基于无线通信的测试技术

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的无线传输; 2. 实现抽油机的节能运行和
控制系统的自动化; 3. 实现多口油井的统一化实
时远程监控与管理。
无线通信基本原理
信号源
基带
发射器
调制信号
接收器 基带
(调制)
信道
(解调)
(无线电、铜线或光纤)
目标信号
单工通信系统 半双工通信系统 全双工通信系统
两点通信系统 网络通信系统(星型网络)
SMS有两种类型:小区广播服务和点到点(PTP)服务。 近来,SMS消息也可以通过拨号服务中心和Internet发送。
短距离无线通信系统
无线局域网(WLAN)
相对于LAN,WLAN具有以下优点:1)用户可移动;2) 便捷,建网速度快;3)组网灵活;4)成本低。
WLAN中比较流行的技术或标准有美国IEEE提出的802.11 标准、欧洲电信标准协会(ETSI)提出的HiperLAN标准、 家用射频工作组提出的HomeRF标准以及红外数据协会提出 的IrDA标准等。
现场测控站点的工作状态信息(Output),如继电器的开合 状态、指示灯的明暗状态等。
塔吊防碰撞系统通信任务
现场测控站点间应传输:
现场存储的本机Info,以进行塔吊群防碰撞模型设置; Status,以实现塔吊群防碰撞功能。
地面监控站点应接收由现场测控站点发送的:
Status,以实现塔吊运行情况的监测; Output,以实现对塔吊防碰撞装置的运行情况监测。
d (t )
dt KFM m(t)
(t) KPM m(t)
二进制数字调制电路原理及波形
载波fc (a)
载波f1 (b)
载波f2
载波f1 0 (c)
移相
m (t )
sBASK (t)
பைடு நூலகம்
m (t )
sBFSK (t)
m (t )
sPSK (t)
010010 基带信号 BASK BFSK
地面监控站点应向现场测控站点发送:
地面存储的各塔吊Info,以实现塔吊静态参数的远程设置; 由地面人员设定的任一塔吊防碰撞装置的Output,通过远
程控制塔吊防碰撞装置,以实现塔吊群工作的人工调度。
塔吊防碰撞系统
实物图和地面监控界面
塔吊防碰撞系统
防碰系统运行界面
现场实时监测画面
塔吊防碰撞系统
多路复用技术泛指多路信号的合并与分离技术,多址接入 技术是利用信号的正交特性,即信号某个参量的正交性来 区分无线电信号的目的地址。 信号可以表示为时间、频 率、码型和空间的函数。
多路复用与多址
以传输信号的载波频率不同建立多址方式,称为频分多址 (Frequency Division Multiple Access,FDMA);
① ①
① RS232无线网络

数据采集装置 编码器/接近开关
控制装置 断路器
① ①:中央控制器
数据采集装置 编码器/接近开关
控制装置 断路器
令牌环的建立、维护
通过在逻辑环上的有序站点间传递令牌的方式,来管理站 点共享的无线信道资源。接入逻辑令牌环上的各个站点通 过分时获得令牌,在发送和接收模式下转换,实现数据通 信。
终端
终端
集线 器
终端
终端
信号的调制方式
所谓调制,是指对一个适宜在信道传播的射频载波,用所 要发送的信号按一定规律去控制载波的某个参数,从而把 要发送的信号寄托在所选定的参数上,然后发送已调制载 波,达到传送消息的目的。
模拟信号调制、数字信号调制;
连续载波调制、脉冲载波调制;
幅度调制、频率调制、相位调制。
塔吊运行动作切断:当有相互碰撞危险时,切断塔吊运行控 制电路,降低塔吊的运行速度或停止塔吊危险动作倾向。
为司机提供塔吊工作信息:通过显示装置为塔吊司机提供塔 吊工作状态的信息,如塔吊幅度、位置、角度等。
塔吊防碰撞系统设计要求
处理器速度快:数据运算量庞大,处理器速度够快。 实时性能好:处于高速运动的塔吊自身状态非常快,需要实时
好的人机交互支持。 体积小,功耗低。 可进行远程监控:在地面实时监控塔吊运行信息。
塔吊防碰撞系统硬件结构
电台模块
RS232
LCD IF
中央控制器
IIC
液晶屏 键盘
EXINT
GPIO
AB相增量 编码器
0~12v 数字信号
110vAC通 断控制 断路器
输入输出控制
接近开关
0~12v
数字信号
LED,蜂鸣器 12vDC通 断控制
接收设备主要由接收天线、接收机和接收终端三部分组成。接 收天线将空间传播的电磁波变换为电信号,接收机对该信号进 行滤波、放大、变换,将其还原为与发射端相一致的基带信号, 由接收终端恢复成消息。
多路复用与多址
多路复用技术允许在一个传输信道或介质上传送多个信号。 当有待进行多路复用的信号产生于不同的地点时,则把这 样的系统称为多址。这两种技术可以使多个用户共享有限 无线频谱资源,提高系统容量。
站点 后继
8
2
1
5 12
18 25 3 12 56 63
3
6
82 12 1
塔吊防碰撞系统通信任务
系统中包含两类通信站点,分别为数个现场测控站点和一 个地面监控站点。其通信内容包括3类数据:
塔吊的静态参数信息(Info),如塔吊坐标、塔臂高度、前 桥长度等;
现场测控站点实时测量的塔吊工作状态信息(Status),如 回转角度、小车位移、吊钩高度等;
(PSTN)
公共数据网 (PDN)
AUC EIR 其它MSC
SMS短消息业务
GSM的增值业务,类似于Internet中的对等实体间的立即消息 业务,用户可以通过GSM网络即时交换长达160个字符的消息。
完全采用GSM的基础结构,使用相同的网络实体,只增加了一 个SMS中心-SMSC。
SMS在目标MS处于激活状态时,几乎立即传送业务,而在MS 关机时,则存储并转发业务。
无线传感器网络
传感区域
B
A
CDE
互联网
传感器节点
接收发送器
用户
定位系统 传感单元 传感器 ADC
处理单元
CPU 存储器
移动系统 通信单元 通信模块
电源
系统结构和节点构成
电源自供 电系统
短距离无线通信系统
超宽带(UWB)无线通信
UWB无线通信技术是一种用极低的功率(约20mW)、在 极宽的频谱范围内(可高达7.5GHz)以极高的速度(可高 达500Mbit/s)传输信息的无线通信技术。
无线通信系统
发展阶段
系统
普通业务
第1代(1G)
AMPS、TACS、 NMT
语音
第2代(2G)
GSM、TDMA、 CDMA
语音业务和短消息 业务
过渡代 CDMA、GPRS、 语音业务和新引入
(2.5G) EDGE
的分组数据业务
CDMA2000 / 第3代(3G) WCDMA TD-
SCDMA
为高速多媒体数据 和语音设计的分组 数据业务和语音业 务
注释
传统的模拟蜂窝系 统部署方案
实现了数字调制方 式
在现有2G运营商的 网络中引入分组数 据业务
由IMT-2000定义, 在现有2G/2.5G网 络上采用覆盖方法 实现
GSM的参考体系结构
网络和交换子系统(NSS)
移动台(MS)
SIM
用户 ME
基站子系统(BSS)
BTS
BSC
VLR HLR
MSC
公共交换电 话网
主机 吸盘天线 角度传感器 幅度传感器 高度传感器 连接线
短距离无线通信系统
移动自组织网络
简称Ad Hoc网络或MANET。是由一系列无线移动节点动态 组成的临时性网络,其节点是任意分布的,网络中除了用户 节点外,没有任何其他中继或路由节点。所有节点必须协调 一致,除了完成自身的计算和通信外,还要充当传统网络中 的路由器、交换机和服务器等。
无线传感器网络是Ad Hoc网络的一个重要应用和研究方向, 它是利用廉价的、低功耗的、智能的传感器设备组成一个覆 盖范围广、互相之间能够协调一致工作的分布式网络。它目 前和潜在的应用包括:军事侦测、交通管制、工业自动化、 环境检测、灾害预警及抢险救灾应急通信系统等。
蓝牙技术具有功耗低、体积小、抗干扰能力强等一些特有优势, 目前的应用主要是替代电缆、无线联网和无线上网等,已经开发 出来的产品有蓝牙手机、蓝牙无线打印机、蓝牙笔记本电脑等。
蓝牙的创新型应用则更具有想象力和市场前景,如用于集装箱或 行李跟踪的蓝牙标签、儿童监护跟踪设备、移动支付(无线电子 钱包)、电子病历以及自动抄表系统等。
BPSK DPSK
信号的解调
解调也叫“检波”,是调制的逆过程,其目的是从已调信 号中恢复出原始的基带信号。不同的调制方式对应不同的 解调方式,对应同一种调制可以有多种解调方式。
幅值解调:包络检波器、同步解调等; 频率解调:鉴频器等;
信号的发射与接收
发射设备主要包括发送终端、发射机(Transmitter)和发射天 线(Antenna)三部分。发送终端将待发送的消息变换为电信 号后,发射机对该信号进行放大、变换,使其功率足够大、频 率适合信道传输,即成为射频(Radio Frequency)已调波信号, 再由发射天线将射频已调波信号变换为电磁波向外辐射。
RS232
电台模块
PC
塔吊防碰
塔吊防碰撞问题分类
本机防碰 两机互碰
区域外部禁行
本机防碰区域 保护
本机小车碰基 座
本机小车碰吊 臂端
等高塔吊塔臂 互碰
低塔吊吊臂碰 高塔吊塔身
高塔吊小车碰 低塔吊塔臂
内部禁行无 高度限制
内部禁行有高 度限制
塔吊防碰撞算法
以最典型的高塔吊小车碰低塔吊吊臂问题为例,简单介 绍防碰算法:
低塔吊 高塔吊
(a)
r
β
d
低塔吊 h
β r
高塔吊
(b)
(c)
塔吊防碰系统应用程序流程图
开始
备份数据回读
是否管理员?
N
Y
塔吊信息更改
塔吊传动 装置标定
新参数保存
无线组网
实时参数 查询
本机实数时据采集 实时数群据内交换
实时防计碰算
实时群监内测信息
实时决策 执行
保存参数 关机
塔吊防碰撞系统组网结构
地面控制台
以传输信号的时间不同建立多址方式,称为时分多址 (Time Division Multiple Access,TDMA);
以传输信号波形的时域编码建立多址方式,称为码分多址 (Code Division Multiple Access,CDMA);
以传输信号在空间的导向波束建立多址方式称为空分多址 (Space Division Multiple Access,SDMA)。
操作系统调度。
多任务管理:塔吊防碰有多个任务,比如数据采集,数据通信, 防碰计算,数据显示等。操作系统进行多任务管理。
可以组网通信:塔吊群之间信息的交换需要无线网络的支持。 测控接口丰富:塔吊的数据采集设备多样,执行控制回路多样,
需要处理器的I/O接口适应现场要求。 人机交互友好:塔吊信息输入,给操作员的信息反馈要求有良
基于无线通信的测试技术
无线通信的必要性
塔吊群防碰撞智能测控系统
有线通信的局限性: 线路庞杂、不方便安 装和维护、限制测控 系统的应用范围。
无线通信的优点: 系统简洁、便于安装 与维护、拓宽系统的 适用范围,生产活动 更加高效、安全。
无线通信的必要性
抽油机冲次最优节能测控系统
通过无线通信技术的应用: 1. 实现上位机和下位机数据
UWB技术通过在时间上顺序发送一系列非常窄、功率非常 低的脉冲实现信号传输。使用这样的宽频谱、低功耗、脉冲 型的信号意味着比传统窄带技术产生更低的信号干扰,在室 内等环境可以提供与有线通信相比拟的通信质量。
是未来短距离无线通信最理想的技术,可以广泛用于家庭、 工业、医疗、军事等领域。
http://www.gongkong.com/webpage/paper/200805/2008050515230200001.htm
塔吊防碰撞系统总体设计
塔吊防碰撞系统采用的主要技术是实时动态位置计算和风 险预估机制。
塔吊几何尺寸计算:塔吊坐标,塔高,吊臂长度等。 塔吊实时位置计算:实时测量每台塔吊的实际工作位置,以
及塔吊间、塔吊与障碍物的相对位置。
风险识别分析:掌握塔吊的惯性和制动性能,预测工作中塔 吊发生碰撞的可能性。
WLAN的应用主要有两类,一类是传统有线LAN的延伸和扩 展,另一类是作为一种新的无线接入手段,共享传统移动通 信系统的业务与市场。
短距离无线通信系统
蓝牙无线通信
正式的蓝牙无线通信标准颁布于2001年,是一种用于短距离通信 的使用非许可证频段的通用无线技术,目的是通过合理的选择链 路的传输速度、通信距离和传输功率来实现一种低成本、功效高、 使用单芯片的通信收发设备。
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