時間：2023-03-17 18:02:10
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關鍵詞：AT89C51串行口無線數字電臺串行通信
一般的數字采集系統，是通過傳感器將捕捉的現場信號轉換為電信號，經模/數轉換器ADC采樣、量化、編碼后，為成數字信號，存入數據存儲器，或送給微處理器，或通過無線方式將數據發送給接收端進行處理。無線數據傳輸系統就是樣一套利用無線手段，將采集的數據由測量站發送到主控站的設備。
1系統組成
系統組成如圖1、圖2所示。
系統由測量站和主控站兩部分組成。測量站主要完成對現場信號的采集、存儲，接收遙控指令并發送數據。主控站的主要工作是發送遙控指令、接收數據信息、進行數據處理和數據管理、隨機顯示打印等。
2AT89C51與數字電臺的串行通信
Atmel公司的AT89C51單片機，是一種低功耗、高性能的、片內含有4KBFlashROM的8位CMOS單片機，工作電壓范圍為2.7～6V（實際使用+5V供電），8位數據總線。它有一個可編程的全雙工串行通信接口，能同時進行串行發送和執著收。通過RXD引腳（串行數據接收端）和TXD引腳（串行數據發送端）與外界進行通信。
2.1通信協議與波特率
數字電臺與單片機、終端主控機的通信協議為：
通信接口——標準串行RS232接口，9線制半雙工方式；
通信幀格式——1位起始位，8位數據位，1位可編程數據位，1位停止位；
波特率——1200baud。
數字電臺選用Motorola公司的GM系列車載電臺，工作于VHF/UHF頻段，可進行無線數傳（9線制標準串行RS232接口），也可進行話音通信；采用二進制移頻鍵控（2FSK）調制解調方式，符合國際電報電話咨詢委員會CCITT.23標準。在話帶內進行數字傳輸時，推薦在不高于1200b/s數據率時使用。實際使用時，電臺工作于220～240MHz頻率范圍，采用半雙工方式（執行收、發操作，但不能同時進行）即可滿足系統要求。
2.2AT89C51串行口工作方式
AT89C51串行口可設置四種工作方式，可有8位、10位和11位幀格式。本系統中，AT89C51串行口工作于方式3，即鳘幀11位的異步通信格式：1位起始位，8位數據位（低位在前），1位可編程數據位，1位停止位。
發送前，由軟件設置第9位數據（TB8）作奇偶校驗位，將要發送的數據寫入SBUF，啟動發送過程。串行口能自動把TB8取出，裝入到第9位數據的位置，再逐一發送出去。發送完畢，使TI=1。
接收時，置SCON中的REN為1，允許接收。當檢測到RXD（P3.0端有“1”到“0”的跳變（起始位）時，開始接收9位數據，送入移位寄存器（9位）。當滿足RI=0且SM2=0或接收到的9位數據為1時，前8位數據送入SBUF，第9位數據送入SCON中的RB8，置RI為1；否則，這次接收無效，不置位RI。
串口方式3的波特率由定時器T1的溢出率與SMOD值同時決定：
方式3波特率=T1溢出率/n
當SMOD=0時，n=32；SMOD=1時，n=16。T1溢出率取決于T1的計數速率（計數速率=fosc/12）和TI預置的初值。
定時器T1用作波特率發生器，工作于模式2（自動重裝初值）。設TH1和TL1定時計數初值為X，則每過“28-X”個機器周期，T1就會發生一次溢出。初值X確定如下：
X=256-fosc×(SMOD+1)/384×BTL
本系統中，SMOD=0，波行率BTL=1200，晶振fosc=6MHz，所以初值X=F3H。
2.3AT89C51與數字電臺的硬件連接
AT89C51與數字電臺的硬件連接如圖3所示。
系統采用異步串行通信方式傳輸測量數據。利用單片機串口與數字電臺RS232數據口相連。電臺常態為收狀態（PPT=0，收狀態；PPT=1，發狀態），單片機P3.5腳輸出高電平。單片機使用TTL電平，電臺使用RS232電平，由MAX232完成TTL電平與RS232電平之間的轉換。3片光電耦合器6N137實現單片機與電臺之間的電源隔離，增強系統抗干擾性能。
單片機通過帶控制端的三態緩沖門74HC125、非門74HC14控制電臺的收發轉換，以及指令的接收和數據發送。接收時，P3.5=1,c2=1，74HC125B截止；P3.5經74HC14反相、光電隔離，使電臺PPT腳為低電平，將其置為接收狀態；同時c1=0，74HC125A導通，接收的指令由電臺的RXD端輸入，經MAX232電平變換、光電隔離、74HC125A緩沖門，送入單片機RXD腳。發射時，P3.5=0，經74HC14反相、光電隔離，使電臺PPT腳為高電平，將其置為發射狀態；同時c1=1，74HC125A截止，c2=0，74HC125B導通，數據由單片機TXD腳輸出，經74HC125B緩沖門、光電隔離、MAX232電平變換，通過電臺TXD端口將數據發送出去。
3通信軟件設計
通信軟件至關重要，一旦出現問題，整個系統就會癱瘓。采取差錯控制與容錯技術是非常重要的。
*主控站發送的指令中包含一定數量的同步符55H和3字節的密碼。測量站在連續收到5個同步符后進行密碼驗證，驗證通過后正式接收指令字節；如未通過，則測量站發一信號讓主控站重發，三次驗證不過則停發該命令。測量站發/主控站收時，驗證方式與此相同。驗證通過后，測量站開始發送數據。
*一個指令由3字節構成，第二字節等于第一字節加上35H，第3字節等于第二字節加上36H。如果收到的指令不符合此規則，則重發該命令，連續三次錯誤時停發。
*主控站每發一個指令，測量站都回送一個應答信號。該應答信號中包含原指令樣本。
下面給出單片機串行口與電臺的基本通信程序。
初始化程序：
BTLEQU2FH；波特率放在內部RAM的2FH單元
MOVTMOD，#21H；T0方式1，16位計數器，T1方式2，串口用
SETBTR0；啟動T0
MOVBTL，#0F3H；波特率設定為1200
MOVSCON，#0C0H；串口方式3，9位數據，禁止接收
接收及驗證程序：
NUMEQU2BH；同步符個數值存放在內部RAM的2BH單元
TEMPEQU2CH
ROM-CH：DB55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H
DB55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H；20字節同步符
MIMDB''''WSC''''：3字節密碼“WSC”
SETBP3.5；置電臺收狀態
SETBREN；允許串口接收
A1：MOVNUM，#0；記錄連續到同步符55H的個數
A2：JBRI，A2；串口有數據轉A3
A3：CLRRI；清接收中斷標志
MOVA，SBUF；讀串口數據
CJNEA，#55H，A1；不是同步符轉A1
INCNUM；收到的同步符個數加1
MOVA，NUM；取收到的同步符個數
CJNEA，#5，A2；未收夠連續5個55H轉A2
A4:MOVNUM,#0;密碼驗證，記錄收到密碼字節數
A5：MOVDPTR，#MIM；密碼字符首址
MOVA，NUM
MOVCA，@A+DPTR；查表取密碼
MOVTEMP，A；保存密碼
JBRI，A6；串口收完一個字節轉A6
…
A6：CLRRI；清接收中斷標志
MOVA，SBUF；讀串口數據
CJNEA，TEMP，A4；與密碼不符轉A4
INCNUM；收到的密碼個數加1
MOVA，NUM；取已收到的密碼字節數
CJNEA，#3，A5；密碼未收完轉A5
發送程序：
CLRP3.5；置電臺發狀態
MOVB，#23
MOVDPTR，#ROM-CH
B1：CLRA
MOVCA，@A+DPTR；查表發送同步符和密碼共24字節
INCDPTR
LCALLSEND-CH；調發送單字節子程序
DJNZB，B1
…
CLRA
MOVDPTR，#7000H；外部RAM數據首址，發送外部RAM中的數據到電臺
B2：CJNER4，#0，B3
CJNER3，#0，B3；R4R3=發送字節數
B3：MOVXA，@DPTR；取數據
INCDPTR
LCALLSEND-CH
CJNER3，#0，B4
CJNER4，#0，B5
B4：DECR3
LJMPB2
DECR3
DECR4
LJMPB2
…
SEND-CH：SETBTB8
MOVSBUF，A
DB0，0，0，0，0，0，0，0
JNBTI，$；延時4μs
CLRTI
RET
[論文摘要]3G的時代已經來臨,其主要技術標準WCDMA和CDMA2000誰優誰劣自然引起了我們的關注。本文從各個方面對兩個技術標準做了全面的對比研究。
一、引言
上世紀70年代末,誕生了被稱為第一代蜂窩移動通信系統的雙工FDMA模擬調頻系統,但由于模擬系統固有的先天缺陷,在90年代初被以TDMA為基礎的第二代數字蜂窩移動通信系統所取代,相對FDMA系統有諸多優點,如頻譜利用率高,系統容量大、保密性好等。與此同時產生了以CDMA為基礎的數字蜂窩通信系統,相比TDMA系統具有低發射功率、信道容量大、軟容量、軟切換、采用多種分集技術等優點。
隨著網絡的廣泛普及,圖像、話音和數據相結合的多媒體和高速率數據業務的業務量大大增加,人們對通信業務多樣化的要求也與日俱增,而一代二代系統遠遠不能滿足用戶的這些需求,所以誕生了第三代移動通信技術,它能夠處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式,提供包括網頁瀏覽、電話會議、電子商務等多種信息服務。國際上承認的3G標準有三個:CDMA2000、WCDMA以及TD-SCDMA,這里主要從各個方面做WCDMA和CDMA2000的對比研究。
二、WCDMA和CDMA2000的綜合比較
由于WCDMA和CDMA2000這兩種技術都是將CDMA技術用于蜂窩系統,許多的思想都是源于CDMA系統,因此WCDMA和CDMA2000有許多相試之處:從雙工方式上看,WCDMA和CDMA2000屬于FDD模式。WCDMA和CDMA2000都滿足IMT-2000提出的技術要求,支持高速多媒體業務、分組數據和IP接入等。但它們在技術實現、規范標準化、網絡演進等方面都存在較大差異。
WCDMA和CDMA2000各有優勢和缺點。WCDMA技術較成熟,能同廣泛使用的GSM系統兼容;相比第二代通信系統能提供更加靈活的服務;而且WCDMA能靈活處理不同速率的業務。其缺點是只能共用現有GSM系統的核心網部分,無線側設備可以共用的很少。
CDMA2000的優勢是可以和窄帶CDMA的基站設備很好地兼容,能夠從窄帶CDMA系統平滑升級,只需增加新的信道單元,升級成本較低,核心網和大部分的無線設備都可用。容量也比IS-95A增加了兩倍,手機待機時間也增加了兩倍。缺點是CDMA2000系統無法和GSM系統兼容。
1.WCDMA與CDMA2000的物理層技術比較
WCDMA和CDMA2000物理層技術細節上有相似也有差異,由于考慮出發點不同,造成了不同的技術特點。WCDMA技術規范充分考慮了與第二代GSM移動通信系統的互操作性和對GSM核心網的兼容性;CDMA2000的開發策略是對以IS-95標準為藍本的窄帶CDMA的平滑升級。
(1)這兩個標準的物理層技術相似點可以歸納為以下幾點:
①內環均采用快速功率控制。CDMA系統是干擾受限系統,因此為了提高系統容量,應盡可能的降低系統的干擾。功率控制技術可以減少一系列的干擾,這意味著同一小區內可容納更多的用戶數,即小區的容量增加。因此CDMA系統中引入功率控制技術是非常必要的。
②系統都支持開環發射分集,信道編碼采用卷積碼和Turbo碼。
③系統均采用軟切換技術。所謂軟切換是指移動臺需要切換時,先與新的基站連通再與原基站切斷聯系,而不是先切斷與原基站的聯系再與新的基站連通。軟切換只能在同一頻率的信道間進行,因此模擬系統、TDMA系統不具有這種功能。軟切換可以有效地提高切換的可靠性,大大減少切換造成的掉話。
④WCDMA工作頻段:1900~2025MHz頻段分配給FDD上行鏈路使用,2110~2170MHz頻段分配給FDD下行鏈路使用,2110~2170MHz頻段分配給TDD雙工方式使用。其中WCDMA和CDMA2000利用1900~2025MHz頻段(上行),2110~2170MHz(下行)。
(2)兩個標準的物理層技術差異可以歸納為以下幾點:
①擴頻碼片速率和射頻帶寬。WCDMA根據ITU關于5MHz信道基本帶寬的劃分規則,將基本碼片速率定為3.84Mcps。WCDMA使用帶寬和碼片速率是CDMA2000-1X的3倍以上,能提供更大的多路徑分集、更高的中繼增益和更小的信號開銷。CDMA2000分兩個方案,即CDMA2000-1X和CDMA2000-3X兩個階段。CDMA2000系統可支持話音、分組數據等業務,并且可實現QoS的協商。室內最高數據速率達2Mbit/s,步行環境384kb/s,車載環境144kb/s。CDMA2000在前向和反向CDMA信道在單載波上采用碼片速率1.2288Mcps的直接序列擴頻,射頻帶寬為1.25MHz。
②支持不同的核心網標準。WCDMA要求實現與GSM網絡的兼容,所以它把GSMMAP協議作為上層核心網絡議;CDMA2000要求兼容窄帶CDMA,因此它把ANSI-41作為自己的核心網絡協議。
③WCDMA進行功率控制的速度是CDMA2000的2倍,能保證更好的信號質量,并支持多用戶。
④為了使支持基于GSM的GPRS業務而部署的所有業務也支持WCDMA業務,為了完善新的數據話音網絡,CDMA2000-1x需要添加額外的網元或進行功能升級。
2.WCDMA與CDMA2000網絡接口的比較
3G標準的基本目標是能在車載、步行和靜止各種不同環境下為多個用戶分別提供最高為144kbit/s、384kbit/s和2048kbit/s的無線接入數據速率。為多個用戶提供可變的無線接入數率是3G標準的核心要求。CDMA2000可分別用于900MHZ和2GHZ兩個頻段CDMA2000的碼片速率與IS-95相同,兩系統可以兼容。WCDMA的碼片速率為3.84Mcps,顯然WCDMA系統中低速率用戶或語音用戶的移動臺成本會大幅上升,在CDMA2000系統中則不會如此。
WCDMA的接口標準規范、制定嚴謹、組織嚴密,而CDMA2000的接口標準嚴謹性有待加強。IS-95廠家設備難以互通,給運營商設備選型帶來了較大問題;3G許諾的高速無線數據服務必須可以和話音一樣實現無縫的漫游,這是至關重要的。多媒體信息要漫游、視頻通話也要漫游,沒有這些基本要素,3G就不能稱其為3G。漫游涉及到的不僅僅是技術問題,更重要的是商業利益。在這方面WCDMA顯然更勝一籌,它支持全球漫游,全球移動用戶均有唯一標識,而CDMA2000尚不能很好做到這一點。
3.WCDMA和CDMA2000網絡演進的比較
(1)WCDMA的網絡演進技術
現有的GSM系統利用單一時隙可提供9.6kbit/s的數據服務。如果復用多個時隙就能升級為HSCSD(高速電路交換數據)方式;此后出現了GPRS(通用分組無線業務),首次在核心網中引入了分組交換的方式,可提供144kbit/s的數據速率。接著繼續升級采用8PSK調制,這樣傳輸速率可以上升至384kbit/s這就是EDGE;WCDMA的數據傳輸速率將高達2M/s。
(2)CDMA2000網絡演進技術
主要的CDMA2000運營商將來自現在的窄帶CDMA運營商。窄帶CDMA向CDMA2000過渡的方式為IS-95AIS95BIS-95CIMT2000。IS-95A的數據傳輸速率為14.4kbit/s,為了提供更高的速率,1999年部分廠商開始采用IS-95B標準,理論上支持115.2kbit/s的速率。IS-95C進一步使容量加倍,最后升級為CDMA2000。
窄帶CDMA系統向CDMA2000系統的演進分為空中接口、網絡接口及核心網絡演進等方面。
①目前窄帶CDMA系統的空中接口是基于IS295A,其支持的數據速率為14.4kbit/s,由IS295A升級到IS295B,可支持64kbit/s。
②窄帶CDMA網絡接口的演進主要指窄帶CDMA系統A接口的升級和演進。對于窄帶CDMA系統,以前其A接口不是規范接口(即不是開放接口),窄帶CDMA和GSM的A接口的規范相比較,GSM是先有A接口標準,然后廠家依據標準開發;窄帶CDMA是廠家各自開發,然后廣泛宣傳,最后憑借自身影響修改標準。
③窄帶CDMA的核心網在美國經過多年發展后,從IS241A到IS241B到IS241C,我國CDMA試驗網和紅皮書以IS241C為基礎,IS241D規范在1999年底,目前IS241E規范還未正式。
三、WCDMA和CDMA2000在我國的前景
對3G標準的選擇不僅要看其技術原理及成熟程度,還要結合本國國情、市場運作狀況等因素進行考慮。按目前的進展來看,兩種標準最后不能融合成一種,但可以共存。
在我國,GSMMAP網絡已形成巨大的規模,歐洲標準的WCDMA在網絡上充分考慮到與第二代的GSM的兼容性,在技術上也考慮了與GSM的雙模切換兼容,向WCDMA體制的第三代系統演進,從一開始就解決了全網覆蓋的問題。而且CDMA2000采用GPS系統,對GPS依賴較大;在小區站點同步方面,CDMA2000基站通過GPS實現同步,將造成室內和城市小區部署的困難,而WCDMA設計可以使用異步基站,運營者獨立性強;對于電信設備制造行業,我國在GSM蜂窩移動通信方面發展成熟,而窄帶CDMA系統尚未形成規模和產業。
WCDMA采用全新的CDMA多址技術,并且使用新的頻段及話音編碼技術等。因此GSM網絡雖然可采用一些臨時的替代方案提供中等速率的數據服務,卻不能提供一種相對平滑的路徑以過渡到WCDMA。而CDMA2000的設計是以IS-95系統的豐富經驗為依據的,因此窄帶CDMA向CDMA2000的演進無論從無線還是網絡部分都更為平滑。在基站方面只需更新信道板,并將系統軟件升級,即可將IS-95基站升級為CDMA2000基站。
由此可見,WCDMA和CDMA2000還將長時間在我國共存,鹿死誰手?尚未分曉。
參考文獻:
[1]TeroOjanpera,RamjeePrasad.朱旭紅譯.寬帶CDMA:第三代移動通信技術.北京:人民郵電出版社.
本文以常用的車載物流過程為研究對象，在貨柜中部署傳感器節點，來實時監測貨物運輸過程的相關環境參數，WSN中的匯聚節點通過藍牙傳輸協議將數據傳給作為網關的智能手機，智能手機通過GPS衛星定位將位置信息加入到參數數據中，再通過移動通信網絡將數據傳輸到后臺系統中。本論文研究主體為車載部分，其架構如圖2所示。
1.1傳感器節點的設計本系統中，傳感器節點的主要任務是實時監測相關環境參數，并對其他節點轉發來的數據進行存儲和轉發，使數據通過WSN傳輸到匯聚節點處，其處理能力、存儲能力和通信能力要求不高，因此采用簡單節約的設計方案。如圖3所示，傳感器節點由傳感器模塊、處理器模塊、射頻模塊、電源模塊和電路等部分組成。傳感器模塊負責對所需參數進行采集和模數轉換。處理器模塊負責控制整個傳感器節點的操作，存儲和處理傳感器模塊采集的以及射頻模塊發送過來的數據。射頻模塊負責與其他節點之間的通信，對數據進行發送或接收。電源模塊負責為整個節點提供運行所需的能量，是決定節點壽命的關鍵因素之一。電路則包括聲光電路、復位電路及接口電路等。（1）處理器模塊。處理器模塊是傳感器節點的核心部分，本設計方案中，處理器選用德州儀器（TI）公司的16位超低功耗微控制器MSP430F135，該處理器采用1.8V-3.6V的低電壓供電，可以在低電壓下以超低功耗狀態工作，非常適合應用在對功耗控制要求甚高的無線傳感器網絡。該處理器同時擁有較強的處理能力和較豐富的片內資源，擁有16kB閃存、512BRAM、2個16位的定時器、1個通用同步異步接口（USART）、12位的模數轉換器（ADC）和6個8位并行接口。（2）射頻模塊。在無線傳感器網絡實際應用中，傳感器節點既需要發射又需要接收數據，因此本設計方案中的射頻模塊采用收發一體的無線收發機。射頻模塊采用Chipcon公司推出的無線收發芯片CC2420，它的工作電壓位于2.1~3.6V之間，收發電流不超過20mA，功耗低；其具有很高的集成度，只需要較少的電路就可工作，天線設計采用PCB天線，進一步減小模塊體積。CC2420工作在2.4GHz頻段上，支持IEEE802.15.4和Zig-Bee協議；采用O-QPSK調制方式，抗鄰道干擾能力強；128B接收和128B發射用的數據緩存空間，數據傳輸速率高達250kb-ps。（3）傳感器模塊。傳感器節點的數據采集部分根據實際需要選擇相應的傳感器，如溫度、濕度、振動、光敏、壓力等傳感器。本文的研究重點不在傳感器上，因此僅以溫濕度傳感器作為例子。本方案采用Sensirion公司的SHT15溫濕度傳感器，該傳感器將傳感元件和信號處理電路集成在一起，輸出完全標定的數字信號[3]。其工作溫度范圍在-40℃-123.8℃之間，其在-20℃-70℃范圍內，溫度測量精度在±1℃以內；濕度范圍在0%-100%之間，在10%-90%范圍內，濕度測量精度在±2%以內。
1.2匯聚節點的設計在本系統中，匯聚節點的主要任務是接收傳感器節點轉發來的數據，進行存儲和處理后傳輸到網關節點處，同時，接收來自網關節點的信息，向傳感器節點監測任務。匯聚節點是連接WSN和外部網絡的接口，實現兩種協議間的轉換，使用戶能夠訪問、獲取和配置WSN的資源，對其處理能力、存儲能力和通信能力要求較高。而為了與傳感器節點匹配，匯聚節點的硬件結構與傳感器節點基本相似，如圖4所示，匯聚節點沒有傳感器模塊，增加了存儲器模塊和藍牙通信模塊。（1）處理器模塊。同樣的，處理器模塊也是匯聚節點的核心部分，主要負責控制整個匯聚節點的操作，存儲和處理來自射頻模塊或者藍牙通信模塊的數據，再將處理結果交給射頻模塊或者藍牙通信模塊發送出去。本設計方案中，處理器選用TI公司的16位超低功耗微控制器MSP430F1611，該處理器和MSP430F135一樣，可以在1.8V~3.6V的低電壓下以超低功耗狀態工作，但其擁有更強的處理能力和更豐富的片內資源，48kB閃存和10KBRAM、2個16位定時器、1個快速12位ADC、雙12位DAC、2個USART接口和6個8位并行I/O接口。（2）存儲器模塊。考慮到物流運輸過程中環境多變，容易帶來一些不確定因素，這些不確定因素可能引起處理器自帶的存儲器中的數據丟失，因此匯聚節點需要存儲一些重要的數據。本設計方案中，匯聚節點的外部存儲器芯片選用由Mi-crochip公司生產的24AA64，工作電壓低至1.8V，它采用低功耗CMOS技術，工作時電流僅為1mA，而且可以在惡劣的環境下穩定工作。由于匯聚節點對存儲容量要求不高，而且24AA64芯片的存儲容量為64KB，擦寫次數可達到百萬次，因此一塊芯片即可滿足本系統的存儲要求。（3）藍牙通信模塊。本系統采用智能手機作為后臺系統和WSN之間的網關，來實現遠距離的數據傳輸。為了使匯聚節點與智能手機能夠進行通信，采用藍牙通信協議。而在匯聚節點使用藍牙通信方式需要增加一個藍牙通信模塊。本設計方案中，采用SparkFun公司的BlueSMiRF模塊，其工作電壓為3.3V-6V，工作電流最大為25mA，功耗較低；其最大傳輸距離為100m，通信速率最高可達115200bps；其天線為PCB天線，所需器件很少，故模塊的體積很小，可以通過串行接口直接與處理器模塊相連。
1.3網關節點的設計本系統要求在后臺系統和WSN部署點間進行雙向通信，為了實現遠距離的數據傳輸功能，有兩種方案，一是匯聚節點增加移動通信模塊，如GPRS模塊[4]；二是采用智能手機作為后臺系統和匯聚節點之間的網關。方案一對匯聚節點的要求進一步提高，不僅處理過程更加復雜，其能量消耗也大大提高；另一方面要實現物流過程的跟蹤，還需有定位功能，一般采用GPS模塊[5]，這樣成本也將大大提高。相比之下，方案二優勢明顯，采用智能手機可以進行各種復雜的數據處理，進行大量數據的存儲，使用移動通信網絡與后臺系統進行通信，使用內置的GPS定位功能，后臺用戶可以在緊急事件發生時直接聯系貨車司機等。因此，本系統采用智能手機作為網關節點。本設計方案中，采用中國移動M811手機作為測試對象，其支持4G/3G/GPRS等移動網絡，可以方便地使用移動網絡與后臺系統進行通信；其具有GPS定位功能，可以實現貨車定位；具有藍牙通信功能，可與匯聚節點間采用藍牙通信；使用An-droid4.0操作系統，擁有豐富的開源資源，方便軟件的設計。
2系統軟件部分設計
本系統使用WSN中的傳感器節點檢測物流過程中相關環境參數并發送到匯聚節點處，由其將數據通過藍牙連接傳輸到智能手機，智能手機通過移動通信網絡將加入GPS信息的數據傳輸到后臺服務器。系統各部分的工作任務不一，硬件條件也有很大差別，因此系統的軟件設計也十分關鍵。
2.1傳感器節點程序設計傳感器節點主要承擔數據采集和發送的工作，由于其能量及處理資源有限，因此需要采取節能和減少數據處理的設計方案。本設計方案中，傳感器節點采取按需求喚醒的工作方式，檢測等待時間（等待時間可由后臺設置）未到或者沒有收到匯聚節點命令時節點處于休眠狀態；當等待時間一到或者收到命令時，立刻開始工作，進行采集數據并發送，或者根據命令完成相應操作，完成后又進入休眠狀態，等待下一次激活，其程序流程如圖5所示。
2.2匯聚節點程序設計匯聚節點的主要任務是接收傳感器節點轉發來的數據，處理后通過藍牙傳輸到網關節點處，同時接收來自網關的命令，完成相應的操作。相比于傳感器節點，匯聚節點的工作更加復雜，而且其能量和處理資源也不多，因此采取與傳感器節點相似的節能設計方案，將復雜的數據處理工作交予網關節點，其程序流程如圖6所示。
2.3智能手機APP設計智能手機作為本系統的網關節點，承擔協議轉換、數據傳輸、數據處理等復雜工作，因此開發相應的應用程序（Applica-tionProgram，簡稱APP）來實現上述功能，其流程圖如圖7所示。該APP實現對智能手機內部藍牙模塊的調用，通過藍牙連接與匯聚節點通信；利用智能手機的GPS模塊獲取位置信息，加入到接收到的傳感器數據中，再通過移動通信網絡傳輸到后臺系統；接收后臺系統的命令，完成相應的操作；同時通過智能手機對應的界面提供數據顯示、告警提醒以及日志功能。
3結語
在以LTE為代表第4代移動通信正在普及應用的時候，第5代移動通信（5G）的研發已經拉開了帷幕。在過去30多年里，移動通信提高系統容量的方法主要有3個：增加無線傳輸帶寬、提高無線傳輸鏈路的頻譜效率和增加小區密度。而技術革新最多、最有成效的是無線傳輸技術，通過引入高階調制和高性能信道編碼等技術有效改善了頻譜效率。特別是在第4代移動通信中采用了多天線技術，并通過引入空間資源改善了頻譜效率。在未來10～15年，移動通信業務數據量將有數千倍的增加，我們采用什么技術來滿足這個需求將成為5G研發需要面對的問題。
目前，移動通信的主要需求是來自移動互聯網的發展，特別是智能終端的發展激發了移動通信數據業務量的猛增。未來將有更多類型的終端引入達到移動通信網絡中，移動通信終端的數量將遠遠超過人口數量，數據業務成為絕對的主流。5G移動通信的主要技術突破點仍然是新頻段、無線傳輸技術和蜂窩組網技術。5G移動通信可能采用5 GHz以上的頻段增加帶寬，而28 GHz、47 GHz和60 GHz將可能用于微功率小區和室內覆蓋，解決高密度數據量的熱點覆蓋需求。大規模MIMO是一種充分利用空間資源的技術，可用于5G移動通信系統中提高頻譜效率和功率效率的有效手段，當天線數量增加到上百根后也會引發一系列的技術難題。增加小區密度，多系統、多層次異構協同組網是提高單位面積數據量的最有效手段，但是，多小區的干擾協同與抑制、多系統間的協作與資源調度成為高密度異構小區的主要瓶頸，我們需要全新的思路來解決。
此外，移動通信對新技術的引入方式也在發生著本質的變化，從早期的與場景無關的普適技術到現在依場景優化的自適應技術；1G和2G使用單一技術滿足所有的應用場景，無疑將只能針對最惡劣的使用場景進行優化，系統整體性低；3G和4G使用了AMC、智能天線和MIMO等技術，更加精確地利用無線傳輸信道的特征，可以在更多的使用場景達到最優，整體性能較高；到了5G，這個特點將更加突出，現在提出的一些新技術都是在特定場景中使用的，可達到更高的系統性能。
5G移動通信的研究才剛剛開始，本專題只是涉及了部分5G相關技術。希望通過這些論文能部分反映中國在5G移動通信領域的研發現狀，并促進未來5G移動通信技術的研究。
藍牙計劃基本上是一個無線傳輸的計劃，不需要透過實質線路，在一定的距離范圍內，可以傳輸可觀的資料量，當然這種無線傳輸并不像行動電話那樣數十公里內皆可傳達，而是數十至數百公尺內的短距離無線傳輸。此外可傳輸的裝置不限于手機，只要有裝設藍牙收發模塊的裝置都可以使用藍牙傳輸，眼前的構想即是讓其它的行動裝置都可以使用藍牙傳輸，包括PDA、筆記型計算機、車用裝置等等。藍牙計劃的發起，主要是1998年5月，由Ericsson（愛立信，瑞典）、Intel（英特爾，美國）、NOKIA（諾基亞，芬蘭）、IBM（國際商務機器，美國）、TOSHIBA（東芝，日本）等五家公司，共同組織一個“特別參與組織（SIG，SpecialInterestGrou）”稱為BluetoothSIG，以此組織來制定一套短距離的無線傳送、接收的技術規格。
二、淺談藍牙技術
藍牙計劃雖是1998年開始，但是藍牙的技術根基卻來自1997年制訂完成的無線局域網絡通訊協議：IEEE-802.11。
藍牙基本上也是運用射頻（RF）方式進行無線通訊，至于使用的頻帶范圍，則是使用2.45GHz，這個無線電頻帶是全世界共同開放、不受法令限制的頻帶，舉凡工業、科學、醫療（ISM，Industrial/Scientific/Medical）、甚至微波爐等都是使用2.45GHz的頻帶。
由于這個頻帶被廣泛使用了，那么使用此頻帶進行通訊，絕對是很容易收到干擾的，因此藍牙規格被設計成可跳頻通訊，能夠在一秒鐘內進行1,600次的跳頻動作，此這樣的動作避免其它通訊的干擾。由于每秒1,600次的快速跳頻，這也使得藍牙無線收發的數據封包不能太長，否則不能滿足如此頻繁的跳頻次數，所以藍牙短封包、快速跳頻的特性，也使其無線傳輸能抗干擾、更穩定通信。
藍牙規格已經正式公布v1.0版，規格方面算是踏出成熟的第一步，接下來就是商品化、投入實際制造的階段。而要讓藍牙迅速普及，就是在既有的用途裝置上，追加設計藍牙功能即可，以節省開發時間與成本，為此藍牙射頻模塊就成為非常重要的一項零組件。
藍牙射頻模塊一方面要夠便宜，才可能快速普及，另一方面也要夠小巧，才能適用于所有的需求裝置上，目前專家推估射頻模塊的成本必須低于5美元才能普及，而各家公司也正加緊將射頻模塊設計地更精小、更便宜中。
三、藍牙技術的應用
藍牙由于具有1-2Mbps、10-100公尺的無線通訊能力，因此藍牙技術可以舒緩若干問題，例如可以直接利用藍牙的高速數據傳輸率來傳輸語音，等于是把藍牙通訊當成無線電話的功能。
另外對于小公司、小環境等，也可以省去布設實質線路的成本，以及后續線路維護的困擾。還有藍牙可以指定隔絕與通行的通信功能，也等于可以建立無線的LAN環境、小族群通訊環境。
四、藍牙技術的展望
（一）藍牙收發話器對健康的好處。由于手機有高功率的電磁波，據報導證實電磁波會對人體造成傷害，所以有了藍牙，你將可以把一個小小的藍牙附件裝在你的大哥大，然后把收發話器戴在你的耳朵(由于藍牙應用的是低功率，所以不會對人體有任何傷害)。準備好了以后，你就把你的大哥大放在口袋里講電話，不必把電話緊貼的臉，甚至按下收發話器上的按鈕就可以直接接聽來電。
（二）比一般傳統式紅外線傳輸更快，且不用對準兩個傳輸端口成一直線。藍牙科技在傳輸方面的好處就是，它能夠允許兩個裝置，在不排成一直線的狀態下，還能夠以無線的方式傳送數據。不像紅外線傳輸最大的缺點是，你必須對準兩個傳輸端口成一直線才有辦法傳送數據。藍牙傳輸甚至無視于墻壁、口袋、或公文包的存在而可以順利進行。藍牙的數據傳輸速度比紅外線傳輸還要快，每秒鐘高達1MB
（三）手表可自動對時間，無線下載Mp3。只要將來手表有內建藍牙且有Mp3撥放功能，這樣一來將可自動設定為標準時間，且可很方便的隨時從計算機傳輸歌曲。
（四）其它還有很多很多，只要現在是要接線的，都有可能會被藍牙所應用。藍牙技術一旦普及，相信對通訊方式、產品設計、生活方式等都會有巨幅的沖擊，甚至很難想象沖擊的程度。不過就現階段而言，藍牙可能帶來的便利卻是可以想象的，各位可以想象家里安裝一個藍牙收發基地臺，家中的計算機、電話、傳真機都不用實際接線，就可以互通或連外。在公司內外務人員趕時間，只要在藍牙收發范圍內都可以傳送數據，例如咖啡廳、車站等都可以。此外倉庫的盤點盤查，只要帶個PDA，倉庫內設有藍牙基地臺，馬上可以跟全省各地的倉庫進行盤點加總，當然，藍牙基地臺后面有接往Internet，或是以公司專線，或VPN方式連接。另外數字相機拍完的相片，只要接近筆記型計算機就可以回傳，省去記憶卡的插拔，既有計算機外設裝置也都可以無線化，無線打印機、無線鍵盤、鼠標、搖桿。還有家中、公司都設有藍牙基地臺，則一支具有藍牙功能的手機，在家就可以跟居家無線電話一樣使用，而且是付居家電話費，在公司則變成自己的辦公分機，公司替您付電話費，而在外出時就跟一般行動手機一樣使用，這樣真正落實一人一機終生用的理想，這種方式也被人稱為三合一電話，即是居家、辦公、行動電話三者合一。
五、結束語
藍牙技術一定會飛速發展，但仍然有一些應用的細節問題需要解決，如相鄰設備之間為防止信息誤傳和被截取，必須要用戶提前設置對應頻段等，嚴重影響藍牙技術產品面市的速度。但相信隨著一個不斷完善的發展過程，藍牙技術會為我們的未來家居和辦公帶來不僅僅是方便一點的革命。
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關鍵詞：UML，建模，檢測系統，實時系統
Abstract： This paper builds model for subway running state Measuring system based on UML-RT. Real-time analysis and design process of the system is illustrated by modeling system from an overall point by UML diagram such as use case diagram， class diagram， activity diagram and sequence diagram. The paper provides the basis for system development.
Key words： UML； modeling； Measuring system； real-time system
1.引言
地鐵性能動態調試是列車調試過程中的重要環節，動態調試主要檢測地鐵車輛的牽引、動力、制動系統[1]。而現有的地鐵動態調試測試手段主要是基于列車本身牽引網絡系統自帶測試軟件，即利用列車通信網絡中的列車診斷系統接收列車子系統（包括微機控制與非微機控制系統）的狀態信息、故障信息，并進行評估、儲存，在司機室的顯示屏上進行顯示[2]。因此其測量準確性無法衡量。為此開發地鐵動態試驗性能檢測及數據分析裝置對于列車的安全正常運行具有重要意義。
2.地鐵運行狀態檢測系統建模
地鐵動態試驗性能檢測及數據分析系統對列車運行過程中的速度、加速度、沖擊率、閘瓦溫度進行檢測和分析。通過測速雷達、壓力傳感器、紅外輻射溫度等傳感器分別測量地鐵行駛過程中的速度、制動管路壓力、制動器溫度等特征量，然后利用無線傳輸裝置將數據發送給由筆記本電腦和系統控制軟件構成的系統控制終端，系統分析軟件根據采集的數據進行牽引加速度、制動距離、制動減速度、沖擊率、靜態制動響應時間等狀態量的計算，然后進行數據分析，由此完成對車輛運行狀態的監測。
2.1用例模型
用例是模型中結構實體的指定功能，它描述了系統的功能需求，將系統看作黑盒，從外部執行者的角度來理解系統[3]。繪制用例圖的第一步是確定系統的參與者。分析可知，系統共有三個參與者，即檢測人員、管理人員及地鐵。檢測人員負責對地鐵運行狀態進行檢測，包括速度、加速度、溫度、壓力的檢測，得出檢測結果后，在系統初步分析結果的基礎上做出檢測報告。管理人員負責進行用戶管理和設備管理，以保證檢測工作的正常進行。地鐵是被檢測對象的承載體，由各傳感器對檢測量進行檢測。根據系統要實現的目的和任務，建立系統的用例圖如圖1所示。
系統中的關鍵用例有：
（1） 自檢模塊
系統啟動時首先進行系統自檢以確認檢測設備是否有效，自檢包括：測試數據采集命令、數據分析命令、數據導出命令能否正確輸出，測試DMI（即人機界面，在本系統即為筆記本電腦）顯示等。系統自檢完成后能夠在DMI上顯示自檢結果。
（2） 數據采集
根據要求選擇各種傳感器，將其安裝在合適的位置。通過傳感器對設備的電壓或者電流信號進行采樣、保持，并送入A/D轉換器變成數字信號，然后將該信號送到FIFO中。當FIFO中存放的數據到了一定數目時，由ARM7從FIFO中讀出，從而達到利用各傳感器對相應的特征量進行測量的目的。
（3） 數據傳輸
監控或控制設備無線網絡通信，目前主要采用IEEE802.11 a/b/g WLAN或者Zigbee技術。鑒于Zigbee是一種低耗、低成本且能滿足要求的無線串行網絡通信技術，本系統采用Zigbee無線傳輸技術，以CC1110無線soc為核心的無線通信裝置進行數據傳輸。無線傳輸模塊與傳感器模塊通過串口通信，無線傳輸模塊取得傳感器數據后以無線方式將采集到的監測數據發送到數據采集接入點（AP），然后數據采集接入點通過串行方式把數據傳輸到系統監測終端。
（4） 數據導出
將傳感器檢測到的數據導出，數據保存為通用格式，可以用EXCEL等第三方軟件打開，方便數據分析階段進行圖表分析。
（5） 數據分析
對接收到的檢測數據進行計算，根據預先設置好的監測數據閾值，對比采集到的監測數據，做出初步的分析判斷，并可根據需要在數據導入EXCEL等第三方軟件后進行圖表分析。MATLAB在圖像處理領域中，功能強大，使用簡單，可用于對DMI界面的圖像處理；C#可以快速開發可視化界面，數據讀取等，用于檢測設備測試結果分析界面的搭建[4][5]。在獲取檢測設備測試的數據之后，需要進行結果的分析與評估時，在C#主程序里通過匿名管道調用MATLAB可執行程序來對數據進行分析和評估。
（6） 數據庫
對檢測的數據及數據分析過程產生的圖表行儲存；對測試特征量的閥值進行設定；對用戶進行管理等。
2.2類圖分析
類圖反映了系統中類的靜態結構。類圖不僅定義系統中的類，還表示類之間的聯系，如關聯、依賴、聚合等，同時也包括類的內部結構（類的屬性和操作）。
檢測系統提供顯示和操作界面DMI，檢測員通過對系統界面進行一系列操作完成檢測過程，在此過程中DMI也會為檢測員提供檢測過程的參考信息。因此圍繞DMI進行深入分析具有重要意義，其類圖如圖2所示。
1.控制的內容包括：
1） 數據采集的啟動與停止：包括對速度、加速度、溫度、壓力等信息的采集進行控制，并將采集到的信息通過無線傳輸裝置發送給控制終端并顯示出來。
2） 數據分析的啟動與停止：包括將采集的數據導入到EXCEL等第三方軟件，并做圖表分析。
2.顯示的內容包括：
1） 采集數據顯示：顯示速度值、加速度值、壓力值、溫度值。
2） 警示信息顯示：速度異常顯示、加速度異常顯示、壓力異常顯示、溫度異常顯示。
3） 數據分析結果顯示：速度、加速度、溫度、壓力的分析圖表顯示。
4） 設備狀態信息顯示：控制模式、工作模式等信息顯示。
2.3檢測過程活動圖
活動圖在用例分析中主要用來描述用戶當前完成的工作以及用例實例或對象中的活動[6]，為了更詳細地描述用戶使用系統的工作過程，我們給出本系統的用戶活動圖。檢測過程建模的主要業務有登錄、數據采集、數據分析和數據存儲。其活動圖如圖3所示。
事件流程可以描述如下：
檢測人員使用用戶名和密碼登錄系統；
檢測人員發出數據采集指令，傳感器進行數據采集；
無線傳輸裝置將傳感器采集到的數據發送到控制終端進行存儲；
控制終端對數據進行計算，并作圖表分析；
檢測人員根據分析結果整理出檢測報告；
檢測人員也可再次登陸系統查看上次檢測結果。
2.4檢測過程序列圖
為防止活動圖變得過于復雜，數據采集、數據分析等過程都分別被壓縮在了一個超級活動里，為了更詳盡的描述實例間的消息，現在使用交互圖[7]。序列圖顯示對象之間的動態合作關系，它強調對象之間消息發送的順序，同時顯示對象之間的交互，檢測過程序列圖如圖4所示。在活動圖中已經詳細表達清楚的內容在下面的序列圖中不再進行贅述，僅從登錄成功角度進行描述。
3.結論
本文利用實時UML，通過用例圖、類圖、活動圖、序列圖建立了地鐵運行狀態檢測系統的模型，研究表明，為地鐵運行狀態檢測系統構建UML 模型，能夠規范系統開發流程、優化軟件結構、提高系統開發效率，增強程序可讀性和可維護性。該項工作的完成為地鐵運行狀態檢測系統的開發提供了依據。
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參考文獻的寫作在某一程度上提升論文學術價值和質量水平，所以參考文獻在論文的寫作當中也是不能忽視的，寫好論文還參考文獻那么我們寫出了的論文才更有水平。下面是學術參考網的小編整理的無線通信論文參考文獻，歡迎大家閱讀賞析。
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關鍵詞：實時監測；環境參數；控制臺
1 引言
隨著可再生能源技術的發展，在最近幾年太陽能光伏發電系統得到了比較廣泛的應用。但是目前影響太陽能系統輸出參數的因素很多，主要的外部環境參數為溫度、表面風速和照度。溫度是光伏系統的重要參數之一，在給定光強下，光伏電池工作溫度的升高影響電池的輸出功率[1]。因此對溫度的采集和 檢測在光伏發電系統中顯得尤為重要。光伏發電系統的環境風速會影響到光伏發電組件的表面熱量散發，因此對風速的采集和監控也是需要的。對于照度的監控，能很好的監控組件工作狀況，防止“熱點效應” [2]的產生。
本文設計了一種自動的、可以實時檢測、記錄以及傳輸的太陽能光伏發電系統的數據檢測裝置，該裝置不僅可以實時檢測光伏發電組件的環境參數，而且可以把采集到的參數通過無線傳輸發送到遠程的控制臺，進行記錄處理分析。
2 系統構成及硬件部分
2.1 系統構成
系統主要包括電源模塊、數據采集模塊、數據處理模塊、顯示模塊、無線通信模塊，系統框圖如圖1所示。太陽能光伏發電系統的數據采集模塊使用多個傳感器采集太陽能光伏發電系統的光伏發電組件的溫度、風速、照度；數據處理模塊，控制多個傳感器進行數據采集并處理傳感器采集的數據；無線通信模塊，執行太陽能光伏發電系統的數據檢測裝置與通信基站的無線通信，傳輸采集的數據；電源模塊為上述各模塊提供電源。
2.2 硬件結構及工作過程
數據采集模塊包括溫度傳感器，風速傳感器和照度傳感器。溫度傳感器包括美國AD公司生產的集成接觸式傳感器芯片AD590信號放大器，AD590的測溫范圍為-55℃～+150℃。AD590將外部溫度信號轉換為模擬電流信號，接著信號放大器將電流信號轉換成電壓信號并自動調整信號的增益大小。風速傳感器采用了脈沖式風速傳感器，脈沖式風速傳感器體積小、質量小、原理簡單，同時能夠將風速模擬量直接轉換成電子脈沖數。
數據處理模塊采用德州儀器（TI）公司的LM3S1138微處理器，該微處理器可以對采集來的溫度和照度數據進行A/D轉換，并經行數據比較和BCD碼轉換，最后可以在顯示模塊上顯示出當前的溫度、風速以及照度的數值。微處理器還可以控制采樣的周期，設定報警的上限，一旦采集到的數據超過報警的上限時，即發出報警信號。該微處理器還可以按照用戶定義的數據格式打包，并發送到無線通信模塊的緩存中去。顯示包括四個鍵，這4個按鍵可以對微處理器進行參數和報警上限的設定。
無線通信模塊采用索尼愛立信公司的G64無線傳輸模塊，G64可以將數據處理模塊發送過來的數據包封裝，通過GPRS接入Internet，傳入監控中心。監控中心的終端對接收來的數據包解析，還原，并由PC機執行相關的處理，如記錄下一周期內的溫度，風速，照度的變化曲線，定期進行數據庫更新等等。監控中心的終端還可以通過Internet和無線網絡對太陽能光伏發電系統的數據監測裝置經行遠程設定。
數據采集模塊采集太陽能光伏發電系統的溫度、風速、照度參數，并且把這些參數傳送到數據處理模塊，數據處理模塊對這些參數濾波，A/D轉換后打包發送到無線通信模塊的緩存中，無線通信模塊把這些數據包通過現有的無線網絡羅如GSM，CDMA，WCDMA，TDSCDMA發送到各個基站，進而再傳送到控制臺，對這些數據進行記錄分析，當采集到的數據超過所設定的參數時，還可以發出報警信號。
3 軟件設計
在采集過程中，傳感器的輸入模擬信號經前段信號處理之后送至C8015F320的引腳上，經過ADC轉換為數字信號。單片機片外有8個45DB321C芯片組成一個32MB的Data flash 存儲器，采集到的數據不斷地通過SPI接口送到45DB321C芯片中存儲。
4 總結
本論文設計了一種太陽能電站使用的太陽能光伏發電系統的數據監測裝置，該裝置包括數據采集模塊，數據處理模塊，無線通信模塊，電源模塊。本裝置可以把數據監測由原來人工手持式監測為自動實時監測，大大提高效率，采集的數據可以通過無線網絡發送到各個計算機終端，進行記錄分析，使得工作人員可以在任意地方都能隨時了解到太陽能光伏發電系統的工作狀況，對于產生的問題可以及時處理，符合國家職能電網建設中，免維護、可控、可視等要素的要求。
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