学文网无线控制器篇1
引 言
微控制器以其体积小、功耗低、使用方便等特点，广泛应用于各种工业、民用的嵌入式系统中；而随着互联网（Internet）的兴起与普及，使微控制器通过互联网传送数据就变得非常有意义。目前使微控制器上网的解决方案一般有两种：一种是采用微控制器驱动网卡，通过以太网连接Internet；另一种是使微控制器直接驱动调制解调器（MODEM）通过电话线向ISP拨号上网。这两种方案的缺点在于都要使用有线的网络，无法应用于在边远地区或可移动系统中。
针对这一问题，本文提出一种基于GPRS的微控制器上网的解决方案，即在微控制器中实现PPP协议，并通过驱动GPRS模块经过GPRS无线网连接到Internet实现上网。这种方案的优点在于：① 覆盖面广，适用于广大偏远地区；② 无线上网，适用于可移动目标；③使用廉价的微控制器实现简单、成本低；④ 安装简便，维护方便。
1 GPRS技术及其特点
GPRS（General Packet Radio Service）是通用分组无线业务的简称，是在G***基础上发展起来的一种分组交换的数据承载和传输方式。与原有的G***比较，GPRS在数据业务的承载和支持上具有非常明显的优势：通过多个G***时隙的复用，支持的数据传输速率更高，理论峰值达115kb/s；不同的网络用户共享同一组GPRS信道，但只有当某一个用户需要发送或接收数据时才会占用信道资源。这样，通过多用户的业务复用，更有效地利用无线网络信道资源，特别适合突发性、频繁的小流量数据传输，很好地适应数据业务的突发性特点；GPRS计费方式更加灵活，可以支持按数据流量来进行计费；与无线应用协议（WAP）技术不同，GPRS能够随时为用户提供透明的IP通道，可直接访问Internet中的所有站点和资源；采用信道复用技术，每一个GPRS用户都能够实现永远***；另外，GPRS还能支持在进行数据传输的同时进行语音通话等等，而且相对于短消息等其它无线数据通信业务，GPRS的价格优势比较明显。目前，我国移动推出的GPRS上网业务最高每千字节也只有3分钱，而且用户可以根据自己的需要，以月租、包月等多种形式进一步降低GPRS通信的费用。
因此使用GPRS实现远程数据的传送是非常经济实用的，特别是对于不易架设有线网络的边远地区和可移动装置。
2 硬件连接和GPRS模块设置
通过GPRS网进行数据传输一般需要使用GPRS模块。目前，GPRS模块一般是指带有GPRS功能的G***模块，可以利用GPRS网进行数据通信。其中比较流行的有法国Wave公司的WI***O系列和西门子公司的S系列等等。WAVECOM的WI***O模块接口简单、使用方便且功能非常强大，它与微控制器、SIM卡、电源之间的连接如***1所示。
其中GPRS模块与微控制器间是通过串行口进行通信的，通信速率最快可以达到115 200b/s。模块与控制器间的通信协议是AT命令集，其中大部分命令是符合协议“AT command set for G*** Mobile Equipment (ME) (G*** 07.07 version 6.4.0 Release 1997)”的，但也有一些是Wavecom自己定义的AT命令。除了串口发送（TX）、串口接收（RX）之外，微控制器与GPRS模块之间还有一些硬件握手信号，如DTR、CTS、DCD等。为了简化微控制器的控制，硬件设计时没有使用全部的硬件握手信号，而只使用数据载波检测（Data Carrier Detect, DCD）和终端准备（Data Terminal Ready, DTR）信号。DCD信号可以检测GPRS模块是处于数据传送状态还是处于AT命令传送状态。DTR信号用来通知GPRS模块传送工作已经结束。
硬件连接完成后，在进行GPRS上网操作之前，首先要对GPRS模块进行一定的设置。主要的设置工作有：① 设置通信波特率，可以使用AT+IPR=38400命令，把波特率设为38 400b/s或其它合适的波特率，默认的通信速度为9600b/s。② 设置接入网关，通过AT+ CGD CONT=1, “IP”, “CMNET”命令设置GPRS接入网关为移动梦网。③设置移动终端的类别，通过AT+CGCLASS=“B”设置移动终端的类别为B类，即同时监控多种业务；但只能运行一种业务，即在同一时间只能使用GPRS上网，或者使用G***的语音通信。④ 测试GPRS服务是否开通，使用AT+CGACT=1,1命令激活GPRS功能。如果返回OK，则GPRS连接成功；如果返回ERROR，则意味着GPRS失败。这时应检查一下SIM卡的GPRS业务是否已经开通，GPRS模块天线是否安装正确等问题。
***2 软件层次结构
中国移动在GPRS与Internet网中间建立了许多相当于ISP的网关支持节点（GGSN），以连接GPRS网与外部的Internet网。GPRS模块可以通过拨“*99***1#”登录到GGSN上动态分配到Internet网的IP地址。其间GPRS模块与网关的通信要符合点对点协议（Point to Point Protocol, PPP），其中身份验证时用户名、密码都为空。使用PPP协议登录上之后，就可以通过GGSN接上Internet了。
3 软件整体结构
3.1 软件层次结构
程序中的所有代码都是由C语言编写的，并采用分层的结构，从底到上分别为：串口驱动层、GPRS模块驱动层、PPP协议层、IP协议层、UDP协议层与应用层。上层函数的实现需要应用到底层函数，而底层函数的任务就是为上层函数提供服务，最终完成应用层任务——传送数据。各层的主要函数如***2所示。
3.2 驱动程序编写
首先是串行口驱动层。它实现打开串口（OpenComm）、关闭串口（CloseComm）、读串口数据（ReadComm）、写串口数据（WriteComm）等函数。例如WriteComm函数向串口发送一个字节的数据，而transmit函数向串口发送一个字符串的数据：
void WriteComm(char c){
ES = 0;
SBUF = c;
while(TI==0);
TI=0;
ES = 1;
}
void transmit (char *data) {
Delay (250);
while (*data) {
WriteComm (*data++);
}
}
然后，在这些串口函数的基础上编写GPRS模块的驱动函数。微控制器通过串行口控制GPRS模块，进行拨号、设置等操作。控制的方法是采用AT命令。在控制GPRS模块拨打移动梦网GGSN的登录号码“*99***1#”之后，GPRS模块就转入***模式（On-Line）。此时微控制器向串行口发送的所有数据都透明地传送给了GGSN，同样GGSN的回答也传回单片机的串行口。当数据传送完成后，微控制器需要通知GPRS模块结束会话，并从***模式转回普通的命令模式，这可以通过置高DTR线完成。同时，如果线路由于异常断开，CD线会回复到平常的低电平，所以处于***模式下也要不断检测CD线是否处于高电平。根据这些操作，可以编写GPRS驱动函数：初始化GPRS模块函数(GPRSInit)、拨号函数(GPRSDial)、断开连接函数(GPRSHangup)、检测是否处于***状态函数(GPRSOnline)。其中，GPRS的拨号和挂断代码如下：
BYTE GPRSDial (void) {
signed char delayCount = 80;
transmit ("ATV0"); // 要求返回数字表示的回答
if (!Waitfor ("0", 30)) { // 等待 OK 回答
return -1;
}
DTR_ON;
transmit ("ATD*99***1#"); // 拨GGSN的号码
GPRSBuffFlush (); // 清空buffer
// 等待回答
while ((!GPRSBuffNotEmpty()) && (--delayCount > 0)) {
Delay (250);
}
if (delayCount) {
return GPRSGetch (); // 返回回答的数字
}
return -1; // 没有返回，错误
}
void GPRSHangup (void) {
DTR_ON; // 置高DTR
Delay (40); // 保持一定时间
DTR_OFF; // 完成连接的断开
}
这些底层的驱动函数将会使上层协议的编写很方便，更重要的是，它为我们提供了一个驱动抽象层。当底层硬件做出改动的时候，只需要对底层的驱动函数进行改动，而上层函数的代码不变。
4 PPP协议的实现
由于移动梦网的GGSN与GPRS模块通信时遵循PPP协议，所以要在微控制器中也实现一部分PPP协议才能与之对话。GPRS模块在拨号后首先要与GPRS网关进行通信链路的协商，即协商点到点的各种链路参数配置。协商过程遵守LCP（Link Control Protocol）、PAP（Password Authentication Protocol）和IPCP（Internet Protocol Control Protocol）等协议。其中LCP协议用于建立、构造、测试链路连接；PAP协议用于处理密码验证部分；IPCP协议用于设置网络协议环境，并分配IP地址。协商机制用有限状态机的模型来实现。一旦协商完成，链路已经创建，IP地址已经分配就可以按照协商的标准进行IP报文的传输了。根据应用的不同，IP报文中可以携带UDP报文，也可以是TCP或ICMP报文。本系统正是采用UDP报文传送数据信息的。数据传输完成之后，微控制器会向GGSN发送LCP的断开连接报文，以终止网络连接。
PPP协议的帧结构如***3（左）所示。微控制器的串口中断接收程序首先以包起始和结束符来判断是否有完整的PPP包，并对PPP包的内容进行校验，以确定数据包的完整性和正确性。然后，在主循环中进入PPP报文解析模块，解析过程如***3（右）所示。
5 登录GGSN的过程
系统的一个难点是微控制器登陆GPRS网关（GGSN）并与网关通过LCP、PAP、IPCP协议进行协商的过程。LCP、PAP与IPCP协议的帧结构大同小异，最常用的为请求（REQ）、同意（ACK）和拒绝（NAK）三种帧。微控制器与GGSN各为一方进行协商，任何一方都可以发送REQ帧请求某方面的配制，另一方觉得配置不能接受会回应NAK帧，如果可以则回应ACK帧。为了节省资源，我们只处理这三种数据帧，其它链路问题都由微控制器在程序控制下自己重新拨号解决。
协商过程大致描述如下：在拨号成功连接后，GGSN首先会返回一个PAP REQ数据帧。我们发送一个空LCP REQ帧，以强迫进行协议协商阶段。随后，GGSN发送LCP设置帧，我们拒绝所有的设置并请求验证模式。GGSN选择CHAP或PAP方式验证，我们只接受PAP方式。然后，进行PAP验证用户名和密码过程，在GPRS中用户名与密码都为空，如果成功，GGSN会返回IPCP报文分配动态IP地址。此时，就完成了与GGSN的协商过程。协商过程的状态转换如***4所示。
协商完成后进入IP数据报通信阶段。此时，微控制器向GGSN发送的所有包含IP报文的PPP报文都会被传送给Internet网中相应的IP地址；而远端所有向微控制器IP地址发送的报文也都会经GPRS网传送到微控制器上，从而完成微控制器与远程主机通过互联网的数据传输。
注：PPP报文解析程序和协商过程程序见本刊网站dpj。
无线控制器篇2
【关键词】无线传感器网络；拓扑控制；功率控制；分簇拓扑控制
0 引言
随着德国工业4.0的推进，无线传感器网络也得到了很大的发展，而无线传感器网路在社会各个领域有着无可替代的作用。无线传感器网络是由在监测区域内部署大量的网络节点并且通过无线通行方式通信的网络。但是在无线传感器网络中，节点通常使用电池供电，而一般无线传感器网路都是比较庞大的，并且由于其环境条件使其更换电池相当的不方便，所以，想要充分利用节点有限的能量去完成数据的融合和转发，就必须有一个好的拓扑控制机制来优化网络的拓扑结构，这样可以合理利用能量来达到延长网络的生命周期。
1 无线传感器网络拓扑控制的设计目标
对于无线传感器网络来说，一个良好的网络拓扑结构能够有效的提高路由协议和MAC协议的效率；在保证网络节点的连通性、降低能量的损耗、延长网络生命周期、减小节点间的通信干扰、提高通信效率等方面具有很好的作用，所以，在以下几个方面作为无线传感器网络拓扑结构的设计目标。
1.1 保证监测区域覆盖和网络连通
由于覆盖控制是拓扑控制的基本问题，故网络覆盖质量成为首要考虑的目标。即在保证一定覆盖质量的前提下，也要保证网络的连通性，这样才能既能有效的监测目标区域内的问题和现象，又能保证及时的将监测结果传递给其它网络节点，让其做出处理。
1.2 合理利用能量，延长网络生命周期
由于传感器网路中的节点能量是由电池提供的，能量有限，所以合理利用能量也是保证网路生命周期不可忽视的问题之一。拓扑控制的一个重要目标就是在保证网络连通性和覆盖质量的情况下，尽量合理高效地使用网络能量，延长整个网络的生存时间。
1.3 减小节点间的通信干扰，提高网络通信效率
一般情况下无线传感器网络中节点数目比较多且布置密集，如果每个节点都由其自身最大的功率进行通信时，会加剧节点间的通信干扰，减低通信效率，同时也会造成能量的浪费；同时如果选择太小的发射功率，无法保证网络的连通性质量。所以要在连通性和通信干扰间寻找一个平衡点。
1.4 确定移动节点和骨干节点，便于数据的传输与处理
在无线传感器网络中，数据的转发需要通过移动的节点，而移动节点的确定则是由拓扑控制来选择确定的。而传感器网络中的数据还需要进行融合，数据的融合则需要通过骨干节点发给专门收集数据的节点。所以，对无线传感器网络拓扑结构的优化，是对路由协议、数据融合和数据传输提供很好的基础。
2 无线传感器网路拓扑控制的算法
无线传感器网络的拓扑控制主要研究的方向是在保证一定的网络连通性和覆盖质量的前提下，通过功率控制和簇头节点的选择，适当地去除一些不必要的通信链路，形成一个数据处理和转发的网络结构优化。即无线传感器网路的拓扑控制方式按照研究方向可以分为两类：功率控制和分簇拓扑控制。功率控制就是通过选择合适的发射功率，在保证网络连通性和覆盖质量的前提下，将其能量损耗降到最低。分簇拓扑控制就是利用合理的分簇算法，选择出一些节点成为簇头节点形成一个处理和转发数据的骨干网络，其他非簇头节点可以通过休眠机制来选择关闭节点，来达到节能的目的。
2.1 功率控制算法
无线传感器网络中节点的功率控制是通过对节点发射功率的动态调整和合理设置，在保证网络连通性、覆盖质量的同时，通过一些方法使得整个网路中节点的能量消耗最小，从而延长网络的生命周期。目前，功率控制算法主要有基于邻近***的DRNG算法和DLMST算法，基于方向控制的CBTC算法，基于节点度的LMA算法和LMN算法，与路由协议结合的COMPOW算法等等。
以COMPOW算法为例，其基本的原则就是所有的传感器节点使用相同的发射功率，在保证一定的网络连通性的前提下，使其功率最小。功率的最小化是为了在降低传输过程中能耗的同时提高网络的吞吐量，因此，COMPOW在延长网络生命周期、降低MAC层冲突中占据优势。COMPOW在不同功率层上建立路由表，在每个路由表中同时反映出节点连通性的数据，最终选择在全局连通性相同的条件下选择最低功率。当然，功率的一致性也导致了在节点分布不均匀是会导致所有节点选择过大的发射功率，这是违背设计原则的，同时功率的最小化也使得拓扑结构不具备较好的容错能力。
2.2 分簇拓扑控制算法
分簇拓扑控制算法主要原则就是由簇头节点组成骨干网络，让骨干网络的通信模式始终处于开启状态，而其它的普通节点则进入睡眠状态（当然也不一定），这样就可以有效的降低网络中能量的损耗，延长网络的生命周期。
具体的过程是先将全局网络拓扑划分为相连的簇区域，在每个簇区域内用合理的分簇算法选择簇头，由各个区域的簇头组成骨干网络，其他的节点则是普通节点网络，在通常情况下，骨干网络正常运行，负责执行网路的数据融合和转发的任务，而普通节点网络则处于休眠状态。当然簇头也不是一成不变的，当通信的链路有更好的选择时，分簇算法会重新选择簇头，这样可以始终让整个网络的能耗最低。分簇拓扑控制算法主要有GAF算法、LEACH算法，TopDisc算法、CLUSTERPOW算法等。
以GAF算法为例，该算法是由Xu等人提出一种基于地理位置的拓扑算法，它将监测区域划分成非常小的簇区域，并在每个区域中利用分簇算法选择产生一个簇头节点，此时只有簇头节点保持活跃状态，保证骨干网络正常运行，而其它普通节点则处于睡眠状态。GAF算法具体有两个执行阶段。第一个阶段就是簇区域的划分，为了保证相邻区域中节点能够正常通信，就必须保证节点发射半径R和区域边长r满足一定的关系即r
2.3 分簇拓扑结构和功率控制相结合的算法
分簇拓扑控制和功率控制是网络拓扑控制两个主流研究方向，当然也有将这两种方式结合起来的算法，比较成功的是Ad hoc网络设计算法（ANDA）。该算法可以用簇头通过功率控制来控制簇的大小，因为在此网络中可以看成其生命周期主要是由簇头的生命周期来决定，毕竟簇头要完成该网络的大部分工作，故能量消耗应该在簇头之间寻找平衡。
Ad hoc网络设计算法的假设条件是普通节点和簇头的位置是已经确定的，并且通信量在节点之间是均匀分布的，而簇头的生命周期是与其初始能量供应成正比，与br？坠+cm成反比，其中b、c是常数，r是簇头覆盖区域的半径，？坠是路径损耗系数，m是簇内节点数目。为了延长网络生命周期其实就是为了使簇头中的最小生命周期最长。该算法对于静态网络来说可以通过贪婪算法来求得最优解，将节点分配给最长生命周期的簇头，对于所有节点都有此操作，而对于动态网络来说需要一个额重新的分配过程，虽然无法求得最优解，但是其实际性能还是相当不错的。
3 结束语
网络拓扑结构对于无线传感器的发展有着不可忽视的作用，虽然大部分的研究还只限于理论研究，运用到实际中的还比较少，这与其技术发展的不成熟息息相关。比如说目前研究的网络拓扑结构都是在理想状况下，而现实中有诸多影响因素都没有考虑进去，导致其实用性很差，另外网络拓扑结构的容错性、可靠性、扩展性、网络延迟等性能研究的还不够深入。但是相信随着网络拓扑结构研究的深入，其技术日益成熟，无线传感器网络必将迎来崭新的未来。
【参考文献】
[1]邱天爽，唐洪，等.无线传感器网络协议与体系结构[M].北京：电子工业出版社，2007.
[2]刘林峰，金杉.无线传感器网络的拓扑控制算法综述[J].计算机科学，2008.
无线控制器篇3
关键词：通用分组无线业务TCP/IP协议协议栈
引言
能用分组无线业务GPRS（GeneralPacketRadioService）是在现有的G***系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为G***用户提供分组形式的数据业务。基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来。以G***网络作为数据无线传输网络，可以开发出多种前景极其乐观的各类应用，如无线数据的双向传送、无线远程检测和控制等。典型的应用有：工业控制、环境保护、道路交通、商务金融、移动办公、零售服务等等。
GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，需不需要利用电路交换模式的网络资源；从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务，特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。
本文设计的GPRS无线通信控制器（以下简称控制器），内嵌了TCP/IP协议栈，采用工业级的GPRS模块；适用于主机没有TCP/IP协议栈，但使用串口通信的情况，例如单片机数据采集传输系统。
1GPRS网络数据的收发
终端设备通过串行方式接到控制器上并与G***基站通道，但与电路交换或数据呼叫不同。GPRS数据分组是从基站发送到SGSN节点，而不是通过移动交换中心MSC连接到语音网络上。SGSN与网关支持节点GG***进行通信。GGSN对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络，如Internet或X.25网络，见***1。来自Internet、标识有移动台地址的IP包，由GGSN接收，再转发到SGSN，继而传送到移动台上。
控制器工作时，用户上位系统向控制器发送工作指令和数据，数据由IP模块进行了TCP/IP协议转换，打成IP数据包，再由MC35模块以GPRS数据包的形式发送到SGSN。
由于GPRS网络工作方式是以IP地址导址为基础的，所以目标服务器端并非接入控制器与终端设备进行连接，只需要简单接入Internet，并具备公网分配的IP地址即可。同时，因为GPRS终端产品本身由网络提供商动态地分配IP地址，在未进入连接待机状态时，其本身是不具备IP地址的（在连接中，模块的IP地址为移动骨干网内局域网IP，无法被公网服务器解析，动态分配的制度使获取比IP地址无意义）。因此在服务器与终端尚未建立连接前，目标服务器难以（可将短信转换为命令内容）对终端设备及控制器进行控制。必须先将控制器进行相应初始化，并由设备终端主动向服务器发送数据，进行连接。
2控制器内部的硬件实现
控制器内部由四部分构成：嵌入TCP/IP的单片机系统、MC35模块、电源部分和外部接口部分。
在设计时，考虑到双串口性能和高速的全静态CMOS设计，嵌入式单片机系统选用台湾Winbond的W77E58芯片作为MCU模块的处理器芯片。它是高速的、与MCS-51指令兼容的、没有多余指令周期的微控制器，在相同时钟频率下，运行同样的指令要比传统的8051快1.5～3.0倍。它完全是静态CMOS设计，工作电压为4.5V～5.5V，有32KB的片内程序ROM，内部有1KBSRAM，最高时钟频率可达40MHz；有双指针、双串口，13个中断源，3个16位定时器。单片机W77E58通过串口1直接与MC35模块相连接，完成对MC35模块的初始化和基于GPRS业务的数据收发功能；同时串口2扩展MAX232标准串口与其它嵌入式系统或PC机进行数据交换。***2是系统的硬件框***。
MC35模块是西门子公司生产的G***双频G***900/G***1800无线模块。它支持2种操作模式：一种是电路交换数据模式CSD，支持语音、数据、***S和FAX业务；一种是分组交换模式GPRS，采用多时隙，支持CS1-CS4编码。两者最大的区别是，GPRS传输数据时不需要再拨号。2种模式的选择通过AT指令来实现。MC35模块提供40线的ZIF接口方式。
电源部分为单片机系统和GPRS模块提供合适的电源。外部接口部分包括一个8脚数据接口、***A（射频同轴连接器）天线接口、SIM（SubscriberIdentityModule，用户识别）卡座接口。表1是各引脚的详细说明。
表1外部接口引脚说明
功能名称引脚号I/O信号电平注释
强制复位RST1I/O当模块处于空闲或数据传输状态时，该引脚下拉至0.45V以下（需至少0.1mA的下拉能力），持续3.5s可使系统复位。该引脚同时还作为系统看门狗信号输出，可据此监视系统工作状态fout,min=0.16Hzfout,max=1.53Hz正常情况下，该引脚处于看门狗信号输出状态并且输出电流很微弱（0.01mA），因此必须使其处于高阻状态；不得有外部上下拉电路
RS232RXD2I该组引脚系标准RS232电平信号，可直接与PC机连接如果连接PC机上Internet网，则需要使用CTS和RTS，其它通信方式示不需要这两个引脚
TxD3O
CTS4O
RTS5I
SGGND80SGGND是RS232信号地，在模块内部与GND相连
RS485A6I/O该组引脚系标准RS485电平信号，模块内部已加120匹配电阻模块内部光电隔离电路
B7
为使控制器运行稳定可靠，对其看门狗电路进行了精心设计。
3控制器的软件接口
在本设计中，需要利用TCP/IP协议来完成GPRS业务数据的打包和解包。由于W77E58资源有限，怎样在有限的资源上完成必需的功能，就是嵌入式TCP/IP协议实现的关系所在，也就是合理地简化协议。
TCP/IP协议是一个为广域网（WAN）设计的标准协议套件，可以用一个分成四个层次的模型来描述：数据链路层、互联网层、传输层和应用层。其分层模型及协议如表2所列。
表2TCP/IP协议结构
应用层HTTP、Telnet、FIT、***TP、SNMP
传输层TCP、UDP
互联网层IP、ARP、RARP、ICMP、IGMP
数据链路层Ethernet、X.25、SLIP、PPP
应用层（application）负责处理特定的应用程序细节，在本系统中只实现HTTP协议。
传输层（transport）主要为2台主机上的应用程序提供端到端的通信。TCP协议是为2台主机提供高可靠性的数据通信，这里采用TCP传输控制协议。
互联网层（Internet）的功能是寻址、定址、数据打包和安排路径。Internet所有的数据都以IP数据报格式传输，其最大特别是提供不可靠的和无连接的数据包传送服务。在GPRS业务中，每一次链接都会具体分配一个IP地址，因此用ARP/RARP协议完成IP地址与物理地址的映射（即地址解析），用ICMP协议判断网络是否连通。
数据链路层（link）的任务是把要发出的帧送到线路中去，把要接收的帧从线路中取出来。GPRS业务是采用IPOverPPP实现数据终端的接入。这部分功能由单片机控制MC35模块，采用PPP协议实现。
数据打包处理程序处理数据时，每一层都把自己的信息添加到一个数据头中，而这个数据头又被下一层的协议包装到数据体之中。数据解包处理程序接收到GPRS数据时，把相应的数据头剥离，并把数据包的其余部分当作数据体对待。
在应用要求高的场合，通常需要支持完事的TCP/IP协议族，而在嵌入式系统中也是可以做到的；但是，考虑到成本和具体的应用场合，没有必要包括所有的TCP/IP协议族。可以看到，采用TCP/IP协议需要对它进行合理的裁剪，以满足小ROM系统的情况。
系统在利用MC35模块的GPRS业务浏览HTTP等功能之前，必须先激活GPRS网的PDP连接。单片机通过正确的AT指令和GPRS命令集对MC35模块进行初始化和数据的接收发送，其工作流程如***3所示。
单片机上电复位后，首先对MAX232进行初始化，完成与外接模块协商处理，如波特率、是否有奇偶校验等。接着，通过串口1对MC35模块进行初始化，检查诸如SIM卡情况、GPRS网络覆盖情况、信号情况等。接下来，进行中断扫描，监控是否有数据到来。有关数据时，如果是外部数据，就启动数据打包处理过程；如果是GPRS数据，就启动数据解包处理过程。如果没有数据，系统则进入节电模式。在数据打包处理过程中，如果检测到系统的信号不好，网络连接不畅通，或者不是GPRS网络覆盖区，将进行数据发送缓存处理，同时将数据放进发送队列等待发送。
无线控制器篇4
无刷电动车控制器接线说明：
电源输入。粗红色线为电源正端，黑色线为电源负端，细橙色线为电门锁。电机相位。粗黄色线为U，粗绿色线为V，粗蓝色线为W。转把信号输入。细红色线为正5伏电源，细绿色为手柄信号输入，细黑色线为接地线。电机霍耳。细红色线为正5伏电源，细黑色线为接地线。刹车。细黄色线为柔性EABS，细蓝色线为机械刹，细黑色线为接地线。传感器。细红色线为正5伏电源，细黑色线为接地线，细绿色线为传感器信号输入。仪表。细紫色线。巡航。细棕色线。限速。细灰色线。自动识别开关线。细黄色线。
（来源：文章屋网 ）
无线控制器篇5
关键词:zigbee;无线传感器;节水灌溉;墒情监测
中***分类号:tp212文献标识码:a
文章编号:1004-373x(2010)01-204-03
water-saving irrigation control system based on wireless sensor network
gao jun,feng guangyin,huang caimei
(qinhuangdao branch,northeastern university,qinhuangdao,066004,china)
abstract:in order to improve the utilization of irrigation water,and ease the growing tension of water conflicts,a water-saving irrigation control system is introduced,which integrates the zigbee wireless sensor network technology and gprs network,designs wireless nodes based on cc2530.the system,which is controlled by single chip microcomputer has four major components: wireless sensor nodes,wireless routing nodes,wireless gateways and control centers.it can be real-time moni-toring of soil temperature and humidity changes,and it is based on soil moisture and crop water law for precision irrigation.the system automatically controls water based on crop irrigation water,which can help to improve the utilization rate of agricultural irrigation water and the low level of automation of irrigation systems.
keywords:zigbee;wireless sensor;water-saving irrigation;soil moisture monitoring
农业灌溉是我国的用水大户,其用水量约占总用水量的70%。据统计,因干旱我国粮食每年平均受灾面积达两千万公顷,损失粮食占全国因灾减产粮食的50%[1]。长期以来,由于技术、管理水平落后,导致灌溉用水浪费十分严重,农业灌溉用水的利用率仅40%[2,3]。如果根据监测土壤墒情信息,实时控制灌溉时机和水量,可以有效提高用水效率[4,5]。而人工定时测量墒情,不但耗费大量人力,而且做不到实时监控;采用有线测控系统,则需要较高的布线成本,不便于扩展,而且给农田耕作带来不便。因此,设计一种基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统,该系统主要由低功耗无线传感网络节点通过zigbee自组网方式构成[6],从而避免了布线的不便、灵活性较差的缺点,实现土壤墒情的连续***监测,农田节水灌溉的自动化控制,既提高灌溉用水利用率,缓解我国水资源日趋紧张的矛盾,也为作物生长提供良好的生长环境。
1 系统构架
1.1 无线传感器网络
无线传感器网络技术应用在该节水灌溉控制系统中,其核心技术是zigbee自组网技术。zigbee是一种低复杂度、低功耗、低数据率、低成本、高可靠信度、大网络容量的双向无线通信技术。由应用层、网络层、介质接入控制层和物理层组成。zigbee网络中的设备分为全功能设备(full function device,ffd)和简化功能设备(reduce function device,rfd)两种[7]。zigbee网络支持星型网、树状网和网状网三种拓扑结构[8]。本系统采用混合网,底层为多个zigbee监测网络,负责监测数据的采集。每个zigbee监测网络有一个网关节点和若干的土壤温湿度数据采集节点。监测网络采用星型结构,网关节点作为每个监测网络的基站。网关节点具有双重功能,一是充当网络协调器的角色,负责网络的自动建立和维护、数据汇集;二是作为监测网络与监控中心的接口,与监控中心传递信息。此系统具有自动组网功能,无线网关一直处于监听状态,新添加的无线传感器节点会被网络自动发现,这时无线路由会把节点的信息送给无线网关,有无线网关进行编址并计算其路由信息,更新数据转发表和设备关联表等。
1.2 系统体系结构
该系统以单片机为控制核心,由无线传感节点(rfd)、无线路由节点(ffd)、无线网关(ffd)、监控中心四大部分组成,通过zigbee自组网,监控中心、无线网关之间通过gprs进行墒情及控制信息的传递[9]。每个传感节点通过温湿度传感器,自动采集墒情信息,并结合预设的湿度上下限进行分析,判断是否需要灌溉及何时停止。每个节点通过太阳能电池供电,电池电压被随时监控,一旦电压过低,节点会发出电压过低的报警信号,发送成功后,节点进入睡眠状态直到电量充足。其中无线网关连接zigbee无线网络与gprs网络,是基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统的核心部分,负责无线传感器节点的管理。传感器节点与路由节点自主形成一个多跳的网络[10]。温湿度传感器分布于监测区域内,将采集到的数据发送给就近的无线路由节点,路由节点根据路由算法选择最佳路由,建立相应的路由列表,其中列表中包括自身的信息和邻居网关的信息[6]。通过网关把数据传给远程监控中心,便于用户远程监控管理。本文设计的基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统组成框***如***1所示。
2 硬件设计
2.1 传感器节点模块
土壤水分是作物生长的关键性限制因素,土壤墒情信息的准确采集是进行农田的节水灌溉、最优调控的基础和保证,对于节水技术有效的实施具有关键性的作用[11]。本系统传感器节点硬件结构如***2所示。
***2 传感器节点硬件结构***
系统采用tdr-3a型土壤温湿度传感器,该传感器集温度和湿度测量于一体,具有密封、防水、精度高的特点,是测量土壤温湿度的理想仪器。温度的量程是-40~+80 ℃,精度为±0.2 ℃;湿度的量程是0~100%,在0~50%范围内精度为±2%。温湿度传感器输出信号是4~20 ma的标准电流环,在主控制器电路上先进行i/u转换,然后进行a/d转换为数字信号后通过射频天线发射出去。电流变换器采用rcv420jp芯片,该芯片集成电阻网络、运算放大器和标准的10 v基准电压源,能够将4~20 ma的电流环转换成0~5 v的电压输出。
信号调理电路如***3所示。a/d转换器则采用低功耗射频集成电路cc2530内部的adc转换器[12],其采样频率为12位,内部有一个8通道多路开关,可以根据地址码锁存译码后的信号,只选通8路模拟输入信号中的一个进行a/d转换。
***3 信号调理电路***
2.2 无线通信模块
基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统的通信系统是建立在zigbee无线通信技术和gprs的基础上。zigbee是一种高可靠的无线数传网络,有2.4 ghz(全球)、915 mhz(美国)及868 mhz(欧洲)三种工作频带。本系统采用目前是传感器网络优先选择的全球通用频段——2.4 ghz,传输速率为250 kb/s,该频段在大多数国家都无需申请许可证。
无线传感节点(rfd)、无线路由节点(ffd)、无线网关(ffd)的通信模块均采用cc2530芯片,在结构上也有一定的一致性,这里只详细介绍无线网关的硬件结构。网关负责无线传感网络的控制和管理,实现信息的融合处理,他连接传感器网络与gprs网络,实现两种通信协议的转换,同时监测终端的任务,并把收集到的数据通过gprs网络传到远程监控中心,结构框***如***4所示。
***4 无线网关硬件结构***
网关采用华为gprs通信模块gtm900c和ti公司的zigbee射频芯片模块cc2530。gtm900c gprs模块支持gsm900/1800双频,提供电源接口、模拟音频接口、标准sim卡接口和uart接口,支持语音业务、短消息业务、gprs数据业务和电路型数据业务。cc2530是zigbee新一代soc芯片,拥有多达256 b的快闪记忆体,允许芯片无线***,支持系统编程,提供了101 db的链路质量,优秀的接收器灵敏度和健壮的抗干扰性。此外,cc2530结合了一个完全集成的,高性能的rf收发器与一个8051微处理器,8 kb的ram,32/64/128/256 kb闪存,以及一套广泛的外设集——包括2个usart、12位adc和21个通用gpio(general purpose input output,通用输入输出)。
3 软件设计
本节水灌溉控制系统中,监测数据与控制命令在无线传感节点、无线路由节点、无线网关和监控中心之间传送。传感节点打开电源,初始化、建立链接后进入休眠状态。当无线网关接到中断请求时触发中断,经过路由节点激活传感节点,发送或接收信息包,处理完毕后继续进入休眠状态,等待有请求时再次激活。在同一个信道中只有两个节点可以通信,通过竞争机制来获取信道。每个节点周期性睡眠和监听信道,如果信道空闲则主动抢占信道,如果信道繁忙则根据退避算法退避一段时间后重新监听信道状态。在程序设计中主要采集中断的方法完成信息的接收和发送。传感器节点程序流程***如***5所示。
***5 传感器节点程序流程***
远程监控中心的pc端软件用delphi设计管理界面,建立相应的数据库,实现对土壤墒情的查询、管理、打印以及通过gprs网络传递控制命令与土壤温湿度信息。
4 结 语
本文设计的基于无线传感器网络的节水灌溉控制系统,应用低成本、低功耗的zigbee无线通信技术,避免了布线的不便,提高了节水灌溉控制系统的灵活性。系统采用高精度土壤温湿度传感器,根据土壤墒情和作物用水规律实施精准灌溉,不但能有效解决农业灌溉用水利用率低的问题,缓解水资源日趋紧张的矛盾,而且还为作物提供了更好的生长环境,充分发挥现有节水设备的作用,优化调度,提高效益,使灌溉更加科学、方便,提高管理水平。本系统操还支持对有关参数的人工修改和远程控制,适用于多种作物,能增加农作物的产量,降低农产品的灌溉成本,提高灌溉质量,具有很大的推广价值。此外,配置不同的传感器,该系统可以构成不同功能的监控网络。
编辑整理
参考文献
[1]徐泽珍.我国水资源现状与节水技术[j].现代农业科技,2008(16):337.
[2]sam moore young han j.ahmad khalilian,et al.in-strumentation for variable-rate lateral irrigation system[a].2005 asae annual international meeting[c].florida,2005,7:17-20.
[3]郑怀文,俞国胜,刘静,等.节水灌溉技术研究现状[j].林业机械与木工设备,2006(34):7-10.
[4]蔡甲冰,刘钰,雷廷武,等.精量灌溉决策定量指标研究现状与进展[j].水科学进展,2004,15(4):531-535.
[5]孟未来,杨大全.zigbee网络在我国精准农业上的应用展望[j].辽宁农业科学,2007(3):67-68.
[6]管金凤,陆鹏,刘贺,等.基于zigbee的传感器网络的节水灌溉控制系统的研究[j].科技资讯,2008(25):3-4.
[7]武风波,强云霄.基于zigbee技术的远程无线温湿度测控系统的设计[j].西北大学学报:自然科学版,2008,38(5):731-734.
[8]刘瑞强,冯长安.基于zigbee的无线传感器网络[j].遥测遥控,2006(9):12-13.
[9]lan-man standards committee of the ieee computer society.wireless medium access control (mac) and physical layer (phy) specifications for low-rate wireless personal area networks (lr-wpans),ieee,2003.
[10]李文仲,段朝玉.zigbee无线网络技术入门与实战[m].北京:北京航空航天大学出版社,2007.
[11]迟天阳,杨方,果莉,等.节水灌溉中土壤湿度传感器的应用[j].东北农业大学学报,2006,37(1):135-137.
无线控制器篇6
关键词：CDMA；H∞Э刂评砺郏灰糯算法；SINR
中***分类号：TN958 文献标识码：B
文章编号：1004-373X(2008)11-060-03オ
The Filter Design in Wireless Communication System by H∞ Control Theory
LI Chong,LI Ding,YAO Jun
(Communication and Electronic Information Research Institute,Harbin Institute of Technology,Harbin,150001,China)オ
Abstract：In the system of wireless communication,it is significant to minimize the worse-case variance of the received SINR caused by channel fading,MAI,AWGN and so forth.Firstly,this paper depicts the model of CDMA.Then,a loop filter is designed by H∞ control theory.Genetic Algorithm (GA) is adopted to solve the proposed loop filter.To confirm the performance of the designed filter,a simulation result is given in the end.
Keywords：CDMA;H∞control theory;genetic algorithm;SINR
在无线通信系统中，CDMA技术受到越来越多的关注，功率控制也随之成为热点问题。其主要思想就是通过控制调整每个移动通信单位的发射功率，从而减小通信单位之间的干扰(MAI)和信道衰落，达到一定的通信质量。在过去的十多年里，许多学者对功率控制问题做了较深入的研究，例如Ariyavisitakul等，他们提出了固定步长和可变步长的功率控制机制[1]。
在功率控制系统中主要存在两个问题：功率控制回路中的时间延迟干扰和信道中不可确定的外界干扰，如信道衰落，MAI，非线性环境干扰等。针对如何解决以上两个问题，很多方法已经被提了出来，如Smith Predictor 在通信系统中的应用可以比较理想地解决回路时间延迟干扰[2]。本文提出了一种基于H∞Э刂评砺鄣姆椒ǎ在无线通信系统中设计出一个回路滤波器，从而克服不确定外界干扰对功率控制的影响。
1 功率控制回路模型
本文中的CDMA功率控制闭环回路模型如***1所示[3,4]。其中接收机由4个部分组成：SINR测量电路，SINR比较器，回路滤波器，编码器。SINR测量电路对接收到的SINR进行测量并给出测量值y(k)。该测量值会受到测量算法的影响，例如计算复杂度，测量时长等。在实际的通信系统中，会引入SINR测量误差nm(k)。SINR的测量值之后会和目标SINR值t(k)比较，并得到差值e(k)，即e(k)=t(k)-y(k)。之后e(k)被送到F(z)中，并计算出功率更新控制值u(k)，即u(k)=F(z)e(k)。u(k)随后进入编码器。在编码环节，会产生量化噪声q(k)。量化后得到的信号(k)，即(k)=u(k)+q(k)，被发送到信道中并受到反馈噪声nf(k)的干扰。发射机主要由3部分组成：译码器，功率放大器，功率限制器。则由发射机发射的信号X(k)为:
И
X(k)=X(k-1)+(k-1)+nf(k-1)[JY](1)
И
发射信号X(k)通过上行信道传给接收机，并受到MAI m(k)，加性高斯白噪声(AWGN)nc(k)和信道衰落f(k)的影响。其中，干扰MAI m(k)是受到前一次的发射功率X(k)的影响。由于发射信号X(k)是变化的，所以m(k)б彩遣晃榷ǖ摹＊
***1 功率控制系统模型
2 H∞Щ芈仿瞬ㄆ鞯纳杓篇
2.1 CDMA通信系统模型的简化
为了方便滤波器设计的说明，本文假设:
2.2 滤波器设计
设将要设计的回路滤波器为:
И
F(z)=c0+c1z-1+c2z-21+d1z-1+d2z-2[JY](4)
И
根据***2所示的回路系统框***，SINR跟踪误差:
在此，标记干扰w1(k)和w2(k)的功率谱分别为φw1(w)和φw2(w)。Ц据公式(5)，可得到其频谱公式:
φe(w)=G1(ejw)2φw1(w)+G2(ejw)2φw2(w)[JY](7)
И
则SINR跟踪误差e(k)У姆讲钗:
σ2e[WB]=12π∫+π-πG1(ejw)2φw1(w)dw+
[DW] 12π∫+π-πG2(ejw)2φw2(w)dw[JY](8)
И
在实际的CDMA通信系统中，w1(k)和w2(k)的功率谱是不确定也是不可知的，所以像基于传统理想滤波器如Kalman滤波器就得不到理想的应用。这便类似于极小极大H∞最优化问题。对于稳定的有理方程C(z)，其无穷范数定义为[5]:
И
C(z)锚supw∈\[-π,π\]C(ejw)[JY](9)
И
则SINR跟踪误差的方差上限值为:
对于式(13)，很难得到满足条件的关于c0,c1,c2,d1,d2У慕馕鼋猓而且可能会在求解过程中出现局部极小值。所以，为了获得全局最优解，本文采用遗传算法[6]来对┦(12)求解。
3 仿 真
3.1 遗传算法求解
在仿真试验中，遗传算法中的参数设定如下：
N=40B=15 bGen=100
其中N是参与该算法的总体，B为用来代表每个欲求系数(c0,c1,c2,d1,d2)的二元符号序列的长度，Gen为该算法中遗传的遗传代数。求解结果如表1所示。
表1 H∞回路滤波器设计结果及权重ρУ挠跋於泉
3.2 回路滤波器抗干扰效果仿真分析
在该仿真中，本文采用Monte Carlo仿真，仿真50次。其中，目标SINR t(k)设为8 dB，反馈信道BER Pb设为10-3。在单个手机通信系统中干扰MAI可以近似地看作常数。信道干扰用标准差从0.5~2 dB的高斯白噪声仿真。仿真结果如***3所示。
***3 抗干扰效果仿真比较
由仿真结果可以看出，加有本设计的回路滤波器的通信系统比原来的系统有更好的抗噪声干扰性能，特别是在信道噪声的干扰较大时，其效果更加明显。
4 结 语
本文描述了CDMA系统的简化结构。通过H∞控制理论，设计出了该无线通信系统的回路滤波器，并分析了[CM(22*2]其在抗信道干扰中的作用。由于在本文中没有考虑回路[CM)][LL]时间延迟对功率控制造成的影响，且通过遗传算法求解设计的H∞回路滤波器，故该设计滤波器的思想不仅可以应用在CDMA通信系统中，在TDMA，FDMA，地域和卫星通信中也可以得到一定应用。
参 考 文 献
［1］Ariyavisitakul S,Chang L F.Signal and Interference Statistics of a CDMA System with Feedback Power Control\[J\].IEEE mun.,1993,41:1 626-1 634.
［2］Lee B K,Chen H W,Chen B S.Power Control of Cellular Radio Systems via Robust Smith Prediction Filter\[J\].IEEE Trans.Wireless Commun.,2004,3(1):1 822-1 831.
［3］Su H J,Geraniotis E.Adaptive Closed-loop Power Control with Quantized Feedback and Loop Filtering\[J\].IEEE Trans.Wireless Commun.,2002(1):76-86.
［4］Gunnarsson F,Gustafsson F,Blom J.Dynamical Effects of Time Delays and Time Delay Compensation in Power Controlled DS-CDMA\[J\].IEEE Sel.Areas Commun.,2001,19(1):141-151.
［5］Francis B A.A Course in H∞Control Theory\[M\].Berlin,Germany: Springer-Verlag,1987.
［6］Chen B S,Lee B K,Peng S C.Maximum Likelihood Parameter Estimation of F-ARIMA Processes Using the Genetic Algorithm in the Frequency Domain\[J\].IEEE Trans.Signal Processing,2002,50:2 208-2 220.
作者简介
李 崇 男，1985年出生，本科。研究方向为无线通信系统，信号识别。
李 鼎 男，1985年出生，本科。研究方向为宽带多媒体卫星的纠错编码与星上交换，低轨卫星的信道特性与模型。
无线控制器篇7
关键词：电气柜；散热与除尘；无线传感器网络
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.07.121
目前，电气自动化技术已成为工业发展的主要推动力，电气柜作为电气工业的基本器件得到了广泛应用，老式电气柜存在灰尘堆积难清除和监测时效性差的问题，严重影响电气柜及其内部元件的正常运作，因此对电气柜实行***监测除尘势在必行。
1 传统电气柜的结构设计
电气柜采用高质量的电气元器件，具有质量可靠、耐用的特点，它所使用的保护控制仪，利用现代计算机技术，对三相电流连续巡回检测并数据处理，可提供可靠的欠载、过载、短路、断路、三相电流不平衡保护等，在设备正常运行时能准确交替显示三相电流值及控制电压值，设备停机时能把断电瞬间的三相电流值和控制电压值保存起来，为分析设备工作情况和查找故障原因提供了方便。
传统的电气柜柜体相对封闭，仅有排气扇，排气孔狭窄，数量稀少，内部结构相对集中于底板，元件间距窄，散热性能较差。因此，控制柜在长期运行过程中，内部灰尘的积聚以及运行过程中产生的热量散发，不可避免的对控制柜的正常运行产生一定影响。此外，传统的电气柜除尘装置中没有针对温度的无线传感器网络***监测系统，使得在除尘过程中存在资源浪费，消耗成本的现象。
2 电气控制柜的除尘问题与改进
电气控制柜设备的防尘和除尘十分重要，目前一般的除尘方式，大多只是简单地用风机吹扫或采用吸尘器吸尘，导致除尘十分不便。
传统的电气控制柜为了提高散热效果，均在柜体上开设散热孔，内部安装散热风扇，这样虽然能够提高散热效果，但灰尘必然会散热孔内进入柜体内部，所以若要从根本上实现防尘，必须将控制柜做成全封闭的，由此可见，散热与防尘这两个功能在设计上往往出现矛盾。
采用改进后的全封闭结构的新型电气控制柜，通过大面积安装在柜体内外的石墨散热片，实现柜体的封闭式散热。另外，其内置喷气式除尘结构，除尘操作简单，效率高。在柜体内外壁加入导气管，对柜体内灰尘进行吸收。同时为了防止灰尘对导管进行堵塞，在外置导气管旁加入气泵和弹簧增压气囊。在输送管道中气流流速越大，颗粒在气流中的悬浮分布越均匀；气流速度越小，粉尘则更容易接近管底，形成停滞流，直至堵塞管道。弹簧增压气囊可提高柜体内的流速，使粉尘分布更加均匀，防止其堵塞导管。在导管的选择上，采用了水平输送管和垂直输送管，当导管内气流足够大时，垂直导管内气体的升力可以平衡粉尘的重力，使得粉尘流均匀分布。
与传统控制柜除尘装置相比，采用上述技术所产生的有益效果是：
（1）采用全封闭的柜体结构，正常使用状态下能够隔绝外界灰尘，在散热结构上，利用导热能力极强的石墨散热片，双向风扇在正常使用状态下不断驱动柜体内部的空气流动，这样空气的热量就能够很快的传导到石墨散热片上，与传统的散热结构相比，通过大面积的石墨散热片能够间接实现内外空气的热传导。（2）当需要对柜体内进行除尘时，开启封盖，气泵通过导气管向柜体内喷气，而弹簧增压气囊和电磁开关阀能够形成脉冲气流，脉冲气流有利于将灰尘吹起，扬起的灰尘可以通过双向风扇将其从通孔窗处排出。（3）喷气管为蛇形定位软管，这样可以很好的适应不同装配位置的控制柜，使喷气管的位置正对需要除尘的零件。（4）聚四氟乙烯材质具有极强的非粘性能，可防止或者减少灰尘的附着，当柜体受到雨淋时很容易冲洗干净，有利于提高散热效果。
3 无线传感器网络在电气控制柜系统的应用
（1）无线传感器网络监视概述。电气控制柜除尘散热系统的无线传感器网络是由监测中心、控制器、无线传感器节点部分、无线传感器网络监控平台组成。灰尘光纤传感器作为传感器节点定时监测灰尘堆积情况，然后立即传送到系统的监测预警中心和网络监控平台，计算机会自动检查和处理被监测物理量的信息，当温度或者灰尘厚度超过一定指标时，系统会自行启动电气控制柜的排气扇和增压气阀，来实现电气柜内部的除尘和散热功能，同时可在监控区域对电气柜内除尘和散热进行实时监控和灵活操作。
（2）各h节概述。传感器节点是整个监控系统的基本组成单位，主要由电源模块、无线通信模块组成。按照电气柜的需要，选取灰尘光纤传感器，光纤灰尘传感器作为传感器节点，在电气柜的除尘无线网络监测实际运行中，传感器节点所接收的模拟信号、温度、灰尘堆积厚度等数据会通过节点内所内置A/D转换器装换成相应的数字信号，传输至计算机监测预警系统中。通讯方面使用蓝牙技术建立无线互联网络，蓝牙技术的成本低、消耗少，一般的蓝牙无线互联网技术所采用的是2.4GHz I***许可频率波段，单片机和蓝牙模块的通讯通过uart口，选择是否与其它接口构成无线互联网。
预警系统和传感器节点形成局部网络，主要采用了Zigbee技术，性价比高，综合效益好，可降低功耗成本，增强网络的可靠性。
无线传感器网络的的性能和通信质量，可通过PRR数值来表示，数值较高说明通信质量较好，根据实际经验来说，此线路的通信质量也和通信距离有关，通信距离越长，则通信精度又会随之下降。
4 结束语
基于上述分析，将无线传感器节点和监测装置用无线互联网相连接，组成无线传感器网络监测平台，并且将电气柜的电磁开关阀与监测装置相连接，传感器节点发出预警信号，电磁开关阀启动，联动风扇和电磁增压气泵同时启动，一方面通过通孔在风扇的带动下将灰尘排出，另一方面增压气泵不断鼓气和吸气，在导气管中组成循环气流，可以有效除尘，双面作用提高除尘的效率。从纯机械除尘的角度有效改善了封闭电气柜体内部的尘土问题，而且机械除尘法材料简单，节约成本，尤其是创新的将互联网技术融入除尘过程中，有效解决了以往电气除尘的实时性差和资源浪费问题。
参考文献：
无线控制器篇8
造型与界面设计的研究过程是很有意思的循环过程，理解设计师的设计氛围，但这不是表现设计师能力的唯一方法，以吸引更多的理性分析。通常情况下，界面设计过程如下：
需求阶段：第一，在用户的自身环境的需求评估。在结果中的任何变化的形状和界面元素的相应变化。此外，竞争力的产品的了解是第一阶段的必须要求。产品的形状和表面外观的唯一考虑是不是一个很客观的评价标准，我们只能说，这是更适当和更适合最终用户是最好的。如何确定最合适的用户界面设计，如何针对某一类用户进行研究和探讨。
首先，分析和设计阶段：需求分析，第一步，它会进入设计阶段，在方案形成阶段。第一步的研究数据，可以设立一个粗略的设计规范。例如，如果时间允许，两个不同类型的界面风格设计，当选后，和家庭娱乐软件制造商设计了一个25岁的白领男士。首先，它可以反映用户坐标定位。对于这些用户，我们分析的话：质量，吸引力，高端，优雅，时尚，酷，产业化，亲和力等，其中，有些有所表现出来，比如：高质量，简约，高端时尚。有些事情是相互矛盾的，我们必须放弃一些，如美观、放松或平静。因此，我们可以得出一个坐标上面左侧的质量，关闭用户的心理词汇的正确的词汇来反映用户的外部形象，在同一时间，搜集相呼应的不相同的***像概括，因此，依据坐标点，可以设计几套不同风格的界面设计。紧接着就是所说的“原型”。可以概括为原型，设计市场的设计框架。之前和之后的分析阶段，不同风格，按钮和普遍的排版和设计，思考一些，但也添加些不同的元素，让之更加具体有生动的信息。常用的接口原型的过程如下：（1）在草***阶段，思考创意灵感阶段。这是一般原键入的概念设计阶段，原型设计的基本思路和框架确定的最佳途径，你将需要一个更直观的电子***像，以方便后续研讨会，设计，开发和转让的“纸”的框架内记录。（2）电子***像阶段。常用工具在Photoshop或CORELDRAW，PHOTOSHOP或CorelDRAW文件创建一个画布，以形成一个原型设计、文本框、***片、和控制相结合。当然，对于不同类型的界面设计，不相同的企业，不相同的团队，不相同的分析和设计方法，没有坚实不变的设计，只有最适合大多数的设计。这些仅仅是各种设计方法。
再次，用户验证阶段：设置样式为确保相同的设计水平，不能清楚地看到差距和获得客观的信息和数据反馈给用户。研究验证阶段，从以下问题：
（1）用户对方案的第一印象。
（2）用户对方案的综合印象。
（3）用户对方案的整体评价。
（4）让用户选出最喜欢的方案。
（5）针对方案产品的颜色，文字，***形得分。完成后，所有用户告诉最流行的方案的强项和弱项。所有这些情况准许的条件下，以***形表示，比较显然的直观和科学。
最后，方案修整阶段：
经过很多的用户调研，使用者一直喜爱的目标用户程序。了解到了用户喜欢什么样的方案，用户为什么喜欢，用户还留有什么遗憾之类的问题。
本课题所提出的“灯具无线调光控制器的造型设计与应用研究”构想需要通过“陕西{宾苑水疗中心的灯具无线调光控制器的造型及界面设计”这个具体的设计项目来进行论证。首先，有一个项目的规划设计实施的过程。上面介绍的界面设计的一般过程，然后有一个具体的设计项目规划的具体过程。触摸屏人机界面设计项目，设计过程分为五个步骤：
（1）方案的初步研究。
（2）原型设计。
（3）产品的可用性测试。
（4）改进方案。
（5）用户认证反馈。显然，以上这五个步骤，一般的界面设计过程是相似的。
怎样通过此次的项目设计来论证以上的理论原则？
此前已经给“陕西惠宾苑水疗中心”这个设计项目起草了一套设计方案，因此，这个项目的设计不仅仅是个设计，设计理念是为了证明本论文提出一个构想――灯具无线调光控制器的造型设计与应用的设计方法。所以只有这样的五个步骤的设计过程中是无法证明这篇论文中，提出的设计概念，一个过程只开发了***的，这个具体的设计项目。因此，我们需要增加什么步骤来实现示范的目的？方法可以有许多不同的方式，你可以结束。将吸引大量的数据可以被归纳在分析和总结的初步研究基于这些数据，该项目的设计规范，我们已经获得通过初步调查和分析，设计规格和造型原则的通用设计，没有重复的接口反馈后，引进的原型，这是通用设计的原则是，以补充和加强。因为建议重复投资，以通用设计概念的原则，以避免不必要的时间，觉得无线调光控制器和接口设计，人力和物力等。
无线控制器篇9
ZigBee联盟定义了一套灯光无线控制规范，从而保证今后各个生产商的相关产品都可以互联互通。由于现阶段相关无线控制芯片和模块价格还不能满足民用市场的需求，因此，ZigBee灯光控制的应用目前主要面向智能大厦和高档住宅。随着技术水平的不断完善，相关产品的价格会逐步降低，巨大的民用市场将是最终的发展方向。
二、ZigBee灯光控制的特点
标准――ZigBee灯光定义了灯光开关、调光器、感测设备的规范，保证各个厂商相同产品间的混用或互换，从而保障生产商和用户的利益及成本投入。
网络――ZigBee网络的最大特点就是布网和建网灵活。原则上说，无论是灯光开关、调光器、遥控器，还是感测器都可以作为网络的协调器或路由器。经过合理布局，保证建筑物内没有无线通讯的盲区。
自由――通过ZigBee网络协调器，用户可以在任何时候方便地添加、删除照明设备，任意组合各类控制器与照明设备的对应关系，最大限度地展现无线控制的优势特点。
延伸――ZigBee网络技术是短程无线控制网络的发展趋势。无论是智能楼宇还是今后的民用住宅，安防、家电控制、老人及儿童保全都会用到ZigBee无线控制网络。ZigBee灯光控制网络非常容易就延伸到了这个大网络之中。
三、赫立讯ZigBee灯光演示系统组成
机械及无线灯光开关（SW）
1）代替原来的普通机械开关，可实现多路灯光的集中和***控制；
2）接收遥控器的控制指令，实现多路灯光的无线开关控制；
3）兼备无线网络的协调和路由功能。
无线灯光亮度调节器（D）
1）用无线方式调节灯光的亮度（本地）；
2）接收遥控器的控制指令，实现灯光亮度的无线遥控调节；
3）接收亮度传感器的感测信号，根据环境亮度调节灯光的明暗；
4）兼备无线网络的路由功能。
无线灯光开关及亮度调节遥控器（REM）
1）以无线方式集中或分级控制多组（多个房间）灯光开关；
2）通过无线灯光亮度调节器调整灯光的亮度；
3）无线网络的终端设备。
无线亮度感测器（SENSOR）
1）检测环境的亮度信息，以无线的方式传递相关数据；
2）无线网络的终端设备。
四、演示系统模拟场景
无线遥控集中和分组控制――模拟一个遥控器对房间1和房间2的所有灯光集中开关；模拟一个遥控器对某一个房间灯光的单独开关。
动态灯光设备加入的过程――在原有网络基础上（SW1、SW2、REM1）再增加一个灯光设备（D）；模拟遥控器对可调灯光的控制过程。
多点对多点的控制方式――在原有网络的基础上再增加一个遥控器（REM2），这样两个遥控器都可以完成相同的工作（模拟多个遥控器的应用）。
亮度感测器与灯光亮度的关联――根据亮度感测器（SENSOR）的信号，自动调整房间内灯光的亮度变化。
无线控制器篇10
【关键词】现场总线；无扰切换；设备管理
0.引言
FCS现场总线是连接控制设备与上层自动化控制设备之间的双向串行链路，以其结构和布线简单、数字传输准确可靠、现场信息丰富等特点，在工厂自动化控制中得到越来越广泛的应用。它的全数字化、双向传输、多点通讯，逐步取代之前在工业中广泛应用的DCS集散控制系统。本文采用的是其中的Profibus-DP标准，它是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，为实现工厂综合自动化和现场工艺设备智能化提供了可行的解决方案。
1.设备控制与管理
本文的工艺设备主要分为三类，一类是只需要起停控制的设备，包括除尘器、皮带运输机、搅拌电机等。控制目的是保证正常顺序开停车，以及故障或非正常状况下的连锁停车。另一类是需要调速的设备，包括泵类、风机类、给料机等设备。控制目的是参与到液位、流量、压力等的闭环控制中，以保持运行工况的稳定性。第三类是自成系统的设备，比如破碎机、球磨机、陶瓷过滤机等。这类设备相对较为***，其信息主要是用于监测，或加入少量的控制。对于前两类设备，与之相连的直接控制设备是变频器、软起动器、马达保护器等控制器。这些控制器接收PLC通过DP总线发出的指令，同时又将设备运行或故障信息反馈给PLC，并在上位机监控画面显示这些状态。上位机画面包含有丰富的信息，包括设备起停操作界面、运行状态信息、趋势曲线等，通过对数据库信息进行统计分析、处理，还可以在上位机中得到生产设备的历史曲线、台时、整机效率计算，电量水量统计等，实现工厂过程数据可视化及设备管理。不难看出，设备控制顺序是上位机—PLC—控制器—现场设备。
2.控制器与现场设备
对现场设备的电气控制分为就地和总线两种方式。就地控制时，现场设备起停依赖于动力站的变频器、软起动器、马达保护器等控制器接收安装在设备近旁的就地操作箱上的起停按钮或频率给定装置发出的信号；远程控制时，设备起停则依赖于控制器通过DP总线接收的上位机画面发给PLC的指令。无论这两种哪种控制方式，PLC都可以通过DP总线读到控制器中存放的设备运行或故障状态。就地和总线切换过程要使设备平稳的保持原有状态，这种保持，除了像软起和马达保护器这些工频运行的设备不能因转换而停车或启动外，对于正在以某个频率运行的变频设备，切换时还要维持运行频率不变，即无扰切换。由于总线控制的加入，在外部电路及参数设置方面对切换电路予以充分考虑，使得就地/总线无扰切换比用DCS方式更加可靠。
无扰切换电路设计，在没有采用FCS之前，主要通过远程就地切换继电器与主回路接触器通断的时间差，来保证远程就地切换瞬间设备启动回路或运行回路不断电。即切换过程要保证主回路接触器线圈失电、触点断开的时间，要大于切换继电器线圈得电、触点闭合的时间。FCS系统，从电路及程序上，充分考虑切换的顺畅。以变频回路为例。总线/就地切换开关不影响就地启动继电器的动作，通过变频器运行输出继电器，以及总线/就地停止继电器，来保持给变频器的启动信号维持切换之前的状态。为了保持变频器切换前后频率不变，配合以智能操作器，此操作器可显示变频器的频率给定值SV和频率反馈值MV。无论总线还是就地，MV都对应于变频器的实际频率反馈值。SV则不同。就地时，SV显示操作器给变频器的频率设定值；总线时，SV显示的是MV通过操作器自身变送输出的值，与此时PLC通过总线设置给变频器的频率给定值基本一致。在就地切换到总线的瞬间，PLC通过总线将频率实时数据传输给变频器作为频率给定信号；在总线切换到就地的瞬间，则是利用操作器自身的无扰切换功能，操作器接收转换信号后，瞬间将显示的SV的值输出给变频器作为给定频率，从而实现双方向的可靠的无扰切换。
3.PLC与控制器
控制器主要包括变频器、软起动器、马达保护器等。为实现总线控制，需设置控制器参数。除了基本的额定电压、频率、电流、功率因数、总线地址等的设置外，对于变频器，还需要设置起停模式（如惯性、斜坡等）、加减速时间、控制信号源、频率源等；软起动器需要设置起停模式（如电压、力矩）、升降压时间、限流倍数、保护类别、输入输出功能等；马达保护器需要设置操作模式、保护设置、控制设置等。初始设置一般是通过控制器本身的键盘完成。也可以由PLC通过DP总线对控制器参数进行设置和修改，并对控制器的特性进行连续监测与控制。
为对不同控制方式的电机进行统一管理，PLC中设置统一的电机控制变量，包括电机控制类型、控制字、状态字、频率设定、频率反馈、电机电流、电机功率、故障代码。其中电机控制类型中显示变频器控制、软起动器控制、电机保护器控制、普通电机控制等信息。控制字中包括起停电机、故障复位。状态字包括运行/停止、总线/就地、故障、急停、合闸/分闸等信息。频率设定和频率反馈对应于变频器，电机电流、功率、故障代码对应于所有总线控制设备。故障代码是FCS较DCS优势之处，PLC通过总线读取故障代码后，可以对现场装置进行远方诊断，快速判断故障原因，排查故障。
4.上位机与PLC
上位机与PLC的通讯，采用DAServer作为接口，DAServer根据设定时间比如1000ms来读写需要与PLC交互的数据。上位机则是以事件形式读取接口中的数据。这些数据信息的读写，需要上位机进行解码及编码，以对应到特定位，实现PLC中控制字及状态字在上位机画面的显示。对于自成系统的如球磨机等设备，由于自身存在很完备的监控系统，通过通讯读取需要特别关注的参数以显示在画面中。如球磨机的油站、离合器、慢驱电机、主电机等的状态、报警等信息，轴瓦及定子温度、油压油流、振动等信息，陶瓷过滤机的循环泵、加酸泵、真空泵等相关信息。
5.上位机与服务器
上位机与PLC之间的通讯使得画面可以获得设备运行的实时数据。如若需要生产的历史数据或关键的性能指标，则需要从服务器中获得数据。各PLC设备将总线传输的与生产密切相关的设备数据存储到服务器，上位机利用ActiveFactory分析报表工具读取服务器的历史数据，以跟踪生产信息，并对信息进行分析、计算、处理，得到生产设备的历史曲线、台时、整机效率、耗电量、用水量等。工厂过程数据可视化后，管理人员能够在详细的数据趋势及信息基础上，采取行动优化生产过程。生成数据报表及设备管理报表，提高生产绩效。
6.总结
本文利用FCS（现场总线控制系统）中的Profibus-DP总线在工厂的实际应用，从现场设备、控制器、PLC、上位机以及服务器等方面，介绍了FCS对电气设备无扰切换控制及自动化设备管理的实现方法。 [科]
【参考文献】