導(dǎo)語：如何才能寫好一篇無線環(huán)境監(jiān)測，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測；實(shí)時監(jiān)控；無線通信；接力傳輸

無人值守綜合監(jiān)控系統(tǒng)可在比較復(fù)雜環(huán)境中實(shí)現(xiàn)無人值守檢測，集中式管理與分布式監(jiān)控遠(yuǎn)程設(shè)備。對于無線遠(yuǎn)程實(shí)施監(jiān)控系統(tǒng)來講，在系統(tǒng)內(nèi)充分運(yùn)用了諸多先進(jìn)技術(shù)，如無線通信技術(shù)、現(xiàn)代傳感技術(shù)及環(huán)境測試技術(shù)等，可將其大致劃分為三部分，即以Web為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)與分析模塊、服務(wù)器端接收存儲模塊及終端采集發(fā)送模塊。本文基于MSP430探討環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)路徑。

1.系統(tǒng)分析與模塊介紹

1.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，選用節(jié)點(diǎn)尋址技術(shù)，實(shí)施多節(jié)點(diǎn)通信。手機(jī)無線通信距離外的各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，乃是無線實(shí)時檢測系統(tǒng)所需解決的關(guān)鍵問題，也就是監(jiān)控終端采用切實(shí)辦法對無線通信距離之外的探測節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時收集，有別于其它類型的預(yù)設(shè)路由的接力數(shù)據(jù)傳輸方式，對于覆蓋區(qū)域相應(yīng)拓展問題給予了有效解決，在運(yùn)行中，監(jiān)控終端始終均為主控，能夠收集制定區(qū)域框架內(nèi)各探測節(jié)點(diǎn)的實(shí)時數(shù)據(jù)，而對于特殊情況，針對所接收到的遠(yuǎn)端請求，能以被動的方式來接受，若在節(jié)點(diǎn)發(fā)生緊急情況，能夠及時作出處理。而對于探測節(jié)點(diǎn)，其處從屬地位，監(jiān)控終端對其實(shí)施控制，在緊急狀況下，可調(diào)整至主動發(fā)送，保證能夠及時上報可能出現(xiàn)的環(huán)境污染因子。

1.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.2.1硬件設(shè)計(jì)思路

無論是探測模塊還是監(jiān)控模塊，均需由MCU實(shí)現(xiàn)，本文均選用MSP430F1611單片機(jī)（TI公司），將其當(dāng)作控制器，對于MSP系列單片機(jī)來講，其實(shí)際就是功耗超低、擁有精簡指令集且為16位的混合型單片機(jī)，其具有比較底的功耗消耗，此點(diǎn)對于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對于本次設(shè)計(jì)尤為重要。對于環(huán)境監(jiān)測模塊而言，可監(jiān)測二氧化硫、氮氧化物、PM2.5、VOCs等信息，而對于其它類環(huán)境信息的測量，在本系統(tǒng)中快速植入。定點(diǎn)采集及輪詢等方式，各節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)有序通信，而通過運(yùn)用預(yù)設(shè)路由的接力數(shù)據(jù)傳輸方式，能夠較好的且系統(tǒng)化的解決覆蓋范圍拓展問題，對于監(jiān)控終端，還有屏顯與鍵盤功能，本文選用128×64液晶屏顯及4×4按鈕鍵盤。

1.2.2無線通信模塊

對于環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，其實(shí)為靜態(tài)信息，具有相對不高的數(shù)據(jù)傳輸速度要求，在對無線通信模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)時，則可將nkF24L01數(shù)字無線收發(fā)器作為優(yōu)選。此接收器其實(shí)為一款低成本無線收發(fā)器，即為工業(yè)級內(nèi)置硬件鏈路層協(xié)議。此器件于2.4GHz工作，在ISM頻段全球開放，內(nèi)部設(shè)置有多種功能模塊，如調(diào)制器、晶體振蕩器、功率放大器及頻率合成器等，并且其中還內(nèi)置有ShockBurst技術(shù)（增強(qiáng)型），另外，可通過程度配置方式，確定通信頻道與輸出功率?？芍苯舆B接于單片機(jī)I/O，具有較少的外界元件。nRY24L01在功耗方面比較低，若將發(fā)生功率{整至-6dBm，則工作電流便會維持在8mA：若處于接收狀態(tài)，電流則維持在12.2mA，通過各種低功率工作模式的運(yùn)用，可更好的開展節(jié)能設(shè)計(jì)。

1.2.3監(jiān)控模塊

對于監(jiān)控模塊，對于其核心處理器的選用，通常以MSP430F1611單片機(jī)為基礎(chǔ)，實(shí)際就是功耗超低、擁有精簡指令集且為16位的混合型單片機(jī)。監(jiān)控模塊當(dāng)中的液晶顯示與鍵盤，能夠操作各種菜單功能，另外，還可進(jìn)行數(shù)據(jù)與信息的實(shí)時查詢。在內(nèi)容上，還包含有基于本地環(huán)境的監(jiān)測模塊，類似一節(jié)點(diǎn)。

1.2.4環(huán)境監(jiān)測模塊

環(huán)境監(jiān)測模塊的核心處理器也采用的是MSP430F1611單片機(jī)，能夠測量二氧化硫、二氧化氮和臭氧等。在檢測二氧化硫、二氧化氮和臭氧時，分別選用紫外熒光傳感器、化學(xué)發(fā)光傳感器和紫外吸收傳感器，測量范圍為0-500ppb，通過與SPI形成兼容效應(yīng)，用微型SOT23-6來封裝。通常情況下，化學(xué)發(fā)光法傳感器測量范圍為0-500ppb。

2.系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.1輪詢模式

先選擇“數(shù)據(jù)采集”，從中找出“輪詢模式”，然后進(jìn)至此模式，對于其中各個節(jié)點(diǎn)，需逐個訪問，針對各節(jié)點(diǎn)的執(zhí)行，需要做到與定點(diǎn)采集模式相同，首先從節(jié)點(diǎn)1進(jìn)行定點(diǎn)采集之后以自動的方式在，在需要訪問的后續(xù)地址上加一，也就是節(jié)點(diǎn)2，以此方式類推，直至最后節(jié)點(diǎn)。最后屏顯所測數(shù)據(jù)，以便清晰觀察分析。探測時，如若在等待時間上超出終端，便會向下節(jié)點(diǎn)自動跳轉(zhuǎn)，并繼續(xù)進(jìn)行訪問，在終端數(shù)據(jù)上予以顯示，從中便可查知此節(jié)點(diǎn)所存在的故障，所以，此模式能夠?qū)Ω骷罢O單正常工作與否進(jìn)行檢測。

2.2自動接收

對于自動接收模式而言，其能夠?qū)⒈O(jiān)控模塊，時刻控制在等待接收狀態(tài)，各探測節(jié)點(diǎn)依據(jù)實(shí)現(xiàn)設(shè)定好的順序，將環(huán)境數(shù)據(jù)信息定時發(fā)送。為不出現(xiàn)沖突，即大于2個節(jié)點(diǎn)同時進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，當(dāng)進(jìn)至自動接收模式時，監(jiān)控模塊會將一個啟動時鐘發(fā)送至全部探測節(jié)點(diǎn)，將其為基準(zhǔn)，各個探測點(diǎn)延時后，會將環(huán)境數(shù)據(jù)信息自動發(fā)送。

3.環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)覆蓋范圍擴(kuò)展

本文所設(shè)計(jì)的無線傳輸模塊，主要將nRY24L01芯片作為其核心，其工作狀態(tài)，滿足于各種低功率要求，能夠有效開展節(jié)能設(shè)計(jì)。但低功耗也存有些許問題，比如在傳輸距離方面相對有限，通常情況下，維持在～100m，針對此監(jiān)測系統(tǒng)來講，其覆蓋范圍為100m，因此，此狀況會對環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的效用，產(chǎn)生某種趨向范疇內(nèi)的嚴(yán)重制約。而在接力數(shù)據(jù)傳輸方式方面，如若選用預(yù)設(shè)路由，便能將覆蓋不足的缺陷給予有效解決。對于此種傳輸方式，能夠?yàn)榘烟幱谶h(yuǎn)端，并且不在監(jiān)控范圍之內(nèi)的各節(jié)點(diǎn)，結(jié)合上級節(jié)點(diǎn)相應(yīng)指定，與監(jiān)控模塊間形成數(shù)據(jù)傳輸。由于環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，在環(huán)境數(shù)據(jù)量方面比較少，因此，也就具有比較小的無線通信數(shù)據(jù)量，而運(yùn)用此方式，不會由于節(jié)點(diǎn)的增加，而造成通信阻塞狀況。

篇2

關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，關(guān)鍵技術(shù)，傳感器節(jié)點(diǎn)

 

1 前言

環(huán)境保護(hù)越來越受到重視，環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)，其目的是為環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)的依據(jù)。目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測中發(fā)揮著越來越重要的作用。與傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測手段相比，使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測有三個顯著優(yōu)勢[1]：一是傳感器節(jié)點(diǎn)的體積很小且整個網(wǎng)絡(luò)只需要部署一次，因此部署傳感器網(wǎng)絡(luò)對被檢測環(huán)境的人為影響很小。二是傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量大，分布密度高，每個節(jié)點(diǎn)可以采集到某個局部環(huán)境的詳細(xì)信息并匯總?cè)诤虾髠鞯交?，因此傳感器網(wǎng)絡(luò)具有數(shù)據(jù)采集量大，探測精度高的特點(diǎn)。三是傳感器節(jié)點(diǎn)本身具有一定得計(jì)算能力和存儲能力，可以根據(jù)物理環(huán)境的變化進(jìn)行較為復(fù)雜的檢測，傳感器節(jié)點(diǎn)還具有無線通信能力，可以在節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行協(xié)同監(jiān)控。因?yàn)閭鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對環(huán)境變化、傳感器網(wǎng)絡(luò)自身變化以及網(wǎng)絡(luò)控制指令做出及時反應(yīng)，所以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)適用于多種環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用中。

2 環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)

圖1節(jié)點(diǎn)硬件組成

微處理器采用TI公司的超低功耗的MSP430系列處理器，功能完善、集成度高，而且根據(jù)存儲容量的多少提供多種引腳兼容。

無線通信采用CC2420ZigBee芯片，CC2420ZigBee芯片通過SPI接口與MSP430相連接。

電源用電池供電，使用AA電池。

傳感器節(jié)點(diǎn)可以不在節(jié)點(diǎn)中包含模數(shù)轉(zhuǎn)化器，而是使用數(shù)字換能器接口。

3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)用于環(huán)境監(jiān)測中的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 節(jié)點(diǎn)部署

好的無線傳感器的節(jié)點(diǎn)部署必須同時考慮覆蓋和連通兩個問題。覆蓋要求在感知中的每個地方都能至少被一個節(jié)點(diǎn)監(jiān)視到，而連通要求在網(wǎng)絡(luò)通信上不被分割。覆蓋受節(jié)點(diǎn)的敏感度影響，而連通受到節(jié)點(diǎn)的通信距離影響。

因監(jiān)測環(huán)境的復(fù)雜性和監(jiān)測環(huán)境對于外來設(shè)備的敏感性、為了獲得周圍環(huán)境的確切參數(shù)和為了延長傳感器網(wǎng)絡(luò)部署的有效時間、增強(qiáng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)用性，所以用于環(huán)境監(jiān)測的傳感器節(jié)點(diǎn)需要滿足體積小、精度高、生命周期長的要求。

選擇可替換、高精度的傳感器對于環(huán)境監(jiān)測來說至關(guān)重要。一般來說，同類的傳感器測得數(shù)據(jù)之間誤差應(yīng)不超過3%，這樣通過一定得補(bǔ)償機(jī)制可以將誤差控制在1%之內(nèi)。選擇傳感器的另一個重要因素是傳感器的啟動時間。在啟動時間內(nèi)傳感器需要一個持續(xù)的電流作用，因此需要采用啟動時間較短的傳感器以節(jié)省能量。

3.2 能量管理

目前的傳感器節(jié)點(diǎn)大多使用兩節(jié)AA電池供電，這樣的電力在3V情況下大約是2200mAh。如果需要持續(xù)工作9個月，每個節(jié)點(diǎn)平均每天只有8.148mAh的電量。表列出了傳感器節(jié)點(diǎn)常用操作消耗的能量。實(shí)際應(yīng)用中需要仔細(xì)地在本地計(jì)算、數(shù)據(jù)采集和通信之間分配能量

篇3

關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；考古發(fā)掘現(xiàn)場；環(huán)境監(jiān)測

中圖分類號：K879.21 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1000-4106（2013）01-0113-07

引 言

我國是文化遺產(chǎn)大國，地下文物數(shù)量巨大，分布廣泛，埋藏環(huán)境復(fù)雜，文物保存環(huán)境差異明顯，保護(hù)難度大。盡管近30年來隨 著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科技水平有了很大的提高，但是文物發(fā)掘保護(hù)手段的發(fā)展依然滯后于社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和學(xué)科需求[1]。

文物經(jīng)過處于地下一段時間后，埋藏環(huán)境漸趨于穩(wěn)定，文物也處于相對的動態(tài)平衡之中。隨著考古發(fā)掘工作的進(jìn)行，文物已形成的固有平衡被破壞，所處環(huán)境的溫濕度、光輻射、氧氣等因素突變，極易導(dǎo)致文物的毀壞，加之出土后文物所處環(huán)境條件的反復(fù)波動，加快了破壞反應(yīng)的進(jìn)程。同時文物內(nèi)部也存在肉眼看不見的細(xì)微變化，緩慢地影響著文物的保存狀況，如遺址土壤內(nèi)部的溫濕度、含水率等。全面而準(zhǔn)確地了解文物實(shí)時變化，有利于對文物實(shí)施精確的保護(hù)措施。除此之外，大型不可移動文物，如壁畫等，在發(fā)掘及存放過程中也會出現(xiàn)空鼓、起甲等現(xiàn)象，而這類病害的發(fā)展過程緩慢，無法使用人工進(jìn)行長時間連續(xù)監(jiān)測。全面了解文物存放環(huán)境的長期變化狀態(tài)也有助于采取相應(yīng)的調(diào)控措施，將文物的損害發(fā)展過程延長至極限。因此對考古發(fā)掘現(xiàn)場動態(tài)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，以制訂相應(yīng)的出土文物保護(hù)策略是考古發(fā)掘的重要工作之一。通過環(huán)境監(jiān)測精確掌握文物埋藏環(huán)境參數(shù)，為后期文物保護(hù)環(huán)境的控制提供最佳保存環(huán)境的參數(shù)依據(jù)。

目前考古發(fā)掘現(xiàn)場缺乏實(shí)時性強(qiáng)的在線監(jiān)測系統(tǒng)。如果使用有線方式將多個傳感器連接起來，通過有線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送至終端進(jìn)行環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測，則布線工作復(fù)雜、工作量大。尤其當(dāng)發(fā)掘工作深入開展，場地發(fā)生變化時，需要重新部署網(wǎng)絡(luò)，人力物力投入量大，很大程度上增加了考古發(fā)掘現(xiàn)場文物保護(hù)的難度和成本。

相比有線網(wǎng)絡(luò)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[2，3]能夠避免有線網(wǎng)絡(luò)的上述缺點(diǎn)，且傳感器節(jié)點(diǎn)具有價格低廉、部署方便、實(shí)時性好、集成化程度高、具有自組織等特性。而且根據(jù)傳感器種類的不同還能夠針對考古發(fā)掘現(xiàn)場的各類參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。通常使用的傳感器除針對溫度、濕度、光照、降塵和有害氣體進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測的溫濕度、光照紫外線及二氧化碳、二氧化硫傳感器，還有實(shí)時監(jiān)測土遺址裂隙發(fā)展?fàn)顩r的裂隙監(jiān)測傳感器、傾角傳感器等（圖1）。

通過對考古發(fā)掘現(xiàn)場綜合環(huán)境動態(tài)監(jiān)測并建立相應(yīng)的參數(shù)數(shù)據(jù)庫，不僅能夠從大量的數(shù)據(jù)中揭示其變化規(guī)律，為后期文物保護(hù)環(huán)境的控制提供最佳保存環(huán)境的參數(shù)依據(jù)，能夠?qū)Πl(fā)掘現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，還可為遺址類文物的保護(hù)加固提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，必要時能夠起到及時的預(yù)警作用。通過對實(shí)時數(shù)據(jù)庫的綜合采集、挖掘和分析估計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)對考古發(fā)掘現(xiàn)場的有效控制，達(dá)到提高效率、降低成本、減少損害、節(jié)省資源的目的。

一 無線傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖2所示，無線傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，支持多種不同總線傳感器的分立式結(jié)構(gòu)，不僅可方便支持多種不同總線傳感器，更可避免傳統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)中傳感器驅(qū)動電路在傳感節(jié)點(diǎn)睡眠狀態(tài)下的漏電流問題，從而降低了睡眠狀態(tài)下的功耗，大大延長了無線傳感網(wǎng)絡(luò)中傳感節(jié)點(diǎn)的壽命。節(jié)點(diǎn)主要由三個模塊構(gòu)成：電源模塊、傳感器模塊、處理及傳輸模塊。

電源模塊采用2塊3.6V的鋰電池供電。

傳感器模塊采用多種類型傳感器，如溫濕度傳感器、土壤溫度傳感器、土壤含水量傳感器、二氧化碳傳感器、光照傳感器等。以溫濕度傳感器為例，節(jié)點(diǎn)采用數(shù)字溫濕度傳感器SHT15[4]通過無線網(wǎng)絡(luò)對監(jiān)測區(qū)域內(nèi)溫度和濕度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，具有極高的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。與同系列的溫濕度傳感器SHT11相比，SHT15具有更優(yōu)越的性能，其供電電壓為2.4-5.5V，測濕精確度為±2.0%RH，在溫度為25℃時測量精度為±0.3℃，封裝形式采用了SMD（LCC）貼片封裝。

處理及傳輸模塊由TI公司的CC430F5137單片機(jī)[5]組成，用于處理及傳輸傳感器采集到的數(shù)據(jù)。CC430F517是TI公司MSP430F5xx系列的MCU與低功耗RF收發(fā)器相結(jié)合的產(chǎn)品，可以實(shí)現(xiàn)極低電池供電的無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性和可靠性。CC430 F5137為16位超低功耗MCU，具有16KB閃存、AES-128位加密、2KB RAM和CC1101射頻收發(fā)器，其工作電壓為1.8-3.6V，工作頻率為433MHz，正常工作模式下耗電電流為160μA/MHz。

1.2 節(jié)點(diǎn)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

無線傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)采用了元智公司自主知識產(chǎn)權(quán)的、專門面向無線傳感網(wǎng)絡(luò)的、層次化的、可動態(tài)改變內(nèi)核的實(shí)時嵌入式操作系統(tǒng)WiseZ。與傳統(tǒng)無線傳感網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)相比較，使用層次化的設(shè)計(jì)更有利于提高操作系統(tǒng)的運(yùn)行效率、減小系統(tǒng)尺寸和增強(qiáng)跨平臺特性；較傳統(tǒng)無線傳感網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，可動態(tài)改變的內(nèi)核使操作系統(tǒng)的適用性更強(qiáng)，柔性更好。

二 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖3所示，考古發(fā)掘現(xiàn)場（以下簡稱發(fā)掘現(xiàn)場）動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)由發(fā)掘現(xiàn)場動態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)和發(fā)掘現(xiàn)場無線實(shí)時監(jiān)測平臺兩部分組成。

2.1 發(fā)掘現(xiàn)場無線實(shí)時監(jiān)測平臺

發(fā)掘現(xiàn)場無線實(shí)時監(jiān)測平臺的作用是為發(fā)掘現(xiàn)場監(jiān)測子系統(tǒng)提供實(shí)時的數(shù)據(jù)支持，由發(fā)掘現(xiàn)場硬件平臺和發(fā)掘現(xiàn)場軟件平臺兩個部分組成。

發(fā)掘現(xiàn)場無線實(shí)時監(jiān)測硬件平臺由傳感器節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)三個部分組成：布置在現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集實(shí)時環(huán)境數(shù)據(jù)（如大氣溫濕度、光照強(qiáng)度、降塵和有害氣體等），按照一定的路由規(guī)則將數(shù)據(jù)發(fā)送至通信范圍內(nèi)的父節(jié)點(diǎn)，然后通過中繼節(jié)點(diǎn)的相互中繼，將數(shù)據(jù)不斷轉(zhuǎn)發(fā)直至到達(dá)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過遠(yuǎn)程通信方式，如衛(wèi)星通信、Internet、GPRS等手段，將數(shù)據(jù)傳送至遠(yuǎn)程客戶終端。其中各個數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)RSSI（接收信號強(qiáng)度指示）和跳數(shù)來選擇合適的中繼節(jié)點(diǎn)作為父節(jié)點(diǎn)，并以此在數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)間建立簇內(nèi)星狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，中繼節(jié)點(diǎn)之間則根據(jù)RSSI值建立樹狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。每個傳感器節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)在上電后自動加入網(wǎng)絡(luò)，并定期將采集到的數(shù)據(jù)沿最優(yōu)路由方向傳送至網(wǎng)關(guān)。

發(fā)掘現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)測軟件平臺則由中間件、數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)采集接口三個部分組成。數(shù)據(jù)采集接口將接收到的實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中，中間件的作用則是將數(shù)據(jù)庫中保存的監(jiān)測數(shù)據(jù)取出，并提供給用戶和子系統(tǒng)。

2.2 發(fā)掘現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

由于監(jiān)測系統(tǒng)需要對發(fā)掘現(xiàn)場的內(nèi)外環(huán)境同時進(jìn)行監(jiān)測，因此發(fā)掘現(xiàn)場監(jiān)測子系統(tǒng)由環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)和氣象監(jiān)測子系統(tǒng)組成。

環(huán)境系統(tǒng)檢測子系統(tǒng)主要是針對文物所處環(huán)境參數(shù)，如大氣溫度、大氣相對濕度、土壤溫度、土壤水分含量、文物表面溫度、文物表面濕度、大氣二氧化碳濃度、有機(jī)揮發(fā)物總量等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。

氣象監(jiān)測子系統(tǒng)主要是針對發(fā)掘現(xiàn)場所處小環(huán)境的氣象參數(shù)，如光照度、紫外線強(qiáng)度、風(fēng)速、風(fēng)向、降雨量等參數(shù)的實(shí)時監(jiān)測。

監(jiān)測系統(tǒng)的目的在于對文物所處環(huán)境的各種參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘整理，精確掌握文物埋藏的環(huán)境參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對出土文物在第一時間的檢測分析以及文物出土環(huán)境參數(shù)的采集，建立環(huán)境參數(shù)歷史數(shù)據(jù)庫，為文物預(yù)防性保護(hù)提供技術(shù)支撐，并為文物保護(hù)措施的制訂提供科學(xué)依據(jù)。

三 案例研究

3.1 鳳棲原文物保存環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

鳳棲原張安世墓葬遺址屬于西漢宣帝時期的重臣、被封富平侯的大司馬將軍張安世。張安世在西漢的地位舉足輕重，其墓葬的出土文物進(jìn)一步證實(shí)了這一點(diǎn)，出土的很多隨葬品都屬于西漢皇帝御賜物件。

根據(jù)發(fā)掘現(xiàn)場實(shí)際狀況及需要，目前已部署七個監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測時段大約在八個月左右，監(jiān)測點(diǎn)部署圖如下（圖4）。

數(shù)據(jù)記錄及分析

3月份期間，鳳棲原張安世墓葬遺址氣象站監(jiān)測數(shù)據(jù)存在較大波動（圖5）。其中3月19日-3月21日期間，環(huán)境溫度基本保持在4℃左右，環(huán)境濕度基本保持在100%，波動均不大，光照變化范圍也縮減至0-2000lx之間。結(jié)合當(dāng)時的天氣變化，3月天氣剛剛由寒轉(zhuǎn)暖，氣候變化較頻繁，3月19日-3月21日是降雨天氣，持續(xù)陰天，光照度較低，導(dǎo)致空氣中水分蒸發(fā)較少。3月22日停止降水后，光照開始恢復(fù)，環(huán)境濕度逐漸下降，氣溫也逐漸回升（因水分揮發(fā)緩慢，恢復(fù)的較為遲緩）。總體來看，3月份氣象站的大氣溫度變化為0℃到23℃之間，大氣濕度在16%到75%之間，每天的照度變化最大范圍0lx到8500lx內(nèi)，氣象站數(shù)據(jù)與環(huán)境數(shù)值較一致，溫度、濕度、光照度也保持合理的變化趨勢。環(huán)境變化正常，期間出現(xiàn)的特殊變化，多是天氣變化引起的。

查看這一段時間82號監(jiān)測點(diǎn)的土壤溫度和含水量的變化，遺址坑內(nèi)的土壤溫度和土壤水分含量變化波動較大（圖6），其中3月19日-3月21日土壤水分含量逐漸升高（由4.34%上升至4.65%），土壤溫度也隨之逐漸降低（由10.5℃下降至5℃）。結(jié)合氣象站的監(jiān)測結(jié)果看，3月天氣變化頻繁，3月19日-3月21日為降雨天氣，室內(nèi)土壤雖然不直接受到降雨給監(jiān)測數(shù)據(jù)帶來的驟然變化，但由于受到外界土壤水分的滲透作用，土壤溫度和水分含量也隨之以相同的趨勢逐漸變化。3月22日停止降水后，土壤水分含量逐漸下降，土壤溫度也逐漸回升?？傮w來看，土壤溫度在5.2℃到13℃范圍之間、土壤含水在4.3%到4.65%范圍之間保持著較為穩(wěn)定的變化，并且二者保持相符的變化趨勢。期間出現(xiàn)的特殊變化，多是天氣變化引起的（可查看氣象站數(shù)據(jù)變化）。

查看這一段時間90號監(jiān)測點(diǎn)的大氣溫濕度變化，3月期間遺址環(huán)境的大氣溫濕度波動較大（圖7）。其中3月19日-3月21日，大氣溫度由10℃驟降至1℃，大氣濕度由41%驟升至98%，變化顯著。結(jié)合氣象站的監(jiān)測結(jié)果看，3月19日-3月21日為降雨天氣，大氣溫濕度受到直接影響帶來的突然變化。3月22日停止降水后，大氣溫度逐漸回升，大氣濕度也逐漸回落，監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確反映了監(jiān)測區(qū)域的環(huán)境變化?？傮w來看，大氣環(huán)境溫度在1℃到22℃范圍內(nèi)、大氣環(huán)境濕度在20%-98% 范圍內(nèi)保持著穩(wěn)定的變化，并且二者保持相符的變化趨勢。期間出現(xiàn)的特殊變化，多是天氣變化引起的（可查看氣象站數(shù)據(jù)變化）。

查看這一段時間92號監(jiān)測點(diǎn)的大氣溫濕度變化，3月期間遺址環(huán)境的大氣溫濕度波動較大（圖8）。其中3月19日-3月21日，大氣溫度由10℃驟降至0℃，大氣濕度由50%驟升至100%，變化顯著。結(jié)合氣象站的監(jiān)測結(jié)果看，3月19日-3月21日為降雨天氣，大氣溫濕度受到直接影響導(dǎo)致突然變化。3月22日停止降水后，大氣溫度逐漸回升，大氣濕度也逐漸回落，監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確反映了監(jiān)測區(qū)域的環(huán)境變化?？傮w來看，大氣環(huán)境溫度在0℃到22.5℃范圍內(nèi)、大氣環(huán)境濕度在20%-100%范圍內(nèi)保持著穩(wěn)定的變化，并且二者保持相符的變化趨勢。期間出現(xiàn)的特殊變化，多是天氣變化引起的（可查看氣象站數(shù)據(jù)變化）。

總結(jié)對比4個監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)變化，監(jiān)測點(diǎn)的傳感量數(shù)據(jù)變化和環(huán)境變化保持一致，并且與當(dāng)時的天氣環(huán)境較一致，說明數(shù)據(jù)正確反映了監(jiān)測區(qū)域的環(huán)境變化。

3.2 高陵張棟家族墓文物保存環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

2011年陜西考古研究院專家在高陵縣涇河工業(yè)園發(fā)現(xiàn)一處罕見的完整明代家族墓園。據(jù)墓志記載，墓主人張棟生前為秦藩王府知印。這一發(fā)現(xiàn)對研究明代墓葬制度、風(fēng)俗文化具有重要作用。

根據(jù)發(fā)掘現(xiàn)場實(shí)際狀況及需要，目前已部署十一個監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)部署圖如下（圖9）。

說明：

100號監(jiān)測點(diǎn)：自動氣象站--監(jiān)測外界環(huán)境。

52、53、54、55號監(jiān)測點(diǎn)：大氣溫濕度傳感器--其中53號監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測墓室底部到地表中間部位的環(huán)境，其他監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測墓室中的環(huán)境。

61、62、63、64、65號監(jiān)測點(diǎn)：土壤溫度、土壤水分含量傳感器--其中65號監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測墓室底部到地表中間部位的環(huán)境，其他監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測墓室中的環(huán)境。

71號監(jiān)測點(diǎn)：二氧化碳傳感器--監(jiān)測墓室中二氧化碳含量。

數(shù)據(jù)記錄及圖形分析

查看這一段時間52號監(jiān)測點(diǎn)的大氣溫濕度變化，5月期間遺址環(huán)境的大氣溫濕度波動較大（圖10）。其中5月1日-5月3日期間，濕度維持在82%-93%之間，溫度在17.5℃-22.5℃之間，基本保持在高濕、低溫的水平，晝夜溫差和濕度差較小；5月11日-5月12日溫度濕度和光照度驟變，濕度由62%升至88%，溫度由25℃降至最低17℃。結(jié)合氣象站的監(jiān)測結(jié)果看，5月為春季末尾，氣溫總體呈緩慢上升趨勢，并偶爾伴隨降雨。5月1日-5月3日、5月11日-5月12日是降雨天氣，濕度很大，氣溫較低。無降水期間，光照逐漸充裕，環(huán)境濕度逐漸下降，氣溫也逐漸回升并呈上升趨勢?？傮w來看，當(dāng)月大氣環(huán)境溫度在16℃到35℃范圍內(nèi)、大氣環(huán)境濕度在20%到98%范圍內(nèi)保持著穩(wěn)定的變化，并且二者保持相符的變化趨勢。監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確反映了監(jiān)測區(qū)域的環(huán)境變化。期間出現(xiàn)的特殊變化，多是天氣變化引起的（可查看氣象站數(shù)據(jù)進(jìn)行對比）。

查看這一段時間71號監(jiān)測點(diǎn)的二氧化碳含量變化，5月期間遺址環(huán)境的二氧化碳含量波動較大（圖11）。以5月9日為分界，5月1-9日二氧化碳含量在200-450ppm之間波動較大且均值偏高，5月9-20日二氧化碳含量在200-330ppm之間波動較小且均值偏低。經(jīng)調(diào)查，5月1-9日，71號監(jiān)測點(diǎn)放置于M4考古發(fā)掘現(xiàn)場，現(xiàn)場白天有大量工作人員活動，白天由人體排放的二氧化碳使得空氣中二氧化碳濃度較高，夜晚則恢復(fù)至正常水平；5月9日之后，為防止因挖掘工作破壞監(jiān)測設(shè)備，工作人員將其挪至無人活動的M5內(nèi)，并以不透氣薄膜覆蓋，給71號監(jiān)測設(shè)備營造出密閉的微環(huán)境，故而二氧化碳含量偏低且波動較小。其中5月1日-5月3日期間，二氧化碳含量在300-430ppm之間變化幅度相對較小，基本保持在高濕、低溫、高濃度二氧化碳的水平。經(jīng)分析，因期間有降雨，空氣流通不暢，故而空氣中二氧化碳含量一直保持在較高水平且波動較小。結(jié)合氣象站的監(jiān)測結(jié)果看，監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確反映了監(jiān)測區(qū)域的環(huán)境變化，并且三者保持相符的變化趨勢。期間出現(xiàn)的特殊變化，多是天氣變化引起的（可查看氣象站數(shù)據(jù)變化進(jìn)行對比）。

查看這一段時間53號監(jiān)測點(diǎn)的大氣溫濕度變化，5月期間遺址環(huán)境的大氣溫濕度波動較大（圖12）。其中5月1日-5月3日期間，濕度維持在60%-100%之間，溫度在16-28℃之間，基本保持在高濕、低溫的水平，晝夜溫差和濕度差相對較??；5月11日-5月12日溫度濕度和光照度驟變，濕度由62%升至100%，溫度由25℃降至最低17℃，之后的3天內(nèi)，濕度的最高值均能達(dá)到100%。結(jié)合氣象站的監(jiān)測結(jié)果看，5月為春季末尾，氣溫總體呈緩慢上升趨勢，并伴隨偶爾降雨。5月1日-5月3日、5月11日-5月12日是降雨天氣，濕度很大，氣溫較低。無降水期間，氣溫呈緩慢上升趨勢。結(jié)合監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)位置（53號節(jié)點(diǎn)布設(shè)在墓底部和地表中間位置），且通風(fēng)不暢導(dǎo)致濕度在降雨之后的3天內(nèi)并沒有立即回落，而是逐漸降低且較其他監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)高?？傮w來看，監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確反映了監(jiān)測區(qū)域的環(huán)境變化，環(huán)境變化正常。期間出現(xiàn)的特殊變化，多是天氣變化引起的（可查看氣象站數(shù)據(jù)變化）。

查看這一段時間65號監(jiān)測點(diǎn)的土壤溫度和含水量的變化，坑內(nèi)的土壤溫度和土壤水分含量變化波動較大（圖13），5月1-11日土壤水分含量保持在20-43%之間，土壤溫度變化范圍維持在18-21℃之間；5月12日土壤水分含量由15%突升至42%，土壤溫度峰值也由29℃大幅降至23.5℃，之后逐漸恢復(fù)至平均水平。經(jīng)調(diào)查，5月1-11日監(jiān)測設(shè)備放置于墓室內(nèi)，故而受外界降雨等影響較小且緩慢，5月12日之后設(shè)備被挪至墓室外環(huán)境，由于當(dāng)日有降雨，室外濕度較大，所以監(jiān)測數(shù)據(jù)突增?？傮w來看，土壤溫度在19.5℃到29.5℃之間、土壤含水率在15%到43%之間保持著較為穩(wěn)定的變化，并且二者保持相符的變化趨勢。期間出現(xiàn)的特殊變化，多是天氣變化引起的（可查看氣象站數(shù)據(jù)變化）。

5月份期間，高陵張棟家族墓遺址內(nèi)氣象站監(jiān)測數(shù)據(jù)存在較大波動（圖14）。其中5月1日-5月3日期間，濕度維持在82-100%之間，溫度在15-23℃之間，照度在0-5000lx之間，基本保持在高濕、低溫、弱光照的水平，晝夜溫差和濕度差較??；5月11日-5月12日溫度濕度和光照度驟變，濕度由60%升至100%，溫度由22℃降至最低12℃，光照度變化范圍也縮減至0-4200lx。結(jié)合當(dāng)時的天氣變化，5月為春季末尾，氣溫總體呈緩慢上升趨勢，并偶爾伴隨降雨。5月1日-5月3日、5月11日-5月12日是降雨天氣，持續(xù)陰天，光照度較低，氣溫降低。無降水期間，光照逐漸充裕，環(huán)境濕度逐漸下降，氣溫也逐漸回升并呈上升趨勢?？傮w來看，氣象站的大氣溫度在12-32.5℃之間，大氣濕度在18%-100%之間，照度變化最大范圍為0-9000lx，氣象站數(shù)據(jù)與環(huán)境數(shù)值較一致，溫度、濕度、光照度也保持合理的變化趨勢。環(huán)境變化正常，期間出現(xiàn)的特殊變化，多是天氣變化引起的。

總結(jié)對比4個監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)變化，監(jiān)測點(diǎn)的傳感量數(shù)據(jù)變化和環(huán)境變化保持一致，并且與當(dāng)時的氣候環(huán)境較一致，說明數(shù)據(jù)正確反映了監(jiān)測區(qū)域的環(huán)境變化。

四 結(jié)語

本文針對目前考古發(fā)掘現(xiàn)場的環(huán)境狀況，采用高集成度的傳感器節(jié)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)采集源，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)以及優(yōu)勢，將傳統(tǒng)文物保護(hù)與現(xiàn)代傳感器技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了考古發(fā)掘現(xiàn)場動態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。監(jiān)測系統(tǒng)向文物保護(hù)工作者提供相關(guān)的采集數(shù)據(jù)，為其研究文物發(fā)掘及文物保護(hù)技術(shù)提供了重要依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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[3]李善倉，張克旺.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原理與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

篇4

Abstract: For the special power environment, power environmental monitoring system has been designed which is based on wireless communication technology. The system is based on MSP430F149 microcontroller as the core components. Through data collection, data transmission, data storage and human-computer interaction and other modules of the design, the functions of the environmental parameters' automatic acquisition, storage, display, wireless transmission and early warning have been achieved. Data acquisition module mainly uses ATT7026A dedicated energy metering chip to collect the current, voltage, active power, reactive power, frequency and other parameters. It has high accuracy, multi-parameter measurement, remote calibration, intelligent alarm and other advantages.

關(guān)鍵詞： GSM無線通訊技術(shù)；電力環(huán)境；ATT7026A芯片；檢測報警

Key words: GSM wireless communication technology；power environment；ATT7026A chips；detection alarm

中圖分類號：TN8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2011）25-0015-02

0 引言

近年來,隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，電力設(shè)施在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用愈發(fā)重要，電力系統(tǒng)正面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。伴隨的電力設(shè)施的維護(hù)、管理也成為了一項(xiàng)重要的工作。電力環(huán)境的電流、電壓、有功、無功和頻率等參數(shù)是供電管理的一項(xiàng)重要內(nèi)容,也是電能質(zhì)量的主要指標(biāo)之一。如果電流、電壓過低,供電設(shè)施將不能充分發(fā)揮其功效,有的甚至不能正常工作；反之,如果過高,將會大大縮短供電設(shè)施的使用壽命。電網(wǎng)的這些環(huán)境參數(shù)的質(zhì)量的好壞對電網(wǎng)穩(wěn)定及電力設(shè)備安全運(yùn)行具有重大的影響。因此，必須對電網(wǎng)的各環(huán)境參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測，確保電網(wǎng)供電設(shè)施可靠運(yùn)行、電能充分利用和電網(wǎng)高效、安全運(yùn)營，已經(jīng)勢在必行。

通信技術(shù)的選擇是開展電力環(huán)境參數(shù)在線監(jiān)測工作的關(guān)鍵。近幾年出現(xiàn)的監(jiān)測儀的通訊技術(shù)一般有兩種方式：①人工抄表方式；②使用電力線載波。第一種人工方式存在數(shù)據(jù)采集不及、費(fèi)時費(fèi)力等問題，無法形成完整的監(jiān)測管理系統(tǒng)。第二種方式存在傳輸受限、脈沖干擾、高噪音、高削減和高變形等缺點(diǎn)。也同樣不能成為理想的通信媒介[1]。

本系統(tǒng)采用GSM無線通訊技術(shù)進(jìn)行電網(wǎng)環(huán)境參數(shù)的遠(yuǎn)程傳輸，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的遠(yuǎn)程雙向通信。同時，可通過核心控制中心設(shè)定預(yù)警參數(shù)，當(dāng)達(dá)到預(yù)警值時，則通過GSM進(jìn)行遠(yuǎn)程報警。從而實(shí)現(xiàn)電設(shè)施的統(tǒng)一監(jiān)測和分布式管理。

1 監(jiān)測系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的規(guī)劃

監(jiān)測系統(tǒng)主要是以MSP430F149單片機(jī)為核心部件，通過對電網(wǎng)環(huán)境參數(shù)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲和人機(jī)交互等模塊的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動采集、數(shù)據(jù)存數(shù)、實(shí)時顯示、無線傳輸、遠(yuǎn)程抄表和預(yù)警等功能。數(shù)據(jù)采集模塊主要采用ATT7026A專用電能計(jì)量芯片，進(jìn)行電壓、電流、電量等各項(xiàng)參數(shù)的采集[2]。它具有高精度、多參數(shù)測量、遠(yuǎn)程校表、智能報警等優(yōu)勢。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)見圖1。

本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)自動采集電網(wǎng)環(huán)境參數(shù)、無線傳輸數(shù)據(jù)和自動預(yù)警。主要功能如下：①通過ATT7026A專用電能計(jì)量芯片自動采集電壓、電流和電量等參數(shù)信號。② 實(shí)時顯示ATT7026A芯片采集到的各種參數(shù)信息、時間及系統(tǒng)配置信息。③通過按鍵模塊對參數(shù)預(yù)警值、數(shù)據(jù)存儲間隔等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。④ 通過鐵電存儲芯片將各參數(shù)信息、時間、系統(tǒng)配置等信息進(jìn)行分類存儲，便于用戶查看歷史數(shù)據(jù)。⑤通過GSM模塊將各參數(shù)信息以短信的方式發(fā)送到用戶終端和監(jiān)控中心。CPU控制發(fā)送信息有兩種方式：1）定時自動發(fā)送；2）達(dá)到預(yù)警值發(fā)送，進(jìn)行報警。

本文針對ATT7026A數(shù)據(jù)采集模塊和GSM無線傳輸模塊具體講解，其它模塊如人機(jī)交互，存儲模塊等與其它檢測系統(tǒng)基本相似，在此不再累述。

2 ATT7026A數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊采用珠海炬力集成電路設(shè)計(jì)有限公司所設(shè)計(jì)的ATT7026A高精度三相有功、無功電能專用計(jì)量芯片，適用于三相三線和三相四線應(yīng)用。是由一款，適用于三相三線和三相四線制應(yīng)用。ATT7026A集成了六路二階sigma-delta ADC、參考電壓電路以及所有功率、能量、有效值、功率因數(shù)以及頻率測量的數(shù)字信號處理等電路，能夠測量各相和合相狀態(tài)下的有功功率、無功功率和視在功率等參數(shù)高精度計(jì)量。ATT7026A主要由模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、數(shù)字處理單元通訊接口以及電源管理等組成[3]。其原理結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

2.1 模擬信號采樣的設(shè)計(jì) ATT7026內(nèi)集成了6路16位的ADC，采用雙端差分信號輸入。輸入最大的正弦信號有效值是1V建議將電壓通道Un對應(yīng)到ADC的輸入選在0.5V左右而電流通道Ib時的ADC輸入選在0.1V左右。本系統(tǒng)將電壓和電流互感器檢測出的信號經(jīng)信號調(diào)理后，傳輸?shù)紸TT7026A的模數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換。模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC主要實(shí)現(xiàn)對三相交流電的電壓、電流信號進(jìn)行模、數(shù)轉(zhuǎn)換。數(shù)字信號處理DSP模塊主要實(shí)現(xiàn)對各路ADC采集的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算和分析，得出各相的電壓、電流有效值、功率、頻率等參數(shù)[4]。ADC前端接線電路圖（圖3）。

2.2 ATT7026A通訊接口的設(shè)計(jì) SPI通訊串行接口可以方便地與MSP430F149核心控制芯片進(jìn)行通信，將各相的有功功率、無功功率、視在功率、有功電能以及無功電能、電壓與電流有效值以及功率因數(shù)等電氣參數(shù)輸送到微處理器中[3]。

ATT7026A內(nèi)部集成了一個SPI串行通訊接口，ATT7026A的SPI接口采用從屬方式工作，由CS（從使能信號）、SCLK（串行移位時鐘）、DIN（串行數(shù)據(jù)輸入）和DOUT（串行數(shù)據(jù)輸出）四種信號線構(gòu)成。

通訊時，數(shù)據(jù)由DOUT輸出，DIN輸入，數(shù)據(jù)在時鐘的上升或下降沿由DOUT輸出，在緊接著的下降或上升沿由DIN讀入，這樣經(jīng)過8/16 次時鐘的改變，完成8/16 位數(shù)據(jù)的傳輸。SPI讀操作時序如圖4所示。

通過SPI寫入1個8 Bits的命令字之后，可能需要一個等待時間，然后才能通過SPI讀取24 Bits的數(shù)據(jù)。在SCLK低于200KHz時可以不需要等待。SCLK頻率高于200KHz時則需要等待大約3us。

3 GSM無線通訊模塊的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)為通過GSM模塊向用戶和控制中心發(fā)送電網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)參數(shù)。發(fā)送方式有兩種：①定時發(fā)送；②達(dá)到預(yù)警值，發(fā)送信息進(jìn)行報警。本系統(tǒng)可以通過按鍵模塊設(shè)置發(fā)送方式、方式1的時間間隔以及方式2的預(yù)警值等。

本系統(tǒng)采用Siemens公司生產(chǎn)的新一代無線通信GSM模塊, 可以快速、安全、可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)傳輸功能。它設(shè)計(jì)小巧、功耗很低，模塊的工作電壓范圍為3.3~5.5V，主要工作于4.2V。通過獨(dú)特的40引腳的ZIF連接器，實(shí)現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語音信號、及控制信號的雙向傳輸。通過ZIF連接器及50Ω天線連接器，可分別連接SIM卡支架和天線。

3.1 GSM模塊硬件連接電路 GSM模塊主要由GSM基帶處理器、電源模塊（ASIC）、內(nèi)部Flash、40腳的ZIF連接器、射頻天線等部分組成[5]。GSM模塊共有40個引腳，通過ZIF（Zero Insertion Force）連接器與電路連接，分別為：電源電路、啟動與關(guān)機(jī)電路、串行通信電路、單片機(jī)電路、SIM卡電路、等，實(shí)現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)及控制信號的雙向傳輸功能?？蓪?shí)現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語音信號、及控制信號的雙向傳輸。其中GSM基帶處理器是核心部件，它的作用相當(dāng)于一個協(xié)議處理器，用來處理外部系統(tǒng)通過串口發(fā)送過來的AT指令。

射頻天線部分主要實(shí)現(xiàn)信號的調(diào)制與解調(diào)，實(shí)現(xiàn)外部射頻信號與內(nèi)部基帶處理器之間的信號轉(zhuǎn)換。ZIF插座是提供給用戶的應(yīng)用接口[6]，通過連接器及50Ω天線連接器，可分別連接SIM卡支架和天線。其中40腳的ZIF插座，包含的引腳功能有：模擬音頻輸入輸出接口；標(biāo)準(zhǔn)的RS232信號接口，共8個引腳。

GSM模塊、有標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口，通信接口為標(biāo)準(zhǔn)異步RS-232全雙工方式，通信字格式采用GSM支持的10位編碼格式：1位停止位，8位數(shù)據(jù)位，無校驗(yàn)，波特率為9600bps；幀格式采用標(biāo)準(zhǔn)的AT命令結(jié)構(gòu)：幀頭（固定為AT）+指令（參考AT指令集）+結(jié)束標(biāo)志（固定為）。硬件接口電路如圖5所示。

3.2 GSM模塊的軟件程序設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用的GSM模塊支持AT命令集來實(shí)現(xiàn)對短信的發(fā)送功能。AT(Attention)指令集是調(diào)制解調(diào)器通信接口的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的一種 SMS Block Mode協(xié)議，通過終端設(shè)備來完全控制SMS[7]。GSM模塊實(shí)現(xiàn)短信收發(fā)功能只須放進(jìn)SIM卡即可使用，與單片機(jī)采用串行異步通信接口。利用GSM模塊的串行接口，MSP430F149單片機(jī)向GSM模塊發(fā)送了一系列的AT命令，就能達(dá)到控制GSM模塊發(fā)送SMS的目的。本系統(tǒng)通過AT命令將GSM模塊設(shè)置為PDU短信息收發(fā)模式。PDU模式是基于十六進(jìn)制形式字符的，數(shù)據(jù)和代碼都經(jīng)過編碼，通過PDU編碼的短信息內(nèi)容既可以是中英文字、聲音或圖像。PDU模式被所有手機(jī)支持，可以使用任何字符集，也是手機(jī)默認(rèn)的編碼方式。PDU數(shù)據(jù)包SMS服務(wù)中心號碼、目標(biāo)號碼、回復(fù)號碼、編碼方式和服務(wù)時間等信息。待發(fā)送的消息以 UCSII 碼的形式進(jìn)行發(fā)送。

3.2.1 PDU數(shù)據(jù)包的編碼 假設(shè)中心號碼是8613800312500，目標(biāo)號碼是6813931692769，消息內(nèi)容是：“警告”。從GSM模塊發(fā)出的PDU數(shù)據(jù)包是：0891 683108301105F0 11000D91 683139612967F9 000800 04 8B66544A。其中，①6831 08301105F0和683139612967F9是通過將中心號碼和目標(biāo)號碼進(jìn)行編碼所得。具體編碼格式如下：將目標(biāo)號碼和中心號碼的后面加“F”，再將相鄰的兩位數(shù)字一組，高低位互換，得到的所需號碼；②8B66544A是“警告”漢字的Unicode編碼；③04是發(fā)送信息即“警告”的Unicode碼的長度除以2，以十六進(jìn)制表示。

3.2.2 發(fā)送短信程序設(shè)計(jì) 在串口通信過程中，每發(fā)出一條AT命令后都必須等待模塊的響應(yīng)，若在模塊響應(yīng)之前發(fā)出下一條AT命令，則后一條命令不會被執(zhí)行。所以，MSP430F149單片機(jī)必須在發(fā)下一條AT命令前檢測上一條命令的執(zhí)行結(jié)果，或者等待足夠長的時間（試驗(yàn)證明1秒的等待是必須的）后再發(fā)新的AT命令，收發(fā)短信息流程如圖6所示。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)利用ATT7026A數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的各重要電力參數(shù)（電流、電壓、有功、無功、頻率等）的實(shí)時采集功能；利用GSM模塊實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的定時遠(yuǎn)程傳輸和實(shí)時預(yù)警功能；通過液晶和按鍵模塊的軟件控制實(shí)現(xiàn)人機(jī)雙向溝通功能，從而達(dá)到對遠(yuǎn)程參數(shù)、預(yù)警值、定時時間等參數(shù)的設(shè)置及控制的目的。本系統(tǒng)和維護(hù)時間等特點(diǎn)。本系統(tǒng)不僅通信快速、費(fèi)用低、安全可靠，而且節(jié)省人力資源、縮短修護(hù)時間、節(jié)省專線建設(shè)成本,還能大大提高系統(tǒng)的工作效率和整體性能，對保障設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)具有積極意義。

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篇5

關(guān)鍵詞：ZigBee協(xié)調(diào)器；路由器；STM32F107；Cortex網(wǎng)關(guān)

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）03-0284-02

物聯(lián)網(wǎng)目前的應(yīng)用已遍及智能交通、環(huán)境監(jiān)測、智能家居、智能醫(yī)療等多個領(lǐng)域，它的三項(xiàng)基本技術(shù)分別為傳感器技術(shù)、RFID技術(shù)以及嵌入式系統(tǒng)技術(shù)。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，在互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)的推動下，物聯(lián)網(wǎng)對環(huán)境監(jiān)測有了更加積極的作用。本文主要講述的是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測及火災(zāi)防控方面的作用，環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)是專門為森林環(huán)境監(jiān)測、糧倉環(huán)境監(jiān)測、智能樓宇環(huán)境監(jiān)測等開發(fā)設(shè)計(jì)的智能控制系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到環(huán)境監(jiān)測以后，既可以有效減少資源損失也可以降低因?yàn)榛馂?zāi)引起的人員傷亡。

本文主要針對環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)展開，從 STM32+uC/OS-2軟硬件平臺的搭建到uC/OS-2操作系統(tǒng)上應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)等，旨在實(shí)現(xiàn)一個基于ZigBee無線傳輸技術(shù)的網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)，詳細(xì)分析ZigBee協(xié)調(diào)器與Cortex網(wǎng)關(guān)的串口通信實(shí)現(xiàn)、網(wǎng)關(guān)對ZigBee數(shù)據(jù)包的分解、uC/GUI界面設(shè)計(jì)、uC/OS-2操作系統(tǒng)多任務(wù)的實(shí)現(xiàn)及網(wǎng)關(guān)對ZigBee節(jié)點(diǎn)的反控過程。

1 系統(tǒng)硬件平臺

該環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)是基于STM32F107芯片構(gòu)建，運(yùn)行uC/OS-2嵌入式操作系統(tǒng)。利用ZigBee技術(shù)組建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對各個環(huán)境數(shù)據(jù)的監(jiān)測和采集，匯總各監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)到協(xié)調(diào)器，經(jīng)處理后顯示在uC/GUI界面上，最后通過串口發(fā)送到上位機(jī)。

1.1 STM32F107微處理器

STM32F107芯片集成了各種高性能工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，且STM32不同型號產(chǎn)品在引腳和軟件上具有完美的兼容性，可以輕松適應(yīng)更多的應(yīng)用。STM32F107連接線系列采用高性能的ARM Cortex-M3 32位處理器，高速嵌入式儲器（快閃存儲多達(dá)256個字節(jié)與64字節(jié)），所有設(shè)備提供通用16位定時器，以及標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的通訊接口。

1.2 網(wǎng)關(guān)的硬件接口

1.2.1 網(wǎng)關(guān)與ZigBee協(xié)調(diào)器的硬件接口設(shè)計(jì)

Cortex-M3網(wǎng)關(guān)與ZigBee協(xié)調(diào)器模塊通過串口實(shí)現(xiàn)通信，ZigBee協(xié)調(diào)器的串口0通過擴(kuò)展插槽連接Cortex-M3網(wǎng)關(guān)的串口4。ZigBee協(xié)調(diào)器的硬件接口圖如圖2所示，CC2530的P0.2和P0.3是串口0的接收發(fā)送管腳。

1.2.2 LCD硬件接口設(shè)計(jì)

LCD采用128×64液晶顯示屏，CC2530之間通信時采用串行接口，進(jìn)行信息顯示時需要進(jìn)行LCD庫函數(shù)的移植，在應(yīng)用層調(diào)用庫函數(shù)，以實(shí)現(xiàn)用戶需要顯示的信息。其中LCD_RS是Data與Command的切換信號，對LCD的控制IC初始化。LCD_WR的作用是寫入數(shù)據(jù)。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件平臺基于uC/OS-2操作系統(tǒng)，uC/OS-2是一個可以基于ROM運(yùn)行的、可裁剪的、搶占式、實(shí)時多任務(wù)內(nèi)核、具有高度可移植性的實(shí)時操作系統(tǒng)。uC/OS-2可以視為一個多任務(wù)調(diào)度器，具體實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)啟動任務(wù)、網(wǎng)關(guān)對ZigBee協(xié)調(diào)器數(shù)據(jù)包的分解任務(wù)、觸摸屏顯示任務(wù)和蜂鳴器報警任務(wù)。

2.1 ZigBee協(xié)調(diào)器數(shù)據(jù)處理過程

路由器監(jiān)測節(jié)點(diǎn)加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)后，采集環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送至協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器封裝監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)依次串口傳輸至Cortex-M3網(wǎng)關(guān)，同時協(xié)調(diào)器還可以接收網(wǎng)關(guān)發(fā)送的指令對監(jiān)測節(jié)點(diǎn)進(jìn)行反控。

2.2 網(wǎng)關(guān)對ZigBee協(xié)調(diào)器數(shù)據(jù)包的分解

網(wǎng)關(guān)對ZigBee協(xié)調(diào)器數(shù)據(jù)包接收通過UART4中斷服務(wù)函數(shù)實(shí)現(xiàn)，在中斷的處理函數(shù)中，把接收到的數(shù)據(jù)依次發(fā)送至上位機(jī)，同時每接收一個節(jié)點(diǎn)的10字節(jié)的數(shù)據(jù)就拋出消息郵箱。網(wǎng)關(guān)主程序端通過申請接收消息郵箱獲取每個節(jié)點(diǎn)的環(huán)境數(shù)據(jù)，并顯示在uC/GUI界面上。

2.3 網(wǎng)關(guān)主程序設(shè)計(jì)

網(wǎng)關(guān)主程序的設(shè)計(jì)圍繞著系統(tǒng)硬件的初始化、GUI庫的初始化、uC/GUI界面的顯示、uC/OS-2多任務(wù)的處理來設(shè)計(jì)。網(wǎng)關(guān)uC/GUI界面能夠顯示每個監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的溫濕度，火焰，光照等數(shù)據(jù)。超過設(shè)定溫度報警數(shù)值，蜂鳴器報警。uC/GUI界面操作可以對ZigBee監(jiān)測節(jié)點(diǎn)進(jìn)行反控。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

ZigBee網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建后，ZigBee節(jié)點(diǎn)加入該網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)關(guān)的ZigBee模塊接收到數(shù)據(jù)后對其進(jìn)行處理，并按照在ZigBee數(shù)據(jù)處理任務(wù)函數(shù)里邊規(guī)定的輸出方式進(jìn)行輸出，在網(wǎng)關(guān)uC/GUI界面上進(jìn)行顯示，并通過串口在上位機(jī)上顯示。下圖為環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)界面：

4 結(jié)束語

本文主要設(shè)計(jì)一個基于ZigBee技術(shù)的無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)采用CC2530單片機(jī)作為MCU，并且結(jié)合ZigBee協(xié)議架構(gòu)進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，來構(gòu)建ZigBee傳感器監(jiān)測節(jié)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)基于CC2530的傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并在IAR集成開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行基于ZigBee架構(gòu)的編程，節(jié)點(diǎn)模塊的調(diào)試。實(shí)驗(yàn)過程中各方面運(yùn)行良好，且成本較低，可以實(shí)現(xiàn)在智能樓宇、森林火情、糧倉環(huán)境等領(lǐng)域中的環(huán)境監(jiān)測。

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1.1探針核酸監(jiān)測技術(shù)

探針核酸檢測技術(shù)是使用特定核苷酸序列出現(xiàn)特異性互補(bǔ)已知核苷酸片段作為探針，主要分析片段長度的多樣性，被標(biāo)記的探針可以使用在植物細(xì)胞組織內(nèi)、探測溶液、固定生物膜同源核酸序列[1]。探針核酸監(jiān)測技術(shù)有高度靈敏性以及特異性，當(dāng)前在環(huán)境微生物監(jiān)測中廣泛使用。

1.2PCR技術(shù)

PCR（PolymeraseChainReaction）技術(shù)是指生物學(xué)的聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，主要是指在聚合酶的催化中將特定的引物設(shè)置為監(jiān)測起點(diǎn)，通過延伸、退火以及變性等步驟將DNA體外復(fù)制，可以快速的在異地使用體外復(fù)制所有目的的DNA[2]。聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)有特異性強(qiáng)、靈敏度高優(yōu)勢，可以在監(jiān)測大量評價樣品以及環(huán)境中的污染。

2在大氣污染中的實(shí)踐

大氣污染是指使用生物監(jiān)測對大氣質(zhì)量進(jìn)行分析研究，確定環(huán)境污染程度。在生物系統(tǒng)中，大氣污染給動植物的生存帶來了嚴(yán)重的污染，因?yàn)橹参镉性诠潭ǖ臏囟取穸戎猩L的特征，導(dǎo)致植物沒有科學(xué)辦法避免有害物質(zhì)污染。植物對大氣中有害物質(zhì)有一定敏感性，所以在環(huán)境監(jiān)測中便于監(jiān)測以及管理，環(huán)境監(jiān)測中現(xiàn)代生物技術(shù)在大氣污染中的實(shí)踐中可以使用采取植物葉子的方式當(dāng)做需要監(jiān)測的樣品。植物可以通過大氣污染程度完整的反應(yīng)出來，在大氣污染實(shí)踐中常用的監(jiān)測植物有以下種類：

2.1氟化物指示植物

通過植物可以反映出氟化物的對象主要有：苔蘚、金線草、唐菖蒲、大蒜、郁金香以及梅樹等植物。通常情況下，使用現(xiàn)代生物技術(shù)監(jiān)測受污染比較明顯的植物，葉子形狀轉(zhuǎn)變?yōu)榧庑?，并且葉面上有一定程度的傷斑，出現(xiàn)在葉脈上的癥狀則比較少。受環(huán)境污染的傷斑是淺褐或者紅褐色。

2.2二氧化碳所指示植物

二氧化碳污染指示的植物主要有海棠、煙草、向日葵、番茄以及柑橘等。通常受環(huán)境污染比較明顯，癥狀主要是植物葉子上出現(xiàn)不規(guī)則的傷斑，顏色主要是白色、棕色以及黃褐色等，同時植物葉子上也不同程度的出現(xiàn)點(diǎn)狀傷斑。

3在水體污染中的實(shí)踐

3.1微生物群監(jiān)測

水體系統(tǒng)中比較重要的組成部分是微生物群，微生物群在水體出現(xiàn)污染時可以快速的感應(yīng)。一般情況下在環(huán)境監(jiān)測中使用的監(jiān)測手段是泡沫塑料塊聚氨酯法，該手段是在水體中投入一定量含有聚氨酯的塑料塊，對水體中微生物群落收集監(jiān)測。和傳統(tǒng)水體環(huán)境監(jiān)測方式對比，這種方法速度快、經(jīng)濟(jì)、準(zhǔn)確，同時還可以在污染監(jiān)測中廣泛使用。

3.2生物法監(jiān)測

使用生物法監(jiān)測水體污染的方式主要是使用生物監(jiān)測方式對水體監(jiān)測。使用現(xiàn)代生物科技中的生物法對水體污染情況進(jìn)行分析。生物法監(jiān)測水體污染情況可以將水體污染帶來的不利影響全面展示出。水體污染比較嚴(yán)重、可以反映出的生物有蚊幼蟲、小顫藻以及顫蚓類生物。

4在土壤污染中的實(shí)踐

4.1動物監(jiān)測法

使用動物監(jiān)測法控制土壤受污染的情況，使用這種方式進(jìn)行監(jiān)測時，通常情況下可以將蚯蚓當(dāng)作監(jiān)測對象，因?yàn)轵球居斜容^高的敏感性，可以覺察到土壤中是否含有農(nóng)藥、鉛等有害物質(zhì)。除此之外，使用現(xiàn)代生物技術(shù)進(jìn)行土壤污染監(jiān)測時因?yàn)橥寥乐杏幸欢ㄦk物質(zhì)含量，和蚯蚓體內(nèi)鎘物質(zhì)含量有一定關(guān)聯(lián)性，因此蚯蚓在土壤污染的應(yīng)用中具有一定意義。

4.2植物監(jiān)測法

使用微生物監(jiān)測法對土壤污染進(jìn)行監(jiān)測主要是指使用土壤指示植物對土壤受污染情況進(jìn)行監(jiān)測。如果土壤遭到一定污染，受到污染的微生物會出現(xiàn)一定程度的反應(yīng)，并且有污染比較明顯的植物出現(xiàn)代謝異常的癥狀。比如遭到土壤污染的植物表面出現(xiàn)明顯傷斑、構(gòu)成成分發(fā)生改變、呼吸作用不斷加強(qiáng)或者減弱、發(fā)育減慢等情況。

4.3微生物監(jiān)測法

現(xiàn)代生物技術(shù)監(jiān)測土壤污染情況可以通過微生物監(jiān)測法對土壤進(jìn)行監(jiān)測，土壤污染源主要是人類糞便、尿液等污染源，同時灌溉過程中使用污水也會對土壤造成不同程度的污染，使用微生物監(jiān)測可以對土壤污染的狀況和程度全面評價。

5結(jié)語

篇7

傳統(tǒng)測向站建設(shè)大致包括：天線選型、場地平整、天線架設(shè)、基礎(chǔ)建設(shè)、設(shè)備調(diào)試、系統(tǒng)測試等六個步驟，其中前四個環(huán)節(jié)的建設(shè)會對測向精度產(chǎn)生影響，后兩個環(huán)節(jié)主要用于建設(shè)后期系統(tǒng)指標(biāo)的優(yōu)化和驗(yàn)證。根據(jù)測向場區(qū)周邊環(huán)境實(shí)際情況，我合設(shè)計(jì)單位對場地的實(shí)際情況進(jìn)行了測向精度仿真，為場地建設(shè)和天線孔徑的設(shè)計(jì)提供了可靠的理論依據(jù)，保證了測向系統(tǒng)的性能指標(biāo)。本文采用一種新型的短波大基礎(chǔ)測向天線陣寬帶一體化仿真技術(shù)[4]，在測向陣地真實(shí)環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)測向天線陣、真實(shí)地面、障礙物、測向算法等寬頻帶、一體化高精度建模仿真，并最終提供全頻段、全方位測向精度等關(guān)鍵性測向指標(biāo)評估，為測向陣地規(guī)劃與建設(shè)提供最直觀的參考數(shù)據(jù)和有效的技術(shù)支撐。仿真實(shí)驗(yàn)主要分析了天線陣元分布、地面傾斜、存在圍墻、存在地上中心機(jī)房等情況下測向精度的影響。

1.1應(yīng)用仿真技術(shù)指導(dǎo)天線陣選型空間譜測向技術(shù)通過天線的幾何布陣獲得來波信號到達(dá)每個陣元的不同幅度/相位值，再根據(jù)空間譜算法計(jì)算來波方向?？臻g譜測向系統(tǒng)可以使用任意形狀的天線陣列，只需考慮陣列的幾何結(jié)構(gòu)及陣元特性就可以了，這是空間譜估計(jì)測向技術(shù)相對于其它測向技術(shù)的優(yōu)勢所在[5]。我臺測向站場區(qū)為菱形，占地30畝。建設(shè)之初，為最大利用現(xiàn)有測向陣地，提高空間譜估計(jì)測向系統(tǒng)的測向性能，項(xiàng)目組在場地平整、天線架設(shè)、基礎(chǔ)建設(shè)等均為理想條件時，針對采用不同類型天線陣的測向系統(tǒng)進(jìn)行了性能評估，主要選取了目前常用的20元單層非均勻圓陣和9元雙層非均勻圓陣兩種天線陣，進(jìn)行仿真評估。仿真結(jié)果如表1所示。仿真結(jié)果表明，采用20元非均勻圓陣的測向系統(tǒng)精度可達(dá)0.5901°，而采用雙層9元非均勻圓陣的測向系統(tǒng)精度為0.9386°。同時，在工程中應(yīng)用分層測向天線陣的目的主要是解決短波高頻段測向模糊的問題，而20元非均勻圓陣由于天線元數(shù)的增加，也可避免短波高頻段測向的模糊。根據(jù)仿真結(jié)果分析，以及技術(shù)風(fēng)險、工程應(yīng)用成熟度等情況綜合考慮，系統(tǒng)建設(shè)時選擇單層20元非均勻圓陣(100m)，天線單元采用短波單極子分節(jié)負(fù)荷天線（非平衡輸出），天線陣孔徑100m。并且天線采用垂直斜面架設(shè)，地網(wǎng)沿斜面鋪設(shè)，可以減少信號相位誤差，提高測向精度。天線陣示意圖如圖2所示。

1.2仿真分析傾斜場地對測向精度的影響我臺原始場地高差達(dá)4.5m，平整后場地不共面高差小于30cm，坡度小于1.7°，斜面沿西南向東北方向傾斜。針對場地平整環(huán)節(jié)，項(xiàng)目組對天線場地傾斜面的上述數(shù)據(jù)進(jìn)行了精度仿真。仿真數(shù)據(jù)如表2所示。數(shù)據(jù)柱狀圖如圖3所示。仿真結(jié)果表明：在排除場地周圍自然環(huán)境因素影響的情況下，實(shí)際天線陣地因斜面坡度引入的額外測向精度均方根誤差為0.16°。

1.3探索國標(biāo)電磁環(huán)境要求限制下圍墻對測向精度的影響出于實(shí)際安全的需要，測向站建設(shè)往往要考慮圍墻的修建。針對天線陣地四周建設(shè)高2m、厚0.5m的圓形混凝土圍墻(磚結(jié)構(gòu)，內(nèi)部沒有鋼筋)的情況，特意進(jìn)行了圍墻與天線陣不同距離(d=10m、20m、50m)的仿真實(shí)驗(yàn)。評估不同位置圍墻存在對測向陣地測向性能的影響程度，為測向天線陣及圍墻的建設(shè)提供可信的依據(jù)。圍墻示意圖如圖4所示。仿真數(shù)據(jù)表明：間距10m圍墻對測向系統(tǒng)額外引入的測向精度誤差為0.082°，間距20m圍墻存在時額外誤差為0.059°，間距50m圍墻存在時額外誤差為0.057°。由此可見，圍墻存在對測向性能影響較小，而且隨著圍墻與天線陣距離的增加，圍墻引起的測向精度影響逐漸減小。在系統(tǒng)性能允許的前提下，測向場區(qū)一定距離范圍內(nèi)修建圍墻在實(shí)際工程中可以考慮。

1.4仿真分析地上機(jī)房對測向精度的影響為避免前端機(jī)房對接收信號的遮擋，影響測向精度，通常采用地下（或半地下）建筑的設(shè)計(jì)方案，但該方案易受暴雨洪澇災(zāi)害的影響。無線電測向理論要求前端機(jī)房高度不得超過其到天線系統(tǒng)距離的二十分之一，寬度不得超過上述距離的十分之一。我臺天線陣直徑100m，對應(yīng)機(jī)房高度為2.5m，結(jié)合設(shè)備安裝及操作維護(hù)空間的考慮，前端機(jī)房設(shè)計(jì)3m高（3m×3m×3m），其尺寸相對于10m天線有效高度及100m孔徑而言較小。為了評估中心機(jī)房對測向天線陣測向性能的影響程度，特對中心地上機(jī)房進(jìn)行了仿真，為測向陣中心機(jī)房的建設(shè)提供可靠的依據(jù)。測向天線陣與地上中心機(jī)房分布示意圖如圖5所示。仿真結(jié)果表明，建設(shè)中心機(jī)房對部分高頻信號產(chǎn)生的測向誤差小于0.5°，繞射能力強(qiáng)的低頻信號測向精度不受影響。地上機(jī)房測向方位角誤差曲線如圖6所示。我臺測向站首次采用仿真技術(shù)對圍墻及地上建筑對測向精度的影響進(jìn)行了定量分析，首次探索了國標(biāo)電磁環(huán)境要求限制的具體影響。仿真結(jié)果表明，我臺復(fù)雜場地條件、圍墻及地上建筑對測向精度均有影響，但以傾斜場地為主。因此，在保證測向系統(tǒng)性能的前提下，可綜合考慮技術(shù)指標(biāo)、場地地形、安全需要、經(jīng)濟(jì)成本等各種因素以確定最優(yōu)建設(shè)方案，為今后同類測向站建設(shè)提供了新的思路。

2傾斜場地下MUSIC算法優(yōu)化

傳統(tǒng)MUSIC算法是一種基于矩陣特征空間分解的方法，利用信號子空間和噪聲子空間的正交特性構(gòu)造空間方位譜，通過搜索譜峰值估計(jì)信號的方位角和仰角[6]。為了能夠準(zhǔn)確估算信號的方位角，要求所有天線陣元在同一水平面上。然而，實(shí)際情況中不能完全保證所有陣元都位于同一斜面上，從而導(dǎo)致方位校正不夠精確。由前文可知，測向場地傾斜是引起測向額外誤差的主要因素，測向系統(tǒng)因斜面額外引入的測向精度均方根誤差為0.16°。針對這種情況，項(xiàng)目組對空間譜MUSIC算法進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。根據(jù)MUSIC算法對天線陣列的形式并未做任何強(qiáng)制要求，對于各陣元不在同一水平面上也是適用的。假設(shè)傾斜陣地上，以圓陣中心為坐標(biāo)原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系,虛線的圓為位于X-Y軸所在的水平面內(nèi)，如圖7所示。建立以天線陣圓心為參考點(diǎn)的坐標(biāo)系，精確測量每個陣元的高差和方位，構(gòu)建傾斜場地上天線陣完整的三維地理信息，根據(jù)該信息結(jié)合理想場地的方向矢量計(jì)算出不同方位角、仰角對應(yīng)的校正因子曲線。通過該曲線獲得校正后的方向矢量，估算出水平場地下的來波信號方位角及仰角，進(jìn)而校正傾斜測向場地帶來的測向誤差，降低天線陣元不共面對測向精度的影響。校正因子曲線如圖9所示。仿真結(jié)果表明，算法優(yōu)化后理論上可完全消除上述因斜面額外引入的0.16°測向誤差。

3系統(tǒng)測試

項(xiàng)目組結(jié)合實(shí)際場地及地形，從距離、高度落差及遮擋情況三個方面，對測向系統(tǒng)進(jìn)行長期、全面、系統(tǒng)的測試，評估山丘及溝壑對測向精度的影響，驗(yàn)證復(fù)雜地理環(huán)境的測向系統(tǒng)性能。測試采用地波、天波相結(jié)合的方式。地波測試主要考察測試點(diǎn)距離的遠(yuǎn)近、阻擋情況及高度差對測向精度的影響；天波測試主要考察實(shí)際短波廣播信號的測向精度。測試結(jié)果如下：1.地波測試：選取不同地貌的9個近場點(diǎn)和9個遠(yuǎn)場點(diǎn)進(jìn)行測試，地波信號測向精度均方根誤差為0.67°~0.74°，符合測向系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)(RMS＜1.0°)。2.天波測試：通過對天波信號的測試，得到中央臺信號測向均方根誤差為1.18°、國際臺信號測向均方根誤差為0.74°，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求(RMS＜1.5°)。測試結(jié)果表明：我臺測向站達(dá)到了系統(tǒng)預(yù)期的各項(xiàng)性能指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜地理環(huán)境下短波測向站的首次建設(shè)。

4結(jié)論

篇8

[關(guān)鍵詞] 上?！∥锪鳂I(yè)　環(huán)境分析　策略建議

現(xiàn)代物流(Logistics)是物品從供應(yīng)地向接收地的實(shí)體流動過程，是根據(jù)實(shí)際需要，將運(yùn)輸、儲存、裝卸搬運(yùn)、包裝、流通加工、配送和信息處理等基本功能實(shí)施有機(jī)的結(jié)合(國家質(zhì)最技術(shù)監(jiān)督局，2001)。它主要包括四個方面：實(shí)質(zhì)流動、實(shí)質(zhì)存儲、信息流通和管理協(xié)調(diào)?，F(xiàn)代物流業(yè)的出現(xiàn)是社會分工細(xì)化演進(jìn)的必然結(jié)果，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、市場競爭的加劇、城市化與工業(yè)化的相互作用共同促進(jìn)了它的快速發(fā)展，并逐步形成一個新興產(chǎn)業(yè)體系。相關(guān)研究表明，現(xiàn)代物流業(yè)不僅降低加工成本，而且能夠降低交易成本(吳敬璉，2{)05)，它的發(fā)展水平與經(jīng)濟(jì)增長和人均國內(nèi)生產(chǎn)總值的提升有很高的相關(guān)性。大力推進(jìn)上?，F(xiàn)代物流業(yè)的發(fā)展，對于率先轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式，加快形成以服務(wù)經(jīng)濟(jì)為主的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提升城市綜合服務(wù)功能，增強(qiáng)城市國際競爭力具有十分重要的意義。

一、上海現(xiàn)代物流業(yè)發(fā)展回顧

1、規(guī)模繼續(xù)擴(kuò)大

2006年，全市貨物運(yùn)輸總量7.26億噸，同比增長5.6％；港口貨物吞吐量5.37億噸，同比增長21.3％，連續(xù)兩年位居全球首位；集裝箱吞吐量2171.9萬標(biāo)準(zhǔn)箱，同比增長20.1％；航空貨郵量252.73萬噸，同比增長14.0％。

2、物流園區(qū)綜合服務(wù)功能提升

西北綜合物流園區(qū)已經(jīng)建成近40萬平方米標(biāo)準(zhǔn)化物流倉儲設(shè)施，承擔(dān)了全國60％的醫(yī)藥物流和全市75％以上的連鎖超市配送物流業(yè)務(wù)；外高橋保稅物流園區(qū)實(shí)施“區(qū)港聯(lián)動”，在海關(guān)完善監(jiān)管工作的同時，做好配套服務(wù)，顯著提高貨物流轉(zhuǎn)和通關(guān)效率；洋山保稅港區(qū)實(shí)施集裝箱裝卸、運(yùn)輸全程信息化管理，為提高集裝箱中轉(zhuǎn)能力奠定基礎(chǔ)。目前已有13個航運(yùn)、物流、加工項(xiàng)目和55家商貿(mào)型企業(yè)入駐；浦東空港物流園區(qū)規(guī)劃和建設(shè)同步進(jìn)行，貨物集散能力不斷增強(qiáng)。信息平臺建設(shè)已經(jīng)啟動。

3、物流基地與產(chǎn)業(yè)基地開始形成聯(lián)動發(fā)展機(jī)制

上海化工區(qū)學(xué)習(xí)借鑒世界級大型化工園區(qū)的成功經(jīng)驗(yàn)，從化工企業(yè)集群的物流需求特點(diǎn)出發(fā)，實(shí)施“物流傳輸一體化”，積極引進(jìn)專業(yè)化第三方物流企業(yè)，對碼頭、管網(wǎng)、儲罐、鐵路、倉庫等物流設(shè)施進(jìn)行集中投資建設(shè)和統(tǒng)一經(jīng)營管理，構(gòu)建起對外交和內(nèi)部循環(huán)相協(xié)調(diào)的物流體系。第三方物流公司在為化工生產(chǎn)企業(yè)提供服務(wù)的同時，經(jīng)營業(yè)績呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的良好發(fā)展勢頭。

4、第三方物流服務(wù)水平和能力提高

在為外商投資制造業(yè)或商貿(mào)企業(yè)提供物流服務(wù)過程中，一批第三方物流企業(yè)注重供應(yīng)鏈管理和物流信息化建設(shè)，物流服務(wù)能力明顯提高。安吉天地物流整合汽車生產(chǎn)零部件人廠、售后和進(jìn)出口等供應(yīng)鏈管理環(huán)節(jié)，已成為國內(nèi)領(lǐng)先的第三方汽車物流供應(yīng)商，整車物流服務(wù)占國內(nèi)市場約35％；北芳物流已經(jīng)承接了30多家全球企業(yè)的物流項(xiàng)目業(yè)務(wù)，在提供較高效率物流服務(wù)的過程中，不僅不斷提高自身供應(yīng)鏈物流服務(wù)水平，也增強(qiáng)了客戶競爭力。如為菲利浦亞明照明公司節(jié)約物流成本30％。佳吉快運(yùn)依托品牌輸出管理，已建立覆蓋全國900多個縣級以上城市的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，每月承接100萬票業(yè)務(wù)，2006年?duì)I業(yè)收入將接近12億元，2007年第三次被評為中國物流百強(qiáng)企業(yè)。

二、上?，F(xiàn)代物流業(yè)發(fā)展環(huán)境分析

1、有利因素

(1)經(jīng)濟(jì)實(shí)力雄厚，現(xiàn)代物流需求巨大。1992年以來，上海經(jīng)濟(jì)已連續(xù)15年保持兩位數(shù)增長。2006年，全市實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)總值10296.97億元，首次突破1萬億元，按可比價格計(jì)算，比上年增長12％。按常住人口和當(dāng)年匯率折算的上海人均生產(chǎn)總值，1990年首次突破1000美元，1995年躍上2000美元臺階，1999年再上3000美元新臺階，至2006年實(shí)現(xiàn)歷史性跨越，達(dá)到7189美元，相當(dāng)于世界中等國家的水平。正在向現(xiàn)代化國際大都市目標(biāo)邁進(jìn)的上海，肩負(fù)著面向世界、服務(wù)全國、聯(lián)動“長江三角洲”的重任，在全國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展中具有十分重要的地位和作用。在這個土地面積僅占全國0.06％、人口占全國1％的城市里。完成的財政收入占全國的八分之一，港口貨物吞吐量占全國的十分之一，口岸進(jìn)出口商品總額占全國的四分之一。同時，上海不斷促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級，先進(jìn)制造業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)加快發(fā)展。2006年，第二產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)增加值4997.81億元，按可比價格計(jì)算，比2000年增長1.1倍，平均每年增長13.2％；第三產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)增加值5205.35億元，比2000年增長86.9％，平均每年增長11％。三次產(chǎn)業(yè)的比例關(guān)系為0.9:48.5:50.6，第三產(chǎn)業(yè)比重已連續(xù)8年保持在50％以上。上海綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力顯著增強(qiáng)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)日趨合理，將創(chuàng)造出巨大的對現(xiàn)代物流的需求，直接推動現(xiàn)代物流快速發(fā)展。

(2)地理位置優(yōu)越，基礎(chǔ)設(shè)施完善。上海地處太平洋西岸，亞洲大陸東沿，長江三角洲前緣，東瀕東海，南臨杭州灣，西接物阜民豐的江浙兩省，北臨長江人?？冢梦挥谖覈媳被⌒魏０毒€中部，交通便利，腹地廣闊，是名副其實(shí)的黃金水道樞紐。上?；A(chǔ)設(shè)施完善,已經(jīng)形成樞紐型、功能性、網(wǎng)絡(luò)化交通基礎(chǔ)設(shè)施，使得全世界50％左右的人口可以在5小時之內(nèi)到達(dá)。

(3)擁有大量的素質(zhì)較高、成本較低的綜合人力資源。上海人口整體文化素質(zhì)不斷提高。據(jù)2005年1％人口抽樣調(diào)查，上海6歲及以上常住人口中，具有大專及以上文化程度的人口占18.1％，與2000年第五次人口普查相比提高6.7個百分點(diǎn)；高中文化程度人口占24.8％，提高1個百分點(diǎn)。2006年，上海義務(wù)教育入學(xué)率達(dá)到99.9％，高中階段入學(xué)率達(dá)到99％，高考錄取率81.7％。另外，中高端物流管理人才也占有較高的比例。

(4)上海市政府和多個管理部門聯(lián)合推進(jìn)，為上?，F(xiàn)代物流業(yè)的順利發(fā)展創(chuàng)造了良好的外部環(huán)境。上海市政府在充分調(diào)研論證的基礎(chǔ)上，結(jié)合本地實(shí)際，制定了《上海市現(xiàn)代物流業(yè)發(fā)展“十一五”規(guī)劃》，并以市政府文件的形式(滬府發(fā)[2007]17號，2007年4月27日)，下發(fā)至各區(qū)、縣政府，市政府各委、辦、局，對“十一五”期間的上?，F(xiàn)代物流業(yè)的發(fā)展作了全面部署，指明了方向。市委組織部和市人事局支持市經(jīng)委委托復(fù)旦大學(xué)上海物流發(fā)展研究院首次組織高層物流管理人員赴日本、新加坡開展專題學(xué)習(xí)考察，了解國際現(xiàn)代物流先進(jìn)管理理念，推進(jìn)了物流企業(yè)之間的業(yè)務(wù)合作。市發(fā)展改革委已組織完成制定《上海市“十一五”現(xiàn)代物流產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)專項(xiàng)規(guī)劃》。市建設(shè)交通委、

市經(jīng)委、市交通局和市公安局結(jié)合實(shí)施道路交通管理?xiàng)l例和整治“客車載貨”行為，進(jìn)一步分析城市配送物流需求，研究完善管理措施。市財稅局研究制定完善《上?，F(xiàn)代服務(wù)業(yè)發(fā)展引導(dǎo)資金管理辦法》，積極推薦第二批稅收試點(diǎn)物流企業(yè)。數(shù)量明顯增加。上海海關(guān)大力推動上?！按罂诎?、大通關(guān)、大平臺、大物流”建設(shè)，營造高效率口岸通關(guān)環(huán)境。同時，繼續(xù)支持區(qū)港聯(lián)動試點(diǎn)，推動保稅區(qū)功能轉(zhuǎn)型和保稅物流業(yè)發(fā)展。

2、不利因素

(1)規(guī)模偏小。隨著經(jīng)濟(jì)全球化的不斷發(fā)展，大型跨國公司成為大多數(shù)生產(chǎn)經(jīng)營企業(yè)發(fā)展的方向，而生產(chǎn)經(jīng)營的國際化則要求物流商擁有全球化的運(yùn)作網(wǎng)絡(luò)為其提供物流支持。目前上海的物流企業(yè)規(guī)模偏小，不能提供這方面的支持，而且企業(yè)規(guī)模越小，運(yùn)營成本往往就越高，進(jìn)而影響企業(yè)的經(jīng)營效益和長遠(yuǎn)發(fā)展。

(2)物流成本較高。企業(yè)物流成本由運(yùn)營成本、庫存資金成本、資本成本和分?jǐn)偟墓芾碣M(fèi)用四部分組成。據(jù)調(diào)查，上海制造企業(yè)物流成本中庫存資金成本和物流管理費(fèi)用占比分達(dá)到25％以上，總體上說原材料和產(chǎn)成品庫存較大，占壓資金較多。另外，物流企業(yè)中還普遍存在著重復(fù)征稅的現(xiàn)象。

(3)推動信息化、標(biāo)準(zhǔn)化的步伐緩慢。信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是現(xiàn)代物流的基礎(chǔ)，也可以說是第一要素，上海物流企業(yè)與國外物流企業(yè)的差距，最大的在兩個方面：一是信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)落后；二是服務(wù)理念太差。這幾年，信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)普遍受到重視，企業(yè)物流信息平臺推進(jìn)速度較快，社會公共物流信息平臺也在規(guī)劃建設(shè)，已涌現(xiàn)了一批優(yōu)秀案例，但由于主觀認(rèn)識差異與實(shí)際困難(如缺乏資金等)，這項(xiàng)工作差距很大，需要有一個過程才能解決。標(biāo)準(zhǔn)化對物流業(yè)的發(fā)展生命攸關(guān)，沒有標(biāo)準(zhǔn)化，物流全過程與供應(yīng)鏈全過程將無法進(jìn)行，將加大物流運(yùn)作成本，而使現(xiàn)代物流失去意義。

三、上海現(xiàn)代物流業(yè)發(fā)展策略建議

1、加快物流基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

構(gòu)建以港口、機(jī)場設(shè)施為核心，公路、鐵路和內(nèi)河航運(yùn)為依托，高效、便捷的多式聯(lián)運(yùn)物流網(wǎng)絡(luò)。一是推進(jìn)洋山深水港區(qū)二期及后續(xù)工程、浦東機(jī)場擴(kuò)建工程、虹橋綜合交通樞紐、浦東鐵路二期、鐵路集裝箱中心站、長江隧橋工程、內(nèi)河航道改造等重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推動公、鐵、河、海、空相銜接的多式聯(lián)運(yùn)發(fā)展。二是進(jìn)一步擴(kuò)展和強(qiáng)化港口、航空運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，開辟新的航線，完善國際與國內(nèi)、干線與支線之間的銜接，不斷提高國際中轉(zhuǎn)物流能力和水平。三是根據(jù)長三角地區(qū)港口建設(shè)規(guī)劃，同步設(shè)計(jì)和建設(shè)多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)，重點(diǎn)推進(jìn)水水中轉(zhuǎn)、水鐵中轉(zhuǎn)。四是完善相關(guān)物流節(jié)點(diǎn)的配套功能，有效發(fā)揮上海機(jī)場、港口、鐵路以及高速公路網(wǎng)等交通設(shè)施的輻射作用。

2、積極培育物流主體

推動上海物流企業(yè)運(yùn)用現(xiàn)代物流理念，整合運(yùn)輸、倉儲、配送、貨代、批發(fā)、零售以及信息服務(wù)等領(lǐng)域的資源，促進(jìn)相關(guān)行業(yè)物流功能整合和服務(wù)延伸，加快傳統(tǒng)物流企業(yè)向現(xiàn)代物流企業(yè)的轉(zhuǎn)變。實(shí)力雄厚的物流企業(yè)還應(yīng)積極整合各種資源，爭取早日成為上市公司。一是抓住經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中不斷增長的物流需求，積極吸引國內(nèi)外物流企業(yè)特別是總部型物流企業(yè)落戶上海。二是支持物流企業(yè)開展業(yè)務(wù)流程、服務(wù)模式、應(yīng)用技術(shù)集成創(chuàng)新，進(jìn)一步擴(kuò)大物流市場規(guī)模、提升物流服務(wù)水平，逐步建立海外營銷渠道。三是形成一批服務(wù)水平高，國際競爭力強(qiáng)的物流骨干企業(yè)，努力使上海成為中外物流企業(yè)的總部集聚地和系統(tǒng)集成營運(yùn)中心。

3、優(yōu)化供應(yīng)鏈管理，降低物流成本，提升上海物流企業(yè)的國際競爭力

通過優(yōu)化供應(yīng)鏈管理，控制存貨，提高效率，物流成本將有明顯的下降空間。上海部分流通企業(yè)的配送中心經(jīng)過升級改造，已經(jīng)擁有先進(jìn)的倉儲設(shè)施和信息管理系統(tǒng)，建立了支撐業(yè)務(wù)發(fā)展、具有先進(jìn)水平的物流配送網(wǎng)絡(luò)。上海醫(yī)藥物流中心自2月份試運(yùn)營以來，已承擔(dān)上醫(yī)股份70億元藥品銷售的物流業(yè)務(wù)，預(yù)計(jì)全年藥品庫存占用資金可下降33％。可的供應(yīng)鏈管理中心通過精益物流管理，加強(qiáng)成本控制，物流配送成本比同行低30％，訂單滿足率達(dá)到98％，接近國際先進(jìn)水平。聯(lián)華超市配送中心發(fā)揮現(xiàn)代物流設(shè)施的功效，庫存商品資金下降45％，商品損耗率從萬分之三降到萬分之零點(diǎn)一六。通過物流管理降低成本，加快周轉(zhuǎn)，將進(jìn)一步提升上海物流企業(yè)的國際競爭力，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式，提高經(jīng)濟(jì)增長質(zhì)量與效益。

4、提高物流信息技術(shù)應(yīng)用水平

加強(qiáng)信息技術(shù)在物流領(lǐng)域的基礎(chǔ)應(yīng)用，推進(jìn)各類物流信息資源的整合和利用。一是充分利用信息化建設(shè)成果，深化上海電子口岸建設(shè)，規(guī)范物流各環(huán)節(jié)公共信息交換標(biāo)準(zhǔn)，建立以公共信息交換系統(tǒng)為核心，具有供應(yīng)鏈管理、業(yè)務(wù)協(xié)同和專業(yè)化服務(wù)等功能的現(xiàn)代物流公共信息服務(wù)平臺，實(shí)現(xiàn)各類物流信息資源的整合，推動與國內(nèi)外物流信息網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，為長三角地區(qū)乃至全國的物流發(fā)展提供服務(wù)。二是不斷提高企業(yè)物流管理信息化水平，促進(jìn)先進(jìn)物流信息系統(tǒng)和裝備設(shè)施的廣泛應(yīng)用，鼓勵企業(yè)運(yùn)用倉儲管理系統(tǒng)(WMS)、運(yùn)輸管理系統(tǒng)(TMS)、電子訂貨系統(tǒng)(EOS)等信息管理系統(tǒng)，以及自動立體化倉庫(ASW)、自動導(dǎo)向車(AGV)、射頻識別技術(shù)(RFID)等裝備技術(shù)，進(jìn)一步提高物流的速度和效率，降低企業(yè)物流成本。三是積極組織相關(guān)科研機(jī)構(gòu)、高校、企業(yè)、中介組織進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作，參與物流前沿技術(shù)研制和開發(fā)，使上海成為物流信息技術(shù)的研發(fā)高地。

5、加大物流標(biāo)準(zhǔn)化工作力度

以物流信息標(biāo)準(zhǔn)、服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)和管理標(biāo)準(zhǔn)為切入點(diǎn)，參照國際通行標(biāo)準(zhǔn)，集中精力研究制定一批對上海物流產(chǎn)業(yè)發(fā)展和服務(wù)水平提升有重大影響的物流標(biāo)準(zhǔn)。一是積極參與相關(guān)物流國家標(biāo)準(zhǔn)的研究制定和宣傳推廣，爭取先試先行。上海市標(biāo)準(zhǔn)化研究院已積極參與制定《物流中心作業(yè)通用規(guī)范》、《物流中心分類與基本要求》、《物流服務(wù)合同準(zhǔn)則》、《第三方物流服務(wù)質(zhì)量規(guī)范》等4個國家標(biāo)準(zhǔn)。安吉天地制定的汽車倉儲、運(yùn)輸和裝卸等作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已成為全國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。二是在本市重點(diǎn)物流園區(qū)和骨干物流企業(yè)啟動一批物流標(biāo)準(zhǔn)化示范工程，重點(diǎn)推動口岸物流、制造業(yè)物流、城市配送物流標(biāo)準(zhǔn)化示范工程建設(shè)，不斷提高上海物流標(biāo)準(zhǔn)化的水平。三是建設(shè)物流標(biāo)準(zhǔn)信息庫，推進(jìn)物流標(biāo)準(zhǔn)咨詢、實(shí)施及認(rèn)證等配套服務(wù)工作，適應(yīng)物流企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)需求。

篇9

關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò);匯聚節(jié)點(diǎn);水環(huán)境;實(shí)時監(jiān)測

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)志：A 文章編號：2095-1302（2014）12-00-03

0 引 言

隨著工業(yè)化的發(fā)展，水環(huán)境的狀況越來越惡劣。實(shí)時監(jiān)測水環(huán)境中的各項(xiàng)參數(shù)對水環(huán)境本身有著重要的意義。

目前針對水環(huán)境的數(shù)據(jù)采集有兩種主要方式：一是建立觀測站，其破壞性大、監(jiān)測實(shí)時性不強(qiáng)、成本高、移植性差。二是人工取水樣，采集至實(shí)驗(yàn)室分析，其勞動強(qiáng)度大、采集時間長、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確且受天氣、地域、時間等限制。本文提出采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network ，WSN）實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測水環(huán)境中各項(xiàng)參數(shù)。WSN具有成本低廉、移植性好、實(shí)時性強(qiáng)的特點(diǎn)。系統(tǒng)包括節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、上位機(jī)三部分的設(shè)計(jì)。它采用ZigBee協(xié)議自動組網(wǎng)和將CC2530作為主控芯片對水環(huán)境參數(shù)監(jiān)測的節(jié)點(diǎn)及匯聚節(jié)點(diǎn)的軟硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，匯聚節(jié)點(diǎn)收集各個節(jié)點(diǎn)的采集數(shù)據(jù)，然后通過GSM/GPRS傳送至上位機(jī)平臺。上位機(jī)平臺的軟件對傳感器節(jié)點(diǎn)采集的參數(shù)信息和節(jié)點(diǎn)本身信息作相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析與處理，實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測水環(huán)境中的參數(shù)、污染物排放情況、水質(zhì)情況以及水環(huán)境中突發(fā)狀況。整個系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程水環(huán)境參數(shù)實(shí)時監(jiān)測。

1 水環(huán)境中參數(shù)實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)概述

本文提出的水環(huán)境中參數(shù)實(shí)時監(jiān)測節(jié)點(diǎn)主要應(yīng)用于建立河流水庫等大范圍、具有自組網(wǎng)絡(luò)、動態(tài)拓?fù)?、多跳傳輸和自修?fù)功能的基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的ZigBee自動組網(wǎng)和GSM/GPRS實(shí)時傳輸?shù)南到y(tǒng)，如圖1所示。

WSN系統(tǒng)包括了節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)及處理平臺。其中節(jié)點(diǎn)采用人工的方式均勻部署，WSN通過ZigBee協(xié)議自組織網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)傳送給匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)再通過GSM/GPRS傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的水質(zhì)監(jiān)控中心，之后將由監(jiān)測管理計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)分析比較與數(shù)據(jù)存儲工作。一旦數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，則提示操作人員注意對應(yīng)區(qū)域的環(huán)境狀況，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)測[1]。

圖1 WSN系統(tǒng)示意圖

無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可根據(jù)水環(huán)境中參數(shù)實(shí)時監(jiān)測要求，安裝在河流、水庫、工業(yè)廢水排污口等地點(diǎn)并以野外無人值守方式工作，通過傳感器采集監(jiān)測水環(huán)境區(qū)域中的離子濃度、鹽度、電導(dǎo)率、濃度等的參數(shù)。為了建成一個針對不同測試環(huán)境可任意組合的多功能實(shí)時監(jiān)測無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)平臺，設(shè)計(jì)需求如下：

（1）多種指標(biāo)監(jiān)測：依據(jù)各行業(yè)廢水參數(shù)主要在線監(jiān)測指標(biāo)可知，對于不同區(qū)域的水質(zhì)，所需要測量的指標(biāo)也不同。要求同時監(jiān)測多種水質(zhì)指標(biāo)，并根據(jù)不同區(qū)域選擇不同的傳感器組合。

（2）節(jié)點(diǎn)電源模式：由于監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)安裝在戶外，分布較散，只能采用電池電源供電。為延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期，在軟件上優(yōu)化或采用太陽能供電。

（3）多拓?fù)涠喙?jié)點(diǎn)無線通信：為實(shí)施對某片水域的水環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，需要在目標(biāo)流域內(nèi)部署無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)將采集到的參數(shù)傳送到中央控制系統(tǒng)，從而完成目標(biāo)流域的數(shù)據(jù)采集。因處于不同的監(jiān)測環(huán)境，節(jié)點(diǎn)的空間分布差異較大，例如對水庫湖泊環(huán)境的監(jiān)測，需要將大量監(jiān)測節(jié)點(diǎn)在水域內(nèi)均勻分布;對江河流域水質(zhì)的監(jiān)測，則需要將他沿著河岸分布，形成鏈狀結(jié)構(gòu);若是監(jiān)測排污口，則節(jié)點(diǎn)主要分布于排污口附近區(qū)域。因此要求監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接，并實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)接力通信的功能。

（4）設(shè)備成本：傳感器無線網(wǎng)絡(luò)需要大量節(jié)點(diǎn)，因此應(yīng)考慮成本問題，盡可能精簡設(shè)計(jì)，降低節(jié)點(diǎn)的總成本。

2 無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

匯聚節(jié)點(diǎn)核心模塊由主控MCU STC89C52和ZigBee通信模塊CC2530組成，普通節(jié)點(diǎn)由CC2530連接若干種針對不同監(jiān)測項(xiàng)目的傳感器，通過這些傳感器實(shí)現(xiàn)對不同測試環(huán)境可任意組合的無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)，不同水環(huán)境可選擇不同的傳感器組; ZigBee網(wǎng)絡(luò)管理和數(shù)據(jù)收發(fā)主要由CC2530模塊負(fù)責(zé)，利用Z-Stack協(xié)議棧的API接口，模塊實(shí)現(xiàn)了ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)自恢復(fù)、數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收等任務(wù)[2];傳感器模塊的接口按照標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)通信接口設(shè)計(jì)，保證了設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化和平臺化，具有良好的可擴(kuò)展性和可移植性。系統(tǒng)流程圖如圖2所示。參數(shù)檢測傳感器所采集的數(shù)據(jù)通過信號調(diào)理電路，若為數(shù)字信號則直接送至CC2530單片機(jī);若為模擬信號則需先經(jīng)信號調(diào)理電路放大、濾波，再發(fā)送給CC2530的內(nèi)置AD轉(zhuǎn)換器。CC2530節(jié)點(diǎn)自動組網(wǎng)絡(luò)通過RS 232接口與匯聚節(jié)點(diǎn)中的主接芯片STC89C52連接。匯聚節(jié)點(diǎn)接GSM模塊，該模塊通過GPRS將數(shù)據(jù)以無線方式發(fā)送至上位機(jī)，上位機(jī)再將數(shù)據(jù)存儲并分析。

圖2 數(shù)據(jù)流向圖

2.2 傳感器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

2.2.1 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

ZigBee無線通信模塊選用德州儀器（TI）ZigBee處理芯片CC2530，該芯片是專為ZigBee及IEEE 802.15.4應(yīng)用設(shè)計(jì)的SoC芯片。CC2530適用于有低功耗工作需求的設(shè)備，具有多種低功耗操作模式，通過設(shè)置芯片內(nèi)部的電源管理控制器可關(guān)閉芯片部分內(nèi)部時鐘和射頻模塊的電源，使芯片進(jìn)入不同程度的低功耗模式，并且可以在各種低功耗模式間進(jìn)行快速切換，進(jìn)一步降低電流損耗。CC2530的8051內(nèi)核通過芯片中設(shè)置的RF指令集處理數(shù)據(jù)收發(fā)、中斷、DMA和FIFO等硬件抽象層的工作。CC2530在應(yīng)用層到硬件抽象層之間加入了Basic RF層，對CC2530進(jìn)行ZigBee數(shù)據(jù)傳輸?shù)木幊虝r，利用Basic RF層提供的通信API函數(shù)，可以極為便捷地實(shí)現(xiàn)用戶的程序工作量，無需進(jìn)行硬件抽象層的各種繁雜設(shè)置和狀態(tài)處理[3]。

匯聚節(jié)點(diǎn)中主控MCU選擇的是STC89C52和CC2530。STC89C52與CC2530均具有低功耗、高性能的特性，尤其適用于使用電池供電，要求長時間工作的場合。匯聚節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)各個節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)接收、發(fā)送以及收發(fā)命令。

本設(shè)計(jì)方案將STC89C52與CC2530結(jié)合，通過UART接口與ZigBee模塊通信把得到的數(shù)據(jù)通過GSM/GPRS傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，監(jiān)測數(shù)據(jù)的無線發(fā)送與命令接收。

2.2.2 傳感器模塊

傳感器模塊是監(jiān)測水環(huán)境參數(shù)的關(guān)鍵。用戶可根據(jù)不同的水環(huán)境選擇監(jiān)測不同的參數(shù)。主要監(jiān)測數(shù)據(jù)有離子濃度、鹽度、電導(dǎo)率和溫度。其中，離子濃度、鹽度和溫度傳感器為購置傳感器，電導(dǎo)率傳感器為自制傳感器，下文將詳細(xì)介紹該傳感器，其他傳感器忽略。

電導(dǎo)率傳感器是由一根鐵棒和一根黃銅棒組成，根據(jù)相關(guān)化學(xué)知識可知，兩個金屬棒在水體中會發(fā)生陽離子和陰離子的移動，產(chǎn)生電流形成恒流源。若在兩個金屬棒上串聯(lián)一個阻值合適的精密電阻，則可監(jiān)測污染物排放后水體的導(dǎo)電性能。金屬物含量多的廢液的排放將會改變水的導(dǎo)電性能，該排放物濃度越高，水的導(dǎo)電性能越好。具體過程為，排放污染物越多，排放位置的一些酸堿性的離子就越多，產(chǎn)生的電流越大，導(dǎo)電性能就越好。再通過污染物擴(kuò)散，傳感器節(jié)點(diǎn)測得各點(diǎn)位置的導(dǎo)電率后可實(shí)時預(yù)估污染源的位置及污染程度。自制電導(dǎo)率傳感器如圖3所示。

圖3 電導(dǎo)率傳感器模塊

2.2.3 電源模塊

結(jié)合無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對電源系統(tǒng)要求的低功耗、長時間工作、低成本的特點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)電源選擇了鋰亞硫酰氯電池ER34615（鉛酸蓄電池能量小、重量大、對環(huán)境腐蝕性強(qiáng)、電解液需要定期維護(hù)，同時太陽能電池成本高、體積大，因此具有高性能、高可靠性、工作溫度范圍廣等特點(diǎn)的鋰亞硫酰氯電池是更好的選擇）在本設(shè)計(jì)中，匯聚節(jié)點(diǎn)由STC89C52和CC2530組成。普通節(jié)點(diǎn)僅用CC2530。采用ZigBee低功耗設(shè)計(jì)，在節(jié)點(diǎn)采集、傳輸數(shù)據(jù)時進(jìn)入工作模式，傳輸完成后進(jìn)入節(jié)能模式，可大幅度降低系統(tǒng)的能量損耗，并且配合高能量密度的鋰電池使用，可以滿足長時間工作的要求，且有效降低節(jié)點(diǎn)的體積和重量[4]。

2.3 節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)

基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測節(jié)點(diǎn)主要利用單片機(jī)STC89C52和ZigBee通信模塊CC2530負(fù)責(zé)信息的采集控制與無線網(wǎng)絡(luò)傳輸。CC2530負(fù)責(zé)采集節(jié)點(diǎn)上各個水環(huán)境中參數(shù)實(shí)時監(jiān)測傳感器的數(shù)據(jù)并對每個數(shù)據(jù)進(jìn)行測量值到理化值的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換[5]，然后再按一定格式打包，通過UART接口發(fā)送到STC89C52單片機(jī)，最后經(jīng)過GSM/GPRS模塊向遠(yuǎn)程上位機(jī)進(jìn)行傳輸;ZigBee模塊由主控單片機(jī)發(fā)送初始化自組網(wǎng)命令和自恢復(fù)命令，實(shí)現(xiàn)初始組網(wǎng)與自動檢測恢復(fù)，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)與連接[6]。軟件工作流程見圖4。每個傳感器節(jié)點(diǎn)具有簡單的分布式處理數(shù)據(jù)的能力。如對監(jiān)測數(shù)據(jù)的比較，可知是否有參數(shù)超標(biāo)，若有則預(yù)警，若無則連接網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)。同時也有優(yōu)化軟件，使其功耗最小化。

3 結(jié) 語

本文將無線傳感網(wǎng)絡(luò)與水環(huán)境參數(shù)監(jiān)測相結(jié)合，利用ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)自組網(wǎng)與通信，而使得無線傳感器節(jié)點(diǎn)可以大范圍鋪設(shè)，不受區(qū)域限制，可實(shí)現(xiàn)其對水環(huán)境中各類參數(shù)的實(shí)時采集。同時也可以作為工業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中參數(shù)的實(shí)時監(jiān)測。

圖4 節(jié)點(diǎn)軟件流程圖

參考文獻(xiàn)

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Wireless sensor network based remote real-time monitoring of parameters in water environment

LI Jin-sheng， ZHOU Yuan， CHENG Jie

（Information Science and Engineering College， Wuhan University of Science and Technology， Wuhan 430081， China）

篇10

技術(shù)特點(diǎn)

本系統(tǒng)水下無線通信采用的是水聲通信技術(shù)，相比較水下電磁波和水下光通信技術(shù)，聲波在水中衰減最小，因此聲波是目前水中信息傳輸?shù)闹饕d體，并且水聲通信是當(dāng)前唯一可在水下進(jìn)行遠(yuǎn)程信息傳輸?shù)耐ㄐ判问剑?］。本系統(tǒng)綜合應(yīng)用浮標(biāo)和海床基，相比較浮標(biāo)、海床基、船舶和潛標(biāo)單站監(jiān)測方式，是一種無線觀測鏈的監(jiān)測方式。這種方式可提高監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量、擴(kuò)展監(jiān)測范圍和監(jiān)測信息，并可在監(jiān)控終端準(zhǔn)實(shí)時獲取遠(yuǎn)程、長期水下監(jiān)測數(shù)據(jù)，也符合海洋環(huán)境監(jiān)測具有覆蓋面廣、站位分散、數(shù)據(jù)間斷和頻繁少量的特點(diǎn)。

技術(shù)原理

第二代GSM技術(shù)利用SMS(短消息)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和雙向控制，系統(tǒng)通過發(fā)送和接收短消息進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，依靠2個或以上的GSM通信模塊實(shí)現(xiàn)，開發(fā)相對簡單，傳輸成本相對較高;第二代GPRS技術(shù)引入智能天線、雙頻段等技術(shù)，有快速登陸、永遠(yuǎn)在線、高速傳輸和按流量計(jì)費(fèi)而節(jié)約成本的優(yōu)勢;第三代技術(shù)是指支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動通信技術(shù)，速率一般在幾百kb/s以上，主要優(yōu)點(diǎn)是能極大地增加系統(tǒng)容量和提高數(shù)據(jù)傳輸速率，并且利用不同網(wǎng)絡(luò)間的無縫漫游技術(shù)可將無線通信系統(tǒng)和Internet連接起來;第四代TD-LTE-Advanced技術(shù)可以在不同的固定、無線平臺和跨越不同的頻帶的網(wǎng)絡(luò)中提供無線服務(wù)，具有非對稱的超過2Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸能力，比通常意義上的3G快50倍，下載速度最高可達(dá)100Mb/s、上傳速度最高可達(dá)20Mb/s，可極大的滿足海洋監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸要求。目前第二代和第三代技術(shù)已趨于成熟，基站已基本形成對我國近海的全覆蓋，相應(yīng)的通信技術(shù)已在港口航道、海水浴場、水產(chǎn)養(yǎng)殖、能源開發(fā)等海洋領(lǐng)域廣泛應(yīng)用;第四代技術(shù)已形成，但國際標(biāo)準(zhǔn)仍未統(tǒng)一，尚不具備推廣應(yīng)用條件。水聲通信技術(shù)水聲通信是通過聲波在海水里傳播實(shí)現(xiàn)。工作原理是首先將文字、語音、圖像等信息轉(zhuǎn)化成電信號，發(fā)射換能器又將電信號轉(zhuǎn)化為聲信號，聲信號通過海水介質(zhì)以應(yīng)答或自動方式傳遞到接收換能器，這時聲信號又轉(zhuǎn)化為電信號，解碼器將數(shù)字信息破譯后，經(jīng)電接收機(jī)轉(zhuǎn)為文字、語音、圖像等信息。水介質(zhì)與空氣介質(zhì)的特性不同，水聲信道與空氣中的無線電信道具有許多明顯的差異。水下聲信道是時間散布快速衰落信道，具有多普勒不穩(wěn)定性［9］。水聲通信的衰耗因素較多，特別是在海水中傳播，聲傳播損失不僅與頻率有關(guān)，而且還受海水的鹽度、溫度、密度、深度以及傳播距離等因素的影響，造成中遠(yuǎn)程水聲信道帶寬極其有限。水中的聲速計(jì)算公式可見下式:c=1449．2+4．6T－0．055T2+(1．34－0．010T)(S－35)+0．016D(1)其中:T是海水溫度，S是鹽度，D是深度。海水中不均勻分布的聲速剖面造成聲線的彎曲，而聲波的界面反射和隨機(jī)散射又引起聲波接收信號的多途效應(yīng)。在實(shí)現(xiàn)高速通信時，有限的信道帶寬和信號的多途傳輸會引起嚴(yán)重的碼間干擾，造成接收數(shù)據(jù)的嚴(yán)重誤碼［10］。同一聲源發(fā)出的聲波，在不同的海區(qū)或不同的季節(jié)，傳播情況可能都不同。從信道中的各種限制因素到時變、空變性，水聲信道都遠(yuǎn)比無線電信道復(fù)雜。

基于通信技術(shù)的監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用

系統(tǒng)水下通信采用美國Linquest公司的UWM2000聲學(xué)調(diào)制解調(diào)器(全方向模式、波束寬度210°，在比較復(fù)雜的環(huán)境條件下允許有相對的運(yùn)動);水上移動通信采用GSM通信模塊。系統(tǒng)可對剖面流速、流向、溫度等環(huán)境參數(shù)和儀器姿態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸，通信技術(shù)可在赤潮、溢油、危險化學(xué)品泄露等海洋突發(fā)污染事件應(yīng)急監(jiān)測中應(yīng)用，管理者可根據(jù)實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)現(xiàn)場指揮和快速決策;也可在海水浴場、海水養(yǎng)殖區(qū)、海洋保護(hù)區(qū)等功能區(qū)監(jiān)測和入海污染物質(zhì)輸運(yùn)監(jiān)測中應(yīng)用，獲取定點(diǎn)、實(shí)時和連續(xù)的監(jiān)測資料。本系統(tǒng)若結(jié)合地理信息系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將改變現(xiàn)有的海洋環(huán)境監(jiān)測狀況。通過無線通信方式形成一個基于物聯(lián)網(wǎng)的海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，可采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中監(jiān)測信息，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)測和管理［11］。