定时器中断则要设定加法计数器的初始值为:(216-t)=(65536-t)。所以,TH0=(65536-t)/256; TL0=(65536-t) %256。
图3为中断服务程序流程图。可以看出采用软件方式输出符合ISO18000-7协议脉冲的具体思路:当进入中断服务程序时,首先根据本次脉冲要保持时间来设置T0定时器的加法寄存器,然后将P1.0取反。这样就可以控制生成相应的脉冲信号输入到nRF401的输入端口。中断服务程序中根据t_flag的值来判断本脉冲需要维持的时间,通过计算后对定时器T0的加法计数器进行设置。
5结束语
在UCard系统中加入无线收发模块不但可以克服掉原有的接触式智能卡的缺点,通过结合实际的芯片选型,对UCard的无线通信模块进行了设计,在该模块下如何采用软件的方式来实现该模块相应的低层通信协议,对UCard系统本身有着重要的应用意义。
参考文献
[1]黄智伟,李富英.基于射频收发芯片nRF401的计算机接口电路设计[J].微电子学与计算机,2005,5.
基于GPRS的墒情传感器无线模块 第6篇
首先分析农田环境的应用特点, 则基于无线传感器网络的农田环境监测系统有以下几个主要的典型特征:应用环境可知性;充足的太阳能资源;作物具有固定的生育周期;应用环境动态变化;农田基础设施少。另外, 农田机械的田间作业和各种天气条件也是需要慎重考虑的重要因素。
农田监测系统主要由监测网络和远程数据中心两部分组成。无线传感器监测网络由分布在农田中的多个传感器节点组成, 传感器能实时地采集土壤湿度的数据, 并通过ZigBee无线通信协议组建的网络, 把节点数据传送至路由网关, 再由网关节点把数据通过GPRS转发到远程数据中心。而远程数据中心主要负责的内容包括数据的收集、存储、处理、分析等工作。
2 墒情监测网络设计
2.1 传感器节点
(1) 硬件设计。传感器节点以Jennic公司的JN5139无线微处理器模块为核心, 扩展了通信接口、总线接口、传感器接口和供电接口设计。Jennic公司的JN5139是IEEE802.15.4和Zig Bee低成本低功耗微控制器, 它集成了32位RISC处理器、完全兼容的2.4GHz IEEE802.15.4收发器、192KBROM、96KB的RAM以及丰富模拟和数字外设, 对成本敏感的ROM/RAM架构支持存储系统软件, 包括协议堆栈、路由表格以及应用代码/数据。
(2) 电源管理设计。由太阳能和锂电池构成的电源对系统提供的输入电压是3.7v, 而设备所需电压为3.3v及5v。用RT9193-3V3将锂电池的3.7v的电压稳定在3.3v, 并对JN5139芯片、Flash、时钟及RS232串口供电。而墒情传感器的供电电压是5v, 所以用CE8301C50M对3.3v进行升压, 使得电压满足墒情传感器的供电电压。在升压前加一个芯片RT9193-3V3作为开关, 由JN5139的一个I/O口控制开关, I/O输出为高电平时, 芯片RT9193-3V3输出为3.3v;I/O口输出为低电平时, 芯片RT9193-3V3输出为0v。这样可以使得在墒情传感器不工作时, 升压电路部分减少能耗, 达到低功耗管理电源的设计目的。
(3) 传感器选择。土壤湿度传感器采用了基于半导体PN极测量原理的FDS100, 主要技术参数见表1。
(4) 板载软件设计。无线传感器网络应用短距离无线通信技术, ZigBee协议是由ZigBee联盟制定的用于短距离无线通信技术标准之一, 该协议主要用于低功耗、低成本设备的低速互联, 符合农田监测网络的应用要求。
程序流程图如图2所示:
2.2 网关节点
与传感器节点相比, 网关节点要求较强的处理能力和速度, 因此选用了具有丰富片上资源的微处理器为核心, 根据功能需求对硬件通讯接口进行了扩展, 网关节点结构框图如图3所示:
3 人机界面的实现
3.1 主要功能
基站数据管理软件主要实现的功能包括数据的接收、存储和时空分析, 根据功能需求主要划分为数据接收模块、数据库存储模块、检测量时间变化分析模块、检测量空间变异分析模块这四个模块。
4 结语
该土壤墒情传感器无线模块主要完成了以下工作任务:
(1) 节点模块的硬软件设计, 采用jennic公司的无线传感器芯片构建了节点的硬件模块, 主要负责土壤温度的采集和简单的处理。
(2) 网管模块的硬软件设计, 同样采用了jennc公司的芯片构建, 主要负责与节点模块进行通讯, 进一步对墒情数据进行存储和处理。
(3) 采用zigbee构建的无线传感器网络是一种自适应式的组网方式, 使得该网络更加稳定可靠, 并且成功地加入太阳能电池这一节能元素, 使得该无线模块能更好地适应野外的恶劣环境, 取得预期的效果。
参考文献
[1]蒋挺, 赵成林.紫蜂技术及其应用[M].北京:北京邮电大学出版社, 2006:8-23.
[2]探矽工作室.嵌入式系统开发圣经[M].北京:中国铁道出版社, 2003:395-424.
嵌入式系统的无线通信模块研究 第7篇
随着社会生产生活自动化程度的提高, 需要远程监控, 操作和维护的设备越来越多。按照传统方式进行分散维护和人工操作, 不仅浪费人力, 物力, 而且可靠性差, 已经不能适应社会发展的需要。为确保各种远程终端系统的高效稳定运行, 对系统的维护管理工作提出了新的更高的要求。而另一方面Internet已经成为社会的基础设施之一, 如果将各种远程终端系统接入Internet, 则可以通过网络进行过程监督和指令发布。
利用GPRS网络的嵌入式系统的无线通信模块, 使得各种嵌入式终端接入Internet, 可以方便快捷的对各地的嵌入式终端进行过程控制和信息发布。
2 嵌入式系统的无线通信技术的发展历程
从二十世纪七十年代人们就开始研究无线通信, 到二十世纪八十年代的无线通信技术是和以太局域网发展联系密切, 遵循了IEEE802.3标准, 虽然比“有线”使用起来方便灵活, 但直接架构于802.3上的无线网产品存在着易受其他微波噪声干扰, 性能不稳定, 传输速率低且不易升级。1997年IEEE通过了802.11标准, 无线通信和有线通信协议开始兼容。
随着嵌入式操作系统的发展, 以及无线通信技术的进一步普及, 以嵌入式操作系统为平台的无线通信技术越来越受到重视【1】, 目前运用在嵌入式系统中的无线通信方法有:
2.1 红外
红外线是波长在750nm至1mm之间的电磁波, 频率高于微波而低于可见光, 是一种人的眼眼看不到的光线。红外传输功能比较单一, 采用点对点的传输方式, 无线, 距离不能太远, 在路径上也不能绕弯, 要对准方向, 且中间不能有障碍物比如不能穿墙而过, 无法控制信息传输的进度。目前无线电波和微波已被广泛应用在长距离的无线通信中, 但由于红外线的波长较短, 对障碍物的衍射能力差, 只适合应用在需要短距离无线通信场合点对点的直线数据传输。
2.2 蓝牙
蓝牙, Bluetooth, 也是一种短距离无线通讯技术【2】。开发之初技术即被定位为允许不同工业领域之间的协调工作, 实现各不同领域系统之间的良好交流, 例如计算机, 手机和掌上电脑, 汽车等不同行业产品之间的通信。
蓝牙相比红外传输距离长, 蓝牙传输加强信号可达100米, 速度也快, 在使用范围方面, 红外线技术一般适合于低成本、跨平台、点对点高速数据连接, 尤其是嵌入式系统, 而蓝牙就不同了, 蓝牙技术是作为一种“电缆替代”的技术提出来的, 可应用设备的范围非常广。
2.3 Zig Bee无线数据传输技术
Zigbee是IEEE802.15.4协议【3】的代名词, 基于此协议的短距离, 低功耗的无线通信技术。主要用于自动控制和远程控制领域。在家庭自动化控制和工业遥测遥控领域, 相比蓝牙技术组网技术复杂, 组网规模小, 距离短, 规模小的特点, Zigbee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术。
2.4 无线局域网
无线局域网是应用于局域网组建的无线通信技术, 无线局域网络采用射频RF的技术取代双绞线, 使局域网中的网络设备具有灵活性和移动性, 使局域网的组建和维护方便快捷, 使局域网的规划和调整简单容易, 使局域网容易扩展, 给网络用户带来了更多的快捷。
无线局域网的应用领域是很广泛的, 也应用在各种嵌入式系统中, 多是人们生活领域中的嵌入式系统。
2.5 蜂窝网络
主要有第二代移动通信中的GSM, GPRS和CDMA技术, 第三代的TD-SCDMA, CDMA2000和WCDMA【4】。
GSM全球移动通讯系统, 是继第一代模拟移动通信系统之后的第二代移动通信技术。模拟移动通信系统不能实现全球通用, 因此从欧洲电信运营部门研制泛欧数字移动通信系统的技术规范开始, 美国等渐渐研制出通用的移动通信技术标准, 直至现在全球通用的GSM通信系统。
GPRS通用无线分组业务。GPRS作为在GSM网络上发展的数据传输业务, 是现有GSM网络向第三代移动通信演变的过渡技术, 它在许多方面都具有显著的优势。
CDMA码分多址技术, CDMA采用与TDMA, FDMA不同的码分多址原理允许所有用户同时使用全部频带, 其系统容量和话音质量在蜂窝系统中是最优的, 它将是未来无线通信的主要技术。
总之, 无线通信领域各种技术的互补性日趋鲜明。这主要表现在不同的接入技术具有不同的覆盖范围, 不同的适用区域, 不同的技术特点, 不同的接入速率。
3 基于GPRS的嵌入式系统的无线数据通信技术现状与发展趋势
自从GPRS无线通信技术从2002年正式投入商用以来, 尤其是在和各种嵌入式系统终端设备结合后, 它的应用领域越来越广泛, 已经不单是用在电信营运方面了, 近几年来GPRS无线通信技术已经用在了电力负荷管理系统, 工业生产中的废水处理系统, 路灯监控系统, 自来水的抄表收费系统等等, 这些都是GPRS和嵌入式控制系统的综合应用, 给人们生活带来的极大地方便。嵌入式系统基于GPRS进行的无线数据通信技术日趋成熟。
尽管如此但是还是有很大的发展空间, 像物联网技术发展的智能家居, 智能医疗, 智能交通等等都可以使用移动网络来进行嵌入式系统和中心服务器端的通信。
4 嵌入式系统的无线数据通信的关键技术
研究过程中用到的关键技术主要包括GPRS终端的硬件电路设计、基于GPRS的通信协议的设计及基于Linux操作系统的终端应用程序的设计等。
GPRS终端的硬件电路设计包括选择何种微处理器, 何种Flash存储器和串口通信模块以及它们之间的连接。需要考虑程序存储器中存放的信息, 微处理器采用的指令集, 以及通信模块的各个技术指标比如传输速率等等。
通信协议的设计是重点内容, GPRS技术是移动通信技术和IP技术相结合的产物, 数据在传输过程中遵循TCP/IP协议, 中心服务器端有固定的IP地址, 而被监控终端的IP地址是浮动的, 因此通信协议的设计是基于GPRS移动网络的通信协议设计。
中心服务器端应用程序的开发设计可以采用可视化编程语言Visual C++开发, 提供一个可视化的操作界面, 以便直观、方便、快捷地了解远程数据终端传输数据的状态, 实现与GPRS终端的通信。
具体工作过程有:研究ARM7系列微处理器芯片的指令, 以完成Boot Loader功能;建立交叉编译开发环境, 在基于ARM7核心的硬件平台上移植Linux操作系统, 并进行配置编译;研究无线模块的AT指令集;研究PPP协议的工作过程;研究中心服务器端应用程序的开发, 完成GPRS终端的软件功能。
5 嵌入式系统的无线数据通信研究成果的应用前景
中国的GPRS网络是目前世界最大的移动通信网络, 覆盖全国的网络成为一种可持续利用和开发的资源。嵌入式系统无线通信技术的应用领域非常广阔人们会发现, 被移动信息化武装起来的智能家庭, 智能商业, 智能交通陆续呈现在我们的面前, 融入生活中的每一个角落。随着越来越多的无线通信功能的设备进入我们的生活, 开发出性价比高的GPRS无线通信平台有着重要的意义。
6 结论
随着嵌入式操作系统的继续发展, 以及无线通信技术的进一步普及, 以嵌入式操作系统为平台, 依赖于无线网络数据传输的移动终端逐渐成为IT新的发展趋势。
摘要：随着社会生产生活自动化智能化程度的提高, 需要远程监控, 操作和维护的设备越来越多。如何将各种嵌入式终端无线接入Internet, 对各地的嵌入式终端进行过程控制和信息发布, 是实现自动控制的关键。基于GPRS网络的嵌入式系统无线通信技术可以方便快捷的将各地的嵌入式终端接入Internet。
关键词：嵌入式系统,无线通信,GPRS网络
参考文献
[1]张培仁.嵌入式微处理器原理、系统设计与应用[M].北京:清华大学出版社, 2007:2.
[2]金纯.蓝牙技术[M].北京:电子工业出版社, 2001:65-129.
[3]瞿雷.zigBee技术及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2007:20.
无线模块 第8篇
无线传感网络作为集计算机、传感器、无线通信技术于一身的新兴技术，是目前国内外研究的热点。它是由部署在监测区域内的大量微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成一个多跳自组织网络，在军事和民用领域都有着广阔的应用前景，如军事侦察、环境监测、医疗监护、空间探索等，成为信息技术的一个新的应用领域[1,2]。MICA2是由美国加州大学伯克利分校和克尔斯博(Crossbow)公司联合开发的微尘传感器(MOTE)节点[3]，具有低功耗、小体积、可扩展性、和无线通信能力等特点，广泛用于无线传感器网络的研究。它采用两节5号电池供电，带有微处理器和无线通信单元，可以通过扩展接口连接不同的扩展模块，实现诸如温度、湿度、光线强度等不同物理参数的测量。本设计为MICA2传感器节点设计语音扩展模块，使其具有采集和播放语音能力，从而为扩展其应用范围提供了可能。
1 语音模块的设计
我们设计的语音模块主要由语音A/D转换、语音压缩与解压缩、语音接口三部分构成。其逻辑结构如图1所示，其中AD73311L[4]是美国模拟器件公司生产的一款低功耗音频A/D转换芯片，片内集成了16位ADC和DAC模块，可编程设置采样速率，并且内置增益可程序调节的运算放大器;AMBE-2000[5]是美国DVSI(Digital Voice Systems,Inc.)公司推出的单片声码器芯片，采用改进的多带激励(MBE)算法实现可变速率、低比特率、较高音质的语音压缩编码和解码;FPGA是MOTE与AMBE-2000和AD73311L之间的接口电路，实现数据串/并转换与控制。在本设计中FPGA选用美国Altera公司MAX II器件系列[6]的EPM240芯片，其内部逻辑功能的设计是本设计的关键。
图1语音模块逻辑结构(参见右栏)
图2给出了MOTE采集和播放语音信息的工作流程图。下面结合图1描述其工作过程。若开关BTN_REQ被按下，则表示发话人请求采集语音，此时FPGA向MOTE申请开关中断INT_BTN;MOTE响应此中断，向FPGA写入AD73311L启动ADC的控制字;这些控制字由FPGA转换为串行数据后，经多路选择器送入AD73311L;随后AD73311L开始采集语音，MOTE以LED灯提示发话人。
微型话筒输入的模拟话音通过放大电路放大之后输入AD73311L;AD73311L将其转换成速率为128kb/s的16位线性PCM格式的数字语音位流，通过串行数据输出线SDO和在串行位时钟SCLK和帧同步SDOFS控制下送到AMBE-2000;AMBE-2000将该数字语音位流压缩成数据速率为2.0～9.6kb/s的每帧24字(每字16位)的压缩语音帧流，在位时钟CH_T_C、字同步CH_T_S和帧同步EPR控制下，通过数据信号线CH_T_D串行输出到FPGA;FPGA将该串行的压缩语音数据转换为16位并行字，利用接收中断INT_RX通知MOTE读取压缩语音数据字。发话人通话结束只需松开BTN_REQ开关，FPGA再次向MOTE产生开关中断INT_BTN,MOTE响应开关中断，通过FPGA向AD73311L写入控制字，停止AD73311L的A/D转换工作，熄灭LED指示灯。
MOTE需要播放语音时，首先启动AD73311L的D/A转换工作，然后经FPGA向AMBE-2000发送压缩语音数据;压缩语音数据经AMBE-2 0 0 0解压缩后交给AD73311L，由AD73311L将其转换成语音模拟信号，再经放大器放大送至耳机播放;播放结束时停止AD73311L的D/A转换。具体发送压缩语音数据过程如下：MOTE分两次向FPGA写入一个16-位压缩语音数据字，FPGA每接收一个完整的压缩语音数据字后，将其转换成串行数据位，经发送数据线DATA_TX传至AMBE-2000。FPGA每发送完一个压缩语音数据字，就产生发送中断INT_TX，通知MOTE发送下一个压缩语音数据字。
2 语音接口的FPGA设计
从前面分析可知，语音接口需要实现以下功能：
(1)发送AMBE-2000压缩语音数据-将来自MOTE的压缩语音数据进行并/串转换后发送给AMBE-2000;
(2)发送AD73311L控制命令-将来自MOTE的控制字进行并/串转换后发送给AD73311L;
(3)接收AMBE-2000压缩语音数据-将来自AMBE-2000的压缩语音数据进行串/并转换后交给MOTE。
其中，(1)和(2)定义为接口的发送功能，(3)为接收功能。实现这些功能的FPGA内部逻辑结构如图3所示，其中，移位输入寄存器SIR和数据输入寄存器DIR组成接收数据通路;数据输出寄存器DOR、移位输出寄存器SOR和两个多路选择器构成发送数据通路;控制寄存器CR保存接口控制命令，如启动/停止接收(CR.RX);状态寄存器SR保存接口当前工作状态，如发送出错(SR.TX_ERR);控制逻辑CL对发送数据通路和接收数据通路进行控制。
语音接口FPGA设计的关键是控制逻辑CL的设计。控制逻辑包括发送有限状态机(FSM_TX)和接收有限状态机(FSM_RX)。由于接收功能相对简单，而且接收AMBE-2000压缩语音数据与发送AMBE-2000压缩语音数据的过程控制类似，下面仅介绍发送有限状态机的设计。
为了节省FPGA的电路资源，发送AMBE-2000压缩语音数据和发送AD73311L控制命令共用一个发送数据通路，采用一个公共的发送有限状态机(TX_FSM)对该数据通路进行控制。在本设计中，AMBE-2000接收压缩语音数据的位时钟(CLK_CH)是由AD73311L的位时钟(CLK_CD)经32分频(上升沿触发)得到，发送状态机的时钟(TX_CLK)由两者合成得到，即
式(1)中CD_ON和CH_ON分别是AD73311L和AMBE-2000位时钟的门控信号，在任何时刻两者只能有一个为1(表示相应的发送功能处于打开状态)。为了避免因为TX_CLK产生毛刺而导致发送状态机紊乱和发送功能出错，发送功能的切换，即CD_ON和CH_ON信号状态的改变，仅可发生在CLK_CD下降沿并且CLK_CH为低时刻。在示意图4中，CLK_CH是CLK_CD的4分频，在时间段(1)内，CD_ON=1,CH_ON=0，发送AD73311L控制命令;时间段(2)，CD_ON=0,CH_ON=1，发送AMBE-2000压缩语音数据;时间段(3)，CD_ON=0,CH_ON=0，发送状态机停止发送任何数据。另外，发送功能的切换不能在发送语音数据或控制命令字中途进行，以免造成AMBE-2000或AD73311L接收错误。
发送状态机状态转换图如图5所示。MOTE不使用发送功能时，可以向接口控制寄存器CR写入停止发送命令(CR.TX,CR.TX_SEL=0x)，关闭发送功能，使发送状态机进入停止状态(TX_OFF)，此时发送时钟TX_CLK停止，从而节省传感器节点能耗。在TX_OFF状态下，如果M O T E向C R写入启动发送A D 7 3 3 11 L(C R.T X CR.TX_SEL=1 0)或启动发送AMBE-2 0 0 0(CR.TX CR.TX_SEL=11)命令，则发送状态机进入工作状态(TX_ON)。TX_ON状态可细化为帧同步(TX_SYN)、发送(TX_SEND)和出错(TX_ERR)三个子状态。
TX_SYN状态等待帧同步信号。对于发送AMBE-2000，在帧同步信号(ERP负脉冲)到达时，若数据输出寄存器DOR有待发送数据则进入TX_SEND状态，否则进入TX_ERR(因为语音是时间严格的流媒体，在该发送时无数据发送则意味着出现丢帧出错);对于发送AD73311L，帧同步信号(SDOF正脉冲)到达后，发送状态机进入TX_SEND状态。
TX_SEND状态发送一帧数据。对于发送AMBE-2000，语音数据的帧长度为24个字，帧时间间隔为20ms，因此如果在20ms时间内成功地发送一帧，则转入TX_SYN状态，否则进入TX_ERR状态。对于发送AD73311L，发送一个字后自动转入TX_SYN状态。
TX_ERR状态是发送AMBE-2000出错时进入的状态，发送状态机维持在该状态，直到MOTE读出语音接口状态SR或者向CR写入停止发送命令后才可退出该状态，进入TX_SYN或TX_OFF状态。
3 结束语
本文为MICA2传感器节点设计的语音模块主要由语音模拟/数字转换、语音压缩与解压缩和语音接口等部分组成，其中语音接口电路采用FPGA设计。在FPGA设计中考虑了低功耗和可靠性因素，即采用时钟门控和电路资源共享技术，降低了FPGA的电路规模和工作能耗，为选用低成本和低功耗的FPGA提供了方便;采用避免时钟毛刺和禁止发送中途进行功能切换等措施，提高了电路工作的可靠性。此语音模块只需作少量修改即可适用于不同类型的传感器节点。
参考文献
[1]张俊霞,汪炀,李善亮.基于无线传感器网络的定位系统设计[J].计算机工程与应用,2008,44(17):67-70.
[2]Akyildiz Ian F,Su Weilian,Yogesh S,et al.A survey on sensornetworks[J].IEEE Communications Magazine,2002,40(8):102-114.
[3]MPR-MIB users manual[DB/OL].http://www.xbow.com/Support/Support_pdf_files/MPR-MIB_Series_Users_Manual.pdf.
[4]AD73311L data sheet[DB/OL].http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD73311L.pdf.
[5]AMBE-2000 vocoder chip user's manual[DB/OL].http://www.dvsinc.com/manuals/AMBE-2000_manual.pdf.
无线模块 第9篇
关键词：连接池,接口,SMS,STRUTS,高可用性
目前，普遍采用一种新的基于GPRS和短信业务的电磁流量计的远程无线采集方案，即利用无线分组通信和短消息进行数据传输来实现仪表参数的遥测。
数据监测管理中心模块主要是通过GPRS网络完成现场仪表数据的采集及其监控作用，对现场仪表数据进行管理与分析，并可以将数据共享实现远程的Internet办公。
1 监测管理中心硬件设计与软件需求
1.1 硬件设计
监测管理中心由通讯服务器通过GPRS调制解调器负责和远程数据采集终端进行数据传输，WEB服务器对外提供WEB服务。数据库服务器通过防火墙对外提供数据服务，两台WEB服务器和两台数据库服务器互为双机热备模式。
1.2 软件需求
数据服务中心负责协调整个系统的工作，定时收集各个流量仪表瞬时流量和历史流量等资料，通过向仪表终端发出操作命令，实现对仪表的远程设置等功能，同时还将仪表信息实时显示在Internet上，并提供查询和浏览功能。其功能是：通过数据库管理系统，对仪表信息进行管理、存储和备份;GPRS数据处理程序通过JAVA的数据库编程技术和socket通讯函数来实现。并自动接收、处理、存储各个远程仪表的数据;实现对仪表端的GPRS DTU的远程参数设置、更新等功能。
2 监测管理中心通讯模块的接口设计
2.1 GPRS通讯接口设计
GPRS服务器端的操作系统为linux，使用linux socket来实现服务器端的接收，通信协议选择TCP/IP,TCP/IP的主要用途是在两个进程之间提供可靠的数据传送连接服务。TCP实现数据流传送，将待发送的字节流分解成TCP段，然后通过IP数据报传输。此传输是可靠数据递交，为全双工连接，可以在发送和接收两个方向上提供并发数据流，并进行流量控制。
2.2 短信接口设计
短信接受服务器端的操作系统是linux，使用JAVA的串口通信来实现服务器端的接收。首先导入sun公司的串口操作API，编写串口通讯函数来实现短信的接收和发送。
3 基于B/S架构的监测管理中心设计
3.1 服务器端STRUTS构架
STRUTS是一个开源的MVC实现，结构如图1所示。提供了可在应用中继承、修改的基本控制器的功能。STRUTS还提供了一些有价值的定制标签库，比如模版标签库。逻辑标签库包含有迭代循环、if-then-else结构的定制标签。
3.2 数据库连接池设计
连接池是众多连接对象的“缓冲存储池”，其内部提供一种管理机制，能控制连接池内部连接对象的个数，对应用程序提供获取和释放连接的接口。连接池主要由三部分组成，即：连接池的建立，连接池对象的管理，连接池的关闭。
本应用中的TOMCAT服务器提供了连接池机制，在WEB应用程序中使用了TOMCAT的连接池，但在applet应用中必须使用独自设计的连接池。连接池管理程序流程如图2所示。
通过设计定时器，定时监测连接池中每一个连接的情况，首先检查连接是否已经关闭，如果此连接已经关闭，就将此连接关闭，如果此连接没有关闭，则检查此连接是否空闲，空闲则检查是否超过最长空闲时间，如果超过最长空闲时间，此连接被认为是不稳定的连接，需要将此连接关闭，如果此连接不是空闲状态，则检查此连接是否超出最长使用时间，如果超出最长使用时间，则认为此连接也是不稳定的，最后当遍历完数据库的所有连接后，检查连接池连接的数量，若小于连接的下限，则新建连接使其达到下限。
4 监测管理中心的高可用性设计
应用服务器服务的可靠性和持续性，是一个极为重要的问题，采用高可靠性的硬件设备可以在一定程度上解决这个问题，但是只要系统中存在单点故障点，这个问题就仍然存在。对于这个问题，一般是采用双机热备份或群集技术。群集技术偏重于解决负载均衡问题，投资大、安装使用复杂，一般多用于大型系统。对于中小系统来说，建议采用双机热备份方案。此解决方案在任何时候都为用户的访问提供数据可用性。任何一台服务器节点或服务进程发生失效或错误，另一个节点能够自动承担这些服务，采用的先进切换技术可以保障系统对外正常服务不会间断。
4.1 高可用性性能分析
高可用系统通常使用MTTF、MTTR和MTBF作为系统的高可用性能参数。
平均无失效时间MTTF(Mean Time To Failure，简称MTTF)：是一个表示系统可靠性的可测量参数，也就是表示系统能够连续提供服务的能力。平均修复时间MTTR(Mean Time To Repair，简称MTTR)：是表示一个系统可维护性参数，也就是修复系统故障使系统恢复正常的能力。
平均失效间隔时间MTBF(Mean Time Between Failures，简称MTBF)：也是一个经常用到的参数，等于MTTR与MTTF之和：MTBF=MTTR+MTTF。
在其发生失效前，系统能正常运行一段时间，系统出现失效，然后失效系统被修复，接着系统恢复正常工作。系统将不断重复这一周期。在高可用系统中，系统的高可用性能与MTTF、MTTR的关系如下：A=MTBF/(MTBF+MTTR)
4.2 双机热备高可用系统中的高可用性能分析
使用状态转换图如图3所示。该模型考虑了系统故障接管的时间。通过对此模型的分析，可得到双机热备高可用性系统的高可用性能A:
在10-4,μ=1,λT0=60(MTTF=10000小时MTTR=1小时,的系统中,经计算可得出系统的不可用性为105.73秒/年。显然,双机热备高可用性系统的可靠性很高。
5 结束语
监测管理中心是整个无线采集系统的操作、维护、处理、统计、分析和监管的中心，协调完成同各个现场数据的通信任务，集中管理和指挥整个系统的运行监控过程，其设计的质量直接影响到无线采集系统的稳定性和可靠性。
参考文献
[1]陈文荣.基于GPRS的仪表数据采集与监控系统[D].杭州:浙江大学硕士学位论文,2005.