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篇(1)

論文關(guān)鍵詞:直讀式電子壓力計(jì);單芯遠(yuǎn)距離傳輸;曼徹斯特碼;編碼;解碼

論文摘要:本文從現(xiàn)有存儲式電子壓力計(jì)的技術(shù)現(xiàn)狀出發(fā)，分析了在井下高溫、高壓、遠(yuǎn)距離條件下，實(shí)現(xiàn)壓力、溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)可靠采集、傳輸、分析的壓力計(jì)——直讀式電子壓力計(jì)的數(shù)據(jù)傳輸方案和實(shí)施，并從技術(shù)需求分析、通訊方案選擇、單芯遠(yuǎn)距離傳輸、曼徹斯特碼編解碼的軟硬件設(shè)計(jì)等方面，對直讀式電子壓力計(jì)數(shù)據(jù)傳輸方案進(jìn)行了深入研究。試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，本文研究結(jié)果解決了直讀式電子壓力計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，增強(qiáng)了電子壓力計(jì)在油田測井領(lǐng)域的市場競爭力。

一、引言

目前存儲式電子壓力計(jì)已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)各大油田高溫井下壓力和溫度的測量。存儲式電子壓力計(jì)在工作過程中，儀器內(nèi)的單片機(jī)系統(tǒng)和各種傳感器共同完成井下壓力和溫度的采集，并以數(shù)字量形式存儲于電可改寫型存儲器中，待測試過程完成后，再將壓力計(jì)返回地面，用專門配套研制的數(shù)據(jù)回放儀與壓力計(jì)連接，通過軟件和硬件接口通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收、回放和處理，使用很不方便，影響生產(chǎn)。

因此，為克服存儲式電子壓力計(jì)的上述缺點(diǎn)，提高油田生產(chǎn)效率，提升電子壓力計(jì)在油田測井領(lǐng)域的市場競爭力，必須研制在井下高溫、高壓、遠(yuǎn)距離條件下，實(shí)現(xiàn)壓力、溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)可靠采集、傳輸、分析的壓力計(jì)——直讀式電子壓力計(jì)。

二、直讀式電子壓力計(jì)技術(shù)需求分析

（一）功能及主要技術(shù)指標(biāo)要求

直讀式電子壓力計(jì)實(shí)現(xiàn)井下壓力和溫度參數(shù)的測量，并將測量結(jié)果通過單芯鎧裝電纜實(shí)時(shí)傳送至地面解碼控制儀，主要技術(shù)指標(biāo)要求如下所示。

a) 壓力測量范圍：（0～30、45、60、80）MPa；壓力測量誤差： 0.04%F.S；

b) 溫度測量范圍：（-20～+150）℃， 測量誤差：±1℃；

c) 傳輸距離不小于6000m；通訊誤碼率1.0×10-7。

（二）基本方案及工作原理

直讀式電子壓力計(jì)由井下電子壓力計(jì)和地面解碼控制儀兩部分組成，其中井下電子壓力計(jì)由壓力傳感器、溫度傳感器、信號放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)系統(tǒng)、編碼電路、數(shù)字通訊接口電路和裝載于單片機(jī)系統(tǒng)中的相關(guān)工作軟件組成，解碼控制儀由解碼電路、通訊接口電路、通用計(jì)算機(jī)(油田配置)和相關(guān)工作軟件組成。

工作過程中，井下電子壓力計(jì)由地面解碼控制儀通過單芯鎧裝電纜提供能源，溫度和壓力傳感器分別將環(huán)境壓力和溫度轉(zhuǎn)換為電信號輸出，該電信號經(jīng)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后由單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和處理，然后按一定周期經(jīng)數(shù)字通訊口輸出。井下電子壓力計(jì)和井上解碼控制儀之間通過單芯鎧裝電纜連接，解碼控制儀中通訊接口電路接收井下電子壓力計(jì)輸出的壓力和溫度數(shù)據(jù)，并經(jīng)解碼后輸入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理。

三、數(shù)據(jù)傳輸方案選擇

設(shè)備之間數(shù)據(jù)通訊通常有并行通訊和串行通訊兩種方案，并行通訊的缺點(diǎn)是傳輸距離短，通訊信道所占點(diǎn)號多，而串行通訊與之相反。根據(jù)井下電子壓力計(jì)與井上解碼控制儀的數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)，需選擇串行數(shù)據(jù)傳輸方式。

在曼徹斯特編碼中，用電壓跳變的相位不同來區(qū)分邏輯1和邏輯0，即用正的電壓跳變表示邏輯0，用負(fù)的電壓跳變表示邏輯1。

在油田測井中，井下電子壓力計(jì)在井下采集大量信息，并傳送給地面解碼控制儀；但井下電子壓力計(jì)到地面解碼控制儀這段信道的傳輸距離較長且環(huán)境惡劣，常用的NRZ碼不適合在這樣的信道里傳輸，而且NRZ碼含有豐富的直流分量，容易引起滾筒的磁化。曼徹斯特編碼方式使得信號以串行脈沖碼的調(diào)制方式在數(shù)據(jù)線上傳輸，和最常用的NRZ碼相比，消除了NRZ碼的直流成分，具有時(shí)鐘恢復(fù)和更好的抗干擾性能，這使它更適合于從井下到井上的信道傳輸，因而在井下電子壓力計(jì)和地面解碼控制儀之間選用曼徹斯特編碼使數(shù)據(jù)傳輸可靠性更高、傳輸距離更遠(yuǎn)。

四、曼徹斯特碼編碼軟硬件設(shè)計(jì)

每一周期井下電子壓力計(jì)需將采集到的壓力和溫度兩個(gè)參數(shù)分別進(jìn)行曼徹斯特編碼方式輸出，井下電子壓力計(jì)與地面解碼控制儀之間按如下通訊協(xié)議進(jìn)行。

a) 壓力與溫度均以字為單位進(jìn)行傳送，先發(fā)送壓力字，后發(fā)送溫度字，一個(gè)壓力字和一個(gè)溫度字的組合稱為一個(gè)消息；

b) 每一個(gè)字由20位組成，第1～3位為3個(gè)起始位，第4～19位為16個(gè)數(shù)據(jù)位，第20位為奇偶校驗(yàn)位；

c) 壓力字3個(gè)起始位電平為先高后低，溫度字起始位為先低后高，高低電平均各占一位半，壓力字與溫度字校驗(yàn)位均采用奇校驗(yàn)；

d) 傳輸?shù)牟ㄌ芈剩?.7292 kbps（175μs/位），傳輸一個(gè)消息共耗時(shí)3.5ms。為保證數(shù)據(jù)傳輸可靠性，井下電子壓力計(jì)同一消息在一個(gè)采樣周期內(nèi)重復(fù)發(fā)送兩次，地面解碼控制儀根據(jù)校驗(yàn)位判斷每個(gè)字的正確性。

由單片機(jī)編程輸出兩路I/O控制信號，經(jīng)過濾波電路、運(yùn)放電路、整型電路后，產(chǎn)生曼徹斯特編碼雙相電平信號，并經(jīng)單芯鎧裝電纜送至地面解碼控制儀。為滿足曼徹斯特編碼格式及井下電子壓力計(jì)與地面解碼控制儀之間的通訊協(xié)議，井下電子壓力計(jì)軟件采用如下的編程方式輸出波形。

a）壓力字同步頭為262.5μs高電平后跟隨262.5μs低電平，溫度字同步頭為262.5μs低電平后跟隨262.5μs高電平；

b）若數(shù)據(jù)位為邏輯0，則在87.5μs低電平后跟隨87.5μs高電平；

c）若數(shù)據(jù)位為邏輯1，則在87.5μs高電平后跟隨87.5μs低電平；

d）校驗(yàn)位的波形產(chǎn)生方式與數(shù)據(jù)位相同。

五、曼徹斯特碼解碼軟硬件設(shè)計(jì)

地面解碼控制儀需將井下電子壓力計(jì)輸出的曼徹斯特碼進(jìn)行解碼，并按通訊協(xié)議用軟件將接收到的曼徹斯特碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為井下電子壓力計(jì)測得的壓力和溫度數(shù)據(jù)，即地面解碼控制儀中的解碼過程為井下電子壓力計(jì)編碼過程的逆過程。曼徹斯特碼解碼過程可分為如下三部分：

a) 同步字頭檢測，并辨別其為溫度數(shù)據(jù)還是壓力數(shù)據(jù)。

b) 對曼碼形式的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，從曼徹斯特碼波形中分離出同步時(shí)鐘，并將時(shí)鐘和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理使曼碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為非歸零二進(jìn)制數(shù)據(jù)。

c) 將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為并行數(shù)據(jù)，并進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，以檢驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。

經(jīng)過幾千米鎧裝電纜傳輸上來的數(shù)據(jù)，幅度衰減到毫伏級，因此井上需要精密的解碼電路，才能保證數(shù)據(jù)傳輸無誤碼率。井下傳輸上來的數(shù)據(jù)經(jīng)過濾波電路、精密運(yùn)算放大器、雙D觸發(fā)器輸出曼碼波形給單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)的程序轉(zhuǎn)化為井下的壓力與溫度數(shù)字量。

六、試驗(yàn)結(jié)果

直讀式電子壓力計(jì)首臺產(chǎn)品完成廠內(nèi)試驗(yàn)后，到油田用8000m的鎧裝電纜連接井下電子壓力計(jì)和地面解碼控制儀，將電子壓力計(jì)下放到井下6500m的深度，在溫度高達(dá)150℃、壓力為30～60 MPa的油井中測試壓力和溫度。在三次連續(xù)5個(gè)小時(shí)的測試過程中，數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確可靠，沒有出現(xiàn)丟點(diǎn)現(xiàn)象，誤碼率為零。

七、結(jié)束語

試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，本文研究結(jié)果解決了直讀式電子壓力計(jì)通訊方案、通訊協(xié)議、單芯遠(yuǎn)距離傳輸、曼徹斯特碼編解碼軟硬件設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)，增強(qiáng)了電子壓力計(jì)在油田測井領(lǐng)域的市場競爭力。

參考文獻(xiàn)

篇(2)

論文關(guān)鍵詞：視頻編碼,壓縮技術(shù)

 

一、引言

所謂視頻編碼方式就是指通過特定的壓縮技術(shù)，將某個(gè)視頻格式的文件轉(zhuǎn)換成另一種視頻格式文件的方式。視頻壓縮發(fā)展到現(xiàn)在己有幾十年的歷史。1948年，Oliver提出了第一個(gè)編碼理論脈沖編碼調(diào)制(PulseCodingModulation，簡稱PCM);同年，Shannon的經(jīng)典論文“通信的數(shù)學(xué)原理”首次提出了信息率失真函數(shù)的概念;1959年，Shannon進(jìn)一步確立了碼率失真理論;而Berger在1971年所著的《信息率失真理論》一書則對率失真理論做了系統(tǒng)地論述和擴(kuò)展;以上各項(xiàng)工作奠定了信息編碼的理論基礎(chǔ)。

二、AVS基本介紹

AVS是基于我國創(chuàng)新技術(shù)和部分公開技術(shù)的自主標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)方案簡潔，芯片實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低，達(dá)到了第二代標(biāo)準(zhǔn)的最高水平；而且，AVS通過簡潔的一站式許可政策，是開放式制訂的國家、國際標(biāo)準(zhǔn)，易于推廣；此外，AVS是一套包含系統(tǒng)、視頻、音頻、媒體版權(quán)管理在內(nèi)的完整標(biāo)準(zhǔn)體系，為數(shù)字音視頻產(chǎn)業(yè)提供更全面的解決方案。綜上所述，AVS可稱第二代信源標(biāo)準(zhǔn)的上選。

圖1AVS視頻編碼器框圖

三、AVS主要技術(shù)

AVS采用的主要技術(shù)包括：8x8整數(shù)變換量化技術(shù)、幀內(nèi)預(yù)測、半像素與1/4精度像素插值、特殊的幀間預(yù)測運(yùn)動補(bǔ)償、二維熵編碼、去塊效應(yīng)環(huán)內(nèi)濾波等：

1.整數(shù)變換量化：AVS為了避開H.264的專利問題，選擇了以往標(biāo)準(zhǔn)廣泛采用的8×8變換，這樣可以在16位處理器上無失配地實(shí)現(xiàn)。AVS采用的64級量化，可以完全適應(yīng)不同的應(yīng)用和業(yè)務(wù)對碼率和質(zhì)量的要求。目前AVS所采用的8x8變換與量化方案大大降低了芯片的實(shí)現(xiàn)難度。

2.幀內(nèi)預(yù)測：AVS采用的幀內(nèi)預(yù)測技術(shù)，是用相鄰塊的像素預(yù)測當(dāng)前塊，同時(shí)采用代表空間域紋理方向的多種預(yù)測模式。AVS亮度和色度幀內(nèi)預(yù)測都是以8x8塊為單位的。亮度塊采用5種預(yù)測模式，色度塊采用4種預(yù)測模式，而這4種模式中有3種和亮度塊的預(yù)測模式相同。在編碼質(zhì)量相當(dāng)?shù)那疤嵯?，AVS采用較少的預(yù)測模式，使方案更加簡潔、實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度大為降低。

3.幀間預(yù)測運(yùn)動補(bǔ)償：幀間運(yùn)動補(bǔ)償編碼是混合編碼技術(shù)框架中最重要的部分之一。AVS標(biāo)準(zhǔn)采用了16×16，16×8，8×16和8×84種用于運(yùn)動補(bǔ)償?shù)暮陦K模式，去除了MPEG-4AVC/H.264標(biāo)準(zhǔn)中的8×4，4×8，4×4的塊模式，這樣可以更好地刻畫物體運(yùn)動，提高運(yùn)動搜索的準(zhǔn)確性。

4.半像素與1/4精度像素插值：AVS通過4抽頭濾波器（-1，5，5，-1）得到半像素點(diǎn)，再通過4抽頭濾波器（1，7，7，1）和均值濾波器得到1/4像素點(diǎn)，在不降低性能的情況下減少插值所需要的參考像素點(diǎn)，減小了數(shù)據(jù)存取帶寬需求，這在高分辨率視頻壓縮應(yīng)用中是非常有意義的。

5.預(yù)測模式：AVS的B幀雙向預(yù)測使用了直接模式、對稱模式和跳躍模式。使用對稱模式時(shí)，碼流只需要傳送前向運(yùn)動矢量，后向運(yùn)動矢量可由前向運(yùn)動矢量導(dǎo)出，從而節(jié)省后向運(yùn)動矢量的編碼開銷；對于直接模式，前塊的前、后向運(yùn)動矢量都是由后向參考圖像相應(yīng)位置塊的運(yùn)動矢量按比例分配導(dǎo)出，因此也可以節(jié)省運(yùn)動矢量的編碼開銷；跳躍模式的運(yùn)動矢量導(dǎo)出方法和直接模式的相同，跳躍模式編碼塊都不編碼運(yùn)動補(bǔ)償?shù)臍埐?，也不傳送運(yùn)動矢量，即該模式下宏塊只需要傳輸模式信號則可。

6.二維熵編碼：AVS熵編碼采用自適應(yīng)變長編碼技術(shù)。在AVS熵編碼過程中，定長碼用來編碼具有均勻分布的語法元素，指數(shù)哥倫布碼用以編碼可變概率分布的語法元素。采用指數(shù)哥倫布碼的優(yōu)勢在于：一方面，它的硬件復(fù)雜度比較低，可以根據(jù)閉合公式解析碼字，無需查表；另一方面，它可以根據(jù)編碼元素的概率分布靈活確定k階指數(shù)哥倫布碼編碼，如果k選得恰當(dāng)，編碼效率可以逼近信息熵。預(yù)測殘差的塊變換系數(shù)后，經(jīng)掃描形成（level、run）對串，level、run不是獨(dú)立事件，而存在很強(qiáng)的相關(guān)性，在AVS中l(wèi)evel、run采用二維聯(lián)合編碼，并根據(jù)當(dāng)前l(fā)evel、run的不同概率分布趨勢，自適應(yīng)改變指數(shù)哥倫布碼的階數(shù)。

四、總結(jié)與展望

目前AVS技術(shù)可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)清晰度、相當(dāng)清晰度、低清晰度等不同格式視頻的壓縮，但針對此類應(yīng)用的壓縮效率還有待不斷提高，這應(yīng)當(dāng)是AVS視頻技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的重點(diǎn)所在：著力AVS編解碼的實(shí)際應(yīng)用研究，優(yōu)化AVS運(yùn)動搜索算法，提高AVS解碼速度，從而推動我國數(shù)字音視頻標(biāo)準(zhǔn)AVS的推廣和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

1 陳亮 AVS先進(jìn)編碼技術(shù)研究 華中科技大學(xué) 2006

2 申青平 AVS-M關(guān)鍵技術(shù)及多平臺應(yīng)用研究 湘潭大學(xué) 2007

篇(3)

論文關(guān)鍵詞：RFID，醫(yī)藥品，物流，信息系統(tǒng)

 

引言

近些年來，頻頻出現(xiàn)的醫(yī)藥品安全事故使公眾對醫(yī)藥品生產(chǎn)工藝和用藥安全產(chǎn)生了不同程度的質(zhì)疑。部分事故就是由于現(xiàn)在醫(yī)藥品物流系統(tǒng)的不完善所導(dǎo)致的。為此，商務(wù)部將出臺《醫(yī)藥物流企業(yè)分級評估指標(biāo)》、《醫(yī)藥物流服務(wù)規(guī)范》、《藥品零售企業(yè)經(jīng)營服務(wù)規(guī)范》和《藥品現(xiàn)代物流企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》等針對醫(yī)藥物流企業(yè)的一系列行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。可見，改善醫(yī)藥品物流信息系統(tǒng)，提高其服務(wù)水平，增強(qiáng)醫(yī)藥品監(jiān)管、維護(hù)正常的藥品市場秩序，成為當(dāng)務(wù)之急。

1 RFID的基本概念

Radio Frequency Identification（RFID）即無線射頻識別，是利用電磁感應(yīng)、無線電波或者是微波等信號通過空間耦合進(jìn)行非接觸式的雙向通信信息系統(tǒng)，通過這種形式的數(shù)據(jù)交換從而達(dá)到識別目標(biāo)的一種技術(shù)，俗稱電子標(biāo)簽。[1]

由于具有可非接觸式數(shù)據(jù)交換、有效讀寫距離遠(yuǎn)、讀寫速度快、可識別高速運(yùn)動的物品、數(shù)據(jù)記憶容量大、安全保密性高、讀寫穿透力強(qiáng)、可重復(fù)使用、耐惡劣環(huán)境能力強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此RFID主要用于軍事、航空、交通、物流、制造、汽車、零售、醫(yī)療、動物、食品、票證、服裝、圖書、煤礦、防偽等廣泛領(lǐng)域中的自動識別和數(shù)據(jù)采集。

RFID的初次使用可追溯到上世紀(jì)六十年代電子商品防盜系統(tǒng)（Electronic Article Surveillance，EAS）中的比特電子標(biāo)簽。從七十年代開始，RFID技術(shù)及產(chǎn)品進(jìn)入到快速發(fā)展的時(shí)期，如RFID技術(shù)逐漸融入到動物追蹤識別系統(tǒng)以及電子車牌系統(tǒng)。RFID技術(shù)及產(chǎn)品進(jìn)入到商業(yè)應(yīng)用階段是從八十年代開始，此后各種規(guī)模的RFID系統(tǒng)開始出現(xiàn)，RFID技術(shù)及產(chǎn)品逐漸成為人們生活的一部分，RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化問題也日趨得到重視論文服務(wù)。自本世紀(jì)初開始，RFID技術(shù)開始向物流與供應(yīng)鏈領(lǐng)域滲透。[8]

一個(gè)完整的RFID系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)由RFID數(shù)據(jù)采集器、中間件或接口、應(yīng)用系統(tǒng)軟件以及信息管理平臺構(gòu)成；其中數(shù)據(jù)采集器內(nèi)包含標(biāo)簽、芯片、閱讀器以及天線，這其中的芯片主要用于數(shù)據(jù)交換時(shí)的儲存。正是由于芯片的這一獨(dú)特之處，使得RFID與傳統(tǒng)的條形碼技術(shù)有所區(qū)別。[9]

整個(gè)RFID系統(tǒng)的工作原理如圖1所示：RFID系統(tǒng)工作時(shí)必須有個(gè)前提，就是要處于一定的有效磁場區(qū)域內(nèi)。帶有信息的電子標(biāo)簽進(jìn)入到有效磁場區(qū)域內(nèi)，當(dāng)閱讀器通過天線發(fā)送出一定頻率的射頻查詢信號，這時(shí)電子標(biāo)簽憑借感應(yīng)電流獲得的能量而被激活，將存儲在芯片的信息經(jīng)自身解碼后通過內(nèi)置天線發(fā)送出去。閱讀器的接收天線接收到信號后，傳送給到閱讀器。接下來信息系統(tǒng)，閱讀器對接收到的信號進(jìn)行解調(diào)解碼，解碼后的信息通過應(yīng)用系統(tǒng)軟件最終輸送到信息管理平臺進(jìn)行相應(yīng)處理和控制。[2]

圖1 RFID系統(tǒng)工作原理圖

2 醫(yī)藥品物流系統(tǒng)分析

醫(yī)藥品物流是在依托一定的物流設(shè)備、技術(shù)和物流管理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，有效整合營銷渠道上下游資源，優(yōu)化醫(yī)藥品供、銷、配、運(yùn)等環(huán)節(jié)中的驗(yàn)收、存儲、分揀、配送等作業(yè)過程，通過自動化、信息化和效益化等技術(shù)的應(yīng)用，從而提高訂單處理能力，減少貨物分揀差錯，降低庫存及縮短配送時(shí)間，進(jìn)一步降低

物流成本，提高物流服務(wù)水平和資金使用效益。典型的醫(yī)藥品物流過程如圖2所示：[3]

圖2 醫(yī)藥品物流過程

2009年，國務(wù)院出臺了《物流業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》，醫(yī)藥品物流的發(fā)展是其中的主要任務(wù)之一。由于醫(yī)藥品自身的一些特性，醫(yī)藥品物流系統(tǒng)相比較于其他物流系統(tǒng)而言，對于逆向物流的管理更為重要。

2.1醫(yī)藥品物流復(fù)雜性高

醫(yī)藥品行業(yè)是一個(gè)集高投入、高技術(shù)、高風(fēng)險(xiǎn)與高回報(bào)等特點(diǎn)于一身的行業(yè)。醫(yī)藥品物流最大的特點(diǎn)就是分類復(fù)雜、品種繁多。醫(yī)藥品行業(yè)分類如表1所示：

表1 醫(yī)藥品行業(yè)分類

 

序號

標(biāo)志值

類型

1.

按照自身性質(zhì)分

化學(xué)原料藥、化學(xué)藥品、醫(yī)療器械、化學(xué)試劑以及保健品等

2

按照來源和性狀

中藥材、中藥飲片、中成藥，化學(xué)原料藥及其制劑、抗生素類、生化藥品、血清疫苗、血液制品，放射性藥品等

3

按照溫度分

常溫品種、低溫品種、冷凍品種等

4

按中國藥品管理制度分

處方藥和非處方藥

5

篇(4)

關(guān)鍵詞:超高頻;射頻識別;讀寫器

中圖分類號：TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Research and Design of UHF RFID reader

LI Bao-shan，LI Ge

（Inner Mongolia University of Science and Technology, Inner Mongolia Baotou 014010,China）

Abstract:The system of UHF RFID has the advantages such as storage capacity, read and write speed, recognition distance, and can read or write multiple RFID tags simultaneously, which has been applied widely in many fields. In order to meet market requirements, this paper proposes a design project of a UHF RFID system interrogator based on ARM. In this paper, two aspects of hardware and software design of the interrogator are described, the design gives the structure of interrogator, work processes and the related flow chart of software. The practical results show that the interrogator has the advantages of read and write speed, efficient read-write, recognition distance and so on, which can meet market requirements.

Keywords: RFID; UHF; reader

1引言

超高頻射頻識別[1]（Radio Frequency Identification，RFID）即無線射頻識別技術(shù)，是自動識別技術(shù)的一種，通過無線耦合的方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，對目標(biāo)加以識別并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，不需人工接觸，不需光學(xué)可視即可完成信息輸入和處理，并且操作簡單快捷，具有廣泛的應(yīng)用前景。

RFID系統(tǒng)按工作頻率可分為低頻、高頻、超高頻、微波四個(gè)頻段。其中，超高頻（UHF） RFID系統(tǒng)具有讀寫距離遠(yuǎn)，同時(shí)識別多標(biāo)簽，讀寫速度快等優(yōu)點(diǎn)，因此UHF RFID系統(tǒng)使用的場景越來越多。UHF頻段的RFID產(chǎn)品也逐漸成為這個(gè)行業(yè)的主流產(chǎn)品。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其工作原理

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基本的RFID系統(tǒng)主要由三部分組成：電子標(biāo)簽（Tag）、讀寫器（Reader）、PC機(jī)或后臺數(shù)據(jù)庫，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2系統(tǒng)的工作原理

RFID技術(shù)的基本工作原理[2]是利用空間電磁波的耦合或者傳播來進(jìn)行通信，達(dá)到自動識別被識別對象，獲取識別對象相關(guān)信息的目的。讀寫器通過天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當(dāng)貼有電子標(biāo)簽的物體進(jìn)入無線識別系統(tǒng)讀寫器的識讀范圍時(shí)，其天線將產(chǎn)生感應(yīng)電流，電子標(biāo)簽獲得能量被激活并向讀寫器發(fā)送自身的編碼等信息，讀寫器接收到電子標(biāo)簽發(fā)射回來的電磁波信號后，經(jīng)過處理得到電子標(biāo)簽存儲的代碼等信息，這些信息可以作為物體的特征數(shù)據(jù)被傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)一步處理。

3UHF讀寫器設(shè)計(jì)

3.1讀寫器的結(jié)構(gòu)

UHF讀寫器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。 讀寫器主要由三部分組成：（1）主控部分：本設(shè)計(jì)中，主控部分選用ARM9單片機(jī)；（2）射頻部分：射頻部分又由發(fā)射部分和接收部分兩部分組成，其中發(fā)射部分由調(diào)制器、濾波器和功率放大器組成；接收部分由濾波電路解調(diào)器多級運(yùn)放和整形電路組成；（3）天線。

3.2工作流程

讀寫器的工作過程分發(fā)送讀寫命令和接收標(biāo)簽返回信息兩階段，具體如下：

1 ）發(fā)送讀標(biāo)簽命令的工作流程如下:

（1）計(jì)算機(jī)發(fā)送讀標(biāo)簽命令給主控制器，主控制器接收到來自計(jì)算機(jī)的讀標(biāo)簽信號，啟動讀標(biāo)簽程序，主控制器內(nèi)相應(yīng)的編解碼電路FPGA對讀標(biāo)簽令進(jìn)行編碼，F(xiàn)PGA將編碼好的基帶信號送至調(diào)制器; （2）調(diào)制器將基帶信號與本振信號混合,將混合信號調(diào)制到 UHF 頻段；（3）調(diào)制后的高頻信號被送至功率放大器進(jìn)行放大; （4）放大后的信號被送入環(huán)形器，環(huán)形器再將高頻信號送至天線發(fā)射。

2 ）接收標(biāo)簽返回信息的工作流程如下:

（1）標(biāo)簽接收到讀寫器發(fā)來的信號，獲得能量被激活，開始執(zhí)行讀寫器命令，并將返回的應(yīng)答信息以后向散射調(diào)制方式送至天線；（2）天線將接收到的信號經(jīng)環(huán)形器送至帶通濾波器濾波；（3）信號經(jīng)過濾波后被送至解調(diào)電路，解調(diào)電路將信號進(jìn)行解調(diào)后送至放大電路進(jìn)行放大；放大后的信號被送至整形電路，形成基帶信號送至編解碼電路解碼；（4）編解碼電路將基帶信號進(jìn)行解碼并進(jìn)行CRC校驗(yàn),形成標(biāo)簽信息,傳給 ARM；（5）最后，ARM 將接收的標(biāo)簽信息按照一定規(guī)則傳給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。

3.3主控部分

主控模塊選擇 ARM為控制芯片 , 該模塊的主要功能就是協(xié)調(diào)系統(tǒng)工作。主要包括控制讀寫器與計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通訊；在啟動時(shí)向 FPGA 傳送配置數(shù)據(jù)初始化 FGPA；控制鎖相環(huán)頻率合成器的輸出頻率使其產(chǎn)生系統(tǒng)所需的頻率；控制發(fā)射輸出的功率大小；在讀標(biāo)過程中向 FPGA 傳送讀標(biāo)簽命令從而啟動編碼程序和對接收的信號進(jìn)行解碼；處理標(biāo)簽信息，實(shí)現(xiàn)防沖突功能。

3.4發(fā)射部分

發(fā)射部分的原理圖如圖3所示。發(fā)射部分的工作流程如下:

（1 ）ARM主控制器設(shè)定工作頻率，控制頻率合成器產(chǎn)生載波頻率并送至功率分配器；（2） 編解碼電路將標(biāo)簽命令編碼成基帶信號送至混頻器；（3 ）混頻器將載波信號和基帶信號混合將其調(diào)制到所需頻率,調(diào)制后的高頻送帶通濾波器濾波,然后送至功率放大器進(jìn)行放大，功率大器的放大倍數(shù)由 ARM 根據(jù)需要控制 ;（ 4 ）放大后的信號經(jīng)環(huán)形器送天線發(fā)射;

3.5接收部分

同樣，標(biāo)簽返回讀寫器的信息，也要由相應(yīng)的接收電路進(jìn)行接收和處理，接收部分的原理圖如圖4所示。接收部分的工作流程如下:

（1 ）環(huán)形器將天線接收到的標(biāo)簽信號送至帶通濾波器進(jìn)行濾波，濾波后的信號送至小信號放大器進(jìn)行放大；（ 2 ）放大后的信號被送至 90°相移功率分配器，90°相移功率分配器將信號分成正交的2 路信號：一路是沒有相移的信號,另一路是相移 90°的信號，這 2 路信號同時(shí)送到2 個(gè)完全相同的解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)；（ 3 ）解調(diào)電路解調(diào)出相對應(yīng)的中頻 IF 信號并送入二階LC低通濾波器，濾除殘留的載波；（4）解調(diào)濾波后的信號通過差分放大電路，然后被送至電壓比較器；（5） 電壓比較器將放大后完整的解調(diào)信號電壓與設(shè)定的基準(zhǔn)電壓比較，還原成標(biāo)簽返回信息的基帶信號，經(jīng)整形后送至編解碼電路解碼處理。

3.6讀寫器軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)控制軟件包括對讀寫器的初始化、配置控制器和編解碼電路、設(shè)定發(fā)射功率、發(fā)送尋卡命令、防沖突算法實(shí)現(xiàn)、讀卡命令、數(shù)據(jù)處理、與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信等。軟件控制流程如圖 5所示。

4結(jié)束語

超高頻讀寫器對系統(tǒng)的要求比較高，它要求數(shù)據(jù)傳輸和處理速度快 ,選擇ARM9作為主控制器 ,增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的處理速度的同時(shí)也適應(yīng)不斷增加的 RFID標(biāo)簽和讀寫器之間數(shù)據(jù)傳遞量。另外，選擇ARM9作為控制器其處理速度快，接口資源豐富 ,可擴(kuò)展性強(qiáng)，為以后在實(shí)際應(yīng)用中讀寫器的升級擴(kuò)展打下良好的基礎(chǔ)。經(jīng)過測試該讀寫器在同類型產(chǎn)品設(shè)計(jì)中具有一定優(yōu)勢，各項(xiàng)性能都符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。

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作者簡介

篇(5)

【關(guān)鍵詞】電子相冊 STM32單片機(jī) 液晶顯示

1 引言

電子相冊也叫做數(shù)碼相框，是指可以不借助計(jì)算機(jī)能在LCD 液晶屏上顯示圖片的一種電子產(chǎn)品。電子相冊結(jié)合了數(shù)字電視技術(shù)、數(shù)字信號存儲技術(shù)和LCD液晶顯示技術(shù)，即將成為最受歡迎的個(gè)性化數(shù)碼產(chǎn)品之一。電子相冊繼承了相框的溫情和數(shù)碼的時(shí)尚，給人類的生活帶來了無窮的樂趣。鑒于電子相冊廣泛的用途，電子相冊的開發(fā)具有重要的意義和市場價(jià)值。雖然目前電子相冊還沒能普及，但隨著數(shù)碼照相機(jī)的普及，電子相冊將成為必不可少的配套產(chǎn)品，它也將會成為繼電視機(jī)、計(jì)算機(jī)之后人們生活中不可或缺的第三類顯示器件！本文提出了一種基于STM32系列單片機(jī) STM32F103RCT6的低功耗、低成本設(shè)計(jì)方案，該方案電路簡單，主要依靠軟件實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。而STM32 更是具有價(jià)格低、自身外設(shè)豐富、實(shí)時(shí)性能強(qiáng)、功耗低等特點(diǎn)。因此，進(jìn)行基于STM32平臺的電子相冊的設(shè)計(jì)具有重要的實(shí)用價(jià)值和理論意義。

2 硬件電路

本系統(tǒng)采用基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的STM32作為主控制器，外擴(kuò)SD卡、TFT彩屏以及按鍵。STM32主控模塊：主要用來讀取存儲模塊中的數(shù)據(jù)，并且驅(qū)動LCD顯示。液晶顯示模塊：主要用來顯示BMP、JPG等格式的圖片。存儲模塊：主要用來存放BMP、JPG等格式的圖片。按鍵模塊：主要用來對圖片進(jìn)行翻頁。

2.1 STM32主控模塊

本設(shè)計(jì)選用的STM32系列單片機(jī) STM32F103RCT6 ，該芯片具有256KB閃存、48KB RAM、8個(gè)定時(shí)器、3個(gè)SPI、5個(gè)串口、1個(gè)FSMC接口以及64個(gè)通用IO口。該芯片是基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的嵌入式處理器，其特點(diǎn)是高性能、低功耗、低成本?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，該設(shè)計(jì)采用此單片機(jī)作為主控芯片。

2.2 顯示模塊

本設(shè)計(jì)采用2.8英寸TFT-LCD屏作為顯示模塊，TFT-LCD即薄膜晶體管液晶顯示器，該顯示屏具有亮度好、層次感強(qiáng)、顏色鮮艷、對比度高等特點(diǎn)，在手機(jī)、MP4等產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用。該顯示屏采用ILI9341作為控制器，采用16位80并口與外部連接，選用觸摸屏專用芯片XPT2046，可實(shí)現(xiàn)觸摸操作。

2.3 存儲模塊

SD卡（Secure Digital Memory Card）是一種基于半導(dǎo)體快閃記憶器的新一代記憶設(shè)備，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于許多電子產(chǎn)品中。例如數(shù)碼相機(jī)、PDA和多媒體播放器等。SD卡體積小、重量輕，但卻有容量大、數(shù)據(jù)傳輸率快、移動靈活以及安全性高等特點(diǎn)。SD卡只能使用3.3V的輸入輸出電平，故控制器一定要能夠支持3.3V電壓。設(shè)計(jì)中使用SPI模式，在SD卡收到復(fù)位信號，同時(shí)CS為低電平時(shí)啟用SPI模式。在SD卡初始化的時(shí)候，時(shí)鐘周期最大不能超過400KHZ。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)通過CPU對SD卡中的BMP、JPG等格式圖片進(jìn)行處理、讀取，然后以幻燈片的形式在TFT彩屏上顯示出來，并通過按鍵控制圖片的切換。該設(shè)計(jì)的總體流程圖如圖1所示。

3.1 SD卡的讀取

常用的文件系統(tǒng)有FAT12/16/32等，F(xiàn)AT12管理8M左右的空間， FAT16管理2G的空間， FAT32管理2TB的空間。由于FAT32采用了更小的簇，這樣就可以更有效的保存數(shù)據(jù)，不會造成浪費(fèi)。通常SD卡上的數(shù)據(jù)信息由MBR（有的也沒有MBR）、DBR、FAT、FDT和數(shù)據(jù)區(qū)5個(gè)部分組成。MBR稱為主引導(dǎo)記錄區(qū)， DBR為操作系統(tǒng)引導(dǎo)記錄區(qū)，F(xiàn)AT稱為文件分配表，F(xiàn)DT稱為文件根目錄表。

SD卡在進(jìn)行讀寫操作之前都必須首先對SD卡進(jìn)行的初始化。初始化SD卡時(shí)，SPI的時(shí)鐘不能太快。在初始化之后，再提高SPI的速率。剛開始要先發(fā)送至少74個(gè)時(shí)鐘信號，隨后就是寫入兩個(gè)命令CMD0與CMD1，使SD卡進(jìn)入SPI模式。SD卡的讀寫操作是通過發(fā)送SD卡命令完成的。SPI總線模式支持單塊（CMD24）和多塊（CMD25）寫操作，在需要讀取SD卡中的數(shù)據(jù)時(shí)，執(zhí)行命令字CMD17，首先接收到第一個(gè)響應(yīng)命令字節(jié)（0xFE），接著接收到512個(gè)字節(jié)的SD卡數(shù)據(jù)，最后接收到2個(gè)字節(jié)的CRC驗(yàn)證碼。

3.2 液晶顯示屏的控制

ILI9341液晶控制器的主要使用6個(gè)重要的命令：0XD3，是讀ID4指令，用于讀取LCD控制器的ID；0X36，是存儲訪問控制指令，可以控制ILI9341存儲器的讀寫方向；0X2A，是列地址設(shè)置指令，在從左到右，從上到下的掃描方式（默認(rèn)），該指令用于設(shè)置橫坐標(biāo)；0X2B，是頁地址設(shè)置指令，在從左到右，從上到下的掃描方式（默認(rèn)），該指令用于設(shè)置縱坐標(biāo)；0X2C，是寫GRAM指令，在發(fā)送該指令之后，便可以往LCD的GRAM里面寫入顏色數(shù)據(jù)了，該指令支持連續(xù)寫；0X2E，是讀GRAM指令，用于讀取ILI9341的顯存（GRAM）。

3.3 圖片解碼

我們常用的圖片格式有很多，最常用的有三種：JPEG（或JPG）、BMP和GIF。其中JPEG（或JPG）和BMP是靜態(tài)圖片，而GIF則是可以實(shí)現(xiàn)動態(tài)圖片。

BMP（全稱Bitmap）是Window操作系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)圖像文件格式。它采用位映射存儲格式，除了圖像深度可選以外，不采用其他任何壓縮，故此，BMP圖片文件占用的空間較大，但是沒有失真。BMP格式文件存儲數(shù)據(jù)時(shí)，圖像的掃描方式是按從左到右、從下到上的順序。對于BMP格式的圖片，我們采取從SD卡中邊讀取邊解碼顯示的方式進(jìn)行解碼，一般FAT32文件簇的大小都是512字節(jié)，所以我們以簇為單位讀取圖片信息，之后解碼顯示，接著讀取下一簇信息并在液晶上顯示，直到讀完最后一簇，我們的圖片也就解碼顯示完畢

JPEG是Joint Photographic Experts Group（聯(lián)合圖像專家組）的縮寫，同BMP格式不同，JPEG是一種有損壓縮格式，能夠?qū)D像壓縮在很小的儲存空間。JPEG壓縮技術(shù)非常先進(jìn)，它使用有損壓縮方式除去多余的數(shù)據(jù)。而且JPEG是一種靈活的圖像格式，可以調(diào)節(jié)圖像的質(zhì)量，壓縮比率通?？梢蕴幱谠?0∶1到40∶1之間，壓縮率越高，圖像的品質(zhì)越差，反之，圖像品質(zhì)就越高。JPEG格式主要壓縮高頻信息，同時(shí)較好的保留了色彩的信息，它可以支持24bit真彩色，主要適用于互聯(lián)網(wǎng)和連續(xù)色調(diào)的圖像。JPEG的解碼是一個(gè)很復(fù)雜的過程，該設(shè)計(jì)中用到了FATFS的作者提供的一個(gè)的JPG/JPEG解碼庫：TjpgDec，只需3.5KB的FLASH和3KB的RAM即可實(shí)現(xiàn)JPG/JPEG解碼。JPEG/JPEG圖像文件解碼過程如下：首先從文件頭開始讀出文件的相關(guān)信息；接著從圖像數(shù)據(jù)流中讀取一個(gè)編碼單元（MCU） ，并提取里邊的各個(gè)顏色分量；將顏色分量從數(shù)據(jù)流恢復(fù)成矩陣數(shù)據(jù)；接下來對8×8 的數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)一步解碼；最后顏色系統(tǒng)YCrCb 向RGB 轉(zhuǎn)換，排列整合各個(gè)MCU 的解碼數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

本論文設(shè)計(jì)了一款基于STM32單片機(jī)的電子相冊，該設(shè)計(jì)的主控芯片具有256KB閃存和48KB RAM，時(shí)鐘頻率可達(dá)72MHz，并且集成了豐富的片內(nèi)外設(shè)，功耗低，價(jià)格便宜。TFT液晶觸摸屏具有亮度好、對比度高、層次感強(qiáng)、顏色鮮艷等特點(diǎn)。該系統(tǒng)的硬件電路很簡單，主要通過軟件來實(shí)現(xiàn)具體的功能，最終設(shè)計(jì)了一款具有價(jià)格便宜，功能齊全，顯示效果良好，模塊化結(jié)構(gòu)的電子相冊。

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篇(6)

【 關(guān)鍵詞 】 衛(wèi)星廣播；防插播；AES編解碼 【 中圖分類號 】 TN93

Technology Discussion on Satellite Broadcast Preventing from Insertion

Lu Lin 1 Zou Nan-jing 2 Jiang Hao 1

（1.No.36 Research Institute of CETC ZhejiangJiaxing 314033；

2.Zhejiang Radio and Television Group ZhejiangHangzhou 310005）

【 Abstract 】 The article bases on present situation and development trend of satellite broadcast preventing from insertion， has carried on the thorough discussion to the satellite broadcast transmission guard measure.To ensure reliable run of satellite broadcast and television system，construct and consummate safe broadcast system have the important reference significance.

【 Keywords 】 satellite broadcast； preventing from insertion； AEC code

1 引言

廣播電視作為，是最為重要的宣傳陣地，也是老百姓喜聞樂見的傳播工具，受眾面十分廣泛，因此廣播電視的插播亦將演變成突發(fā)的公共安全事件，廣播電視安全播出已經(jīng)成為廣電系統(tǒng)的生命，根據(jù)中央政令各播出機(jī)構(gòu)必須按照在任何時(shí)間、任何情況都不出現(xiàn)非法畫面的要求做好安全播出工作。

目前，中央和省級廣播節(jié)目大部分通過衛(wèi)星鏈路，采用與電視節(jié)目復(fù)用上行的方式為調(diào)頻覆蓋點(diǎn)提供節(jié)目信號。研發(fā)基于衛(wèi)星傳輸?shù)膹V播節(jié)目防插播安全防范系統(tǒng)，對增強(qiáng)技術(shù)防范，切實(shí)提高安全播出保障能力具有十分重要的意義。

2 研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

針對惡意干擾，我國專家已提出了一些衛(wèi)星抗干擾措施，主要有幾種方法。

1）信號壓制法。即增加正常廣播節(jié)目信號的上行功率，使得信號強(qiáng)度明顯大于干擾，以壓制干擾信號。

2）空間隔離法。即上行固定賦形波束接收。衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器接收天線的固定賦形波束僅覆蓋各地合法的特定地區(qū)，不包含最有可能產(chǎn)生干擾的地區(qū)，以達(dá)到抗干擾目的。

3）頻率隔離法。即改變上行信號頻率。當(dāng)衛(wèi)星上轉(zhuǎn)發(fā)器接收機(jī)接收到干擾信號時(shí)，轉(zhuǎn)發(fā)器接收機(jī)依據(jù)控制信號及時(shí)改變接收頻率以拒收干擾信號，并同時(shí)對應(yīng)改變給定地面上行站發(fā)射頻率，以使轉(zhuǎn)發(fā)器接收機(jī)能繼續(xù)接收并轉(zhuǎn)發(fā)合法上行信號。

這些干擾措施，能夠在一定程度上對特定區(qū)域的衛(wèi)星干擾進(jìn)行隔離，但無法從根本上防范惡意干擾和非法插播。

3 衛(wèi)星廣播防插播可行性分析

目前全國絕大多數(shù)廣播電臺采用MPEG1-LAYER2音頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)。主要依據(jù)屏蔽模式通用子帶編碼復(fù)用和自適應(yīng)譜感知熵編碼算法。傳輸信號帶寬為20Hz-20KHz。衛(wèi)星上下行傳輸鏈路分別如圖1和圖2所示。

在衛(wèi)星地球站上行端增加信號處理設(shè)備，實(shí)時(shí)對節(jié)目源進(jìn)行增加認(rèn)證標(biāo)識處理，衛(wèi)星地面接收下行端，增加特征信號檢測裝置，對數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)送出的信號進(jìn)行節(jié)目源合法性認(rèn)證檢測，只有通過認(rèn)證的信號才能進(jìn)行處理并經(jīng)過FM發(fā)射機(jī)發(fā)射輸出。從而對衛(wèi)星上行干擾進(jìn)行有效隔離。

4 衛(wèi)星廣播防插播具體實(shí)現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)方案

分析衛(wèi)星傳輸鏈路，將信號處理設(shè)備置于MPEG2信源編碼與復(fù)用器前端，AES節(jié)目源信號首先經(jīng)過信號處理設(shè)備接收解碼，插入標(biāo)識認(rèn)證信號后重新編碼輸出至MPEG2復(fù)用器，然后送往衛(wèi)星發(fā)射機(jī)發(fā)射輸出。在衛(wèi)星下行鏈路，特征信號檢測裝置首先對送入的AES信號進(jìn)行特征解析，只有經(jīng)過標(biāo)識認(rèn)證的信號才能輸出給下游設(shè)備，對于未經(jīng)認(rèn)證的非法信號，自動切斷輸出并發(fā)出報(bào)警信號。

4.2 AES編解碼

AES是廣播級數(shù)字音頻傳輸標(biāo)準(zhǔn)，也是地球站進(jìn)行模擬音頻數(shù)字化編碼、傳輸?shù)睦碚撘罁?jù)，它通過一條傳輸線進(jìn)行數(shù)字音頻數(shù)據(jù)串行傳輸，提供兩個(gè)通道的音頻數(shù)據(jù)，在發(fā)送和接收端需要對其進(jìn)行耦合變換，以獲得較好的共模抑制且避免信號的大地回路，具備通訊控制、狀態(tài)信息和較好的檢錯能力。AES的接收與編解碼的成功與否是整個(gè)系統(tǒng)是否構(gòu)建成功的重要保證。

AES的編解碼由芯片CS8420結(jié)合可編程邏輯器件EP2C50F484實(shí)現(xiàn)。AES信號經(jīng)CS8420接收，并解碼為采樣頻率與下游設(shè)備相同的串行碼流，EP2C50F484對其進(jìn)行緩沖，確定幀同步，判斷音頻數(shù)據(jù)、輔助數(shù)據(jù)和信息位，并將有效數(shù)據(jù)檢出同時(shí)與調(diào)制后的標(biāo)識認(rèn)證信號合并并重新打包送入CS8420編碼為AES信號送入MPEG2復(fù)用器。

AES/EBU幀和子幀的結(jié)構(gòu)如圖3所示，其中X、Y和Z都是子幀頭的表示符號，相當(dāng)于同步信息。每幀的第一個(gè)子幀的頭用X表示，第二個(gè)用Y表示，但是第0幀的第一個(gè)子幀頭要用Z表示，以表示一個(gè)塊的開始。

4.3 對源信號的標(biāo)識認(rèn)證

在衛(wèi)星地球站上行端的廣播節(jié)目源信號中實(shí)時(shí)加入標(biāo)識認(rèn)證信號，選取頻率為16kHz以上的至少一個(gè)頻率值作為特征頻率，將標(biāo)識認(rèn)證信號調(diào)制到特征頻段，來自衛(wèi)星地球站上行端的廣播節(jié)目源信號和調(diào)制后的標(biāo)識認(rèn)證信號經(jīng)過預(yù)處理和幅度控制后進(jìn)行疊加，由發(fā)射站上星廣播；

承載對源信號標(biāo)識認(rèn)證的信號處理設(shè)備由于位于MPEG2復(fù)用器前端，在MPEG2復(fù)用器中輸入的碼流不可避免的要經(jīng)過MPEG2有損壓縮、復(fù)用、調(diào)制、發(fā)射、接收等一系列過程，因此要想使處理后的音頻流能被正常識別及解析，加入的標(biāo)識認(rèn)證信號必須符合音頻信號的特征，這里選擇一段連續(xù)的基帶信號。

為了從連續(xù)的基帶信號中取出離散的數(shù)字信息，必須要在最佳抽樣時(shí)刻判決得到原始數(shù)據(jù)。同時(shí)為了保證源信號的傳輸質(zhì)量，采用鎖相環(huán)技術(shù)提取源信號的采樣時(shí)鐘和碼流BIT時(shí)鐘，以保證經(jīng)特殊處理后源信號采樣率和傳輸流同步。

4.4 對接收信號的認(rèn)證識別

在衛(wèi)星下行鏈路，對輸出的AES數(shù)字信號進(jìn)行解碼，并對解碼后的信號進(jìn)行實(shí)時(shí)解析，對節(jié)目流中的標(biāo)識認(rèn)證信號進(jìn)行捕獲、分析，以確定節(jié)目信號的合法性?？紤]到干擾情況的多樣性，解析算法必須具有一定抗干擾特性，通過設(shè)計(jì)合理的判決機(jī)制，在出現(xiàn)日凌、太陽黑子爆發(fā)等非惡意干擾引起的衛(wèi)星信號瞬時(shí)不穩(wěn)定時(shí)，能確保正常播出；在發(fā)生嚴(yán)重惡意干擾、非法插播時(shí)，迅速切斷節(jié)目流的傳輸，并發(fā)出相應(yīng)的提示或告警信息。

5 結(jié)束語

研究基于衛(wèi)星傳輸?shù)膹V播節(jié)目防插播技術(shù)有助于構(gòu)建和完善廣播安全播出保障體系，抵御惡意插播行為，杜絕廣播節(jié)目出現(xiàn)非法信號，同時(shí)可以有效減輕管理人員的工作壓力，減少監(jiān)控人力物力投入，具有顯著的政治和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 閔士權(quán). 衛(wèi)星廣播電視抗干擾技術(shù)與應(yīng)用.中國電子商情：通信市場，2007.3.

[2] 盧琳. 衛(wèi)星廣播節(jié)目防插播系統(tǒng)研究[碩士學(xué)位論文].東南大學(xué)，2012.

基金項(xiàng)目：

為2012年度浙江省科技廳重大科技專項(xiàng)（優(yōu)先主題）社會發(fā)展項(xiàng)目――基于衛(wèi)星傳輸?shù)膹V播節(jié)目防插播系統(tǒng)。

作者簡介：

盧琳（1979- ），女，漢族，通信指揮學(xué)院，本科，東南大學(xué)工程碩士學(xué)位，中國電子科技集團(tuán)第36研究所，工程師；研究方向：視音頻傳輸編解碼及信息安全領(lǐng)域。

篇(7)

關(guān)鍵詞：公路隧道，避雷，接地裝置

 

該隧道位于江山市峽口鎮(zhèn)與廿八都鎮(zhèn)之間的群山峻嶺之中,在達(dá)塢隧道出口的群山腳下為收費(fèi)所、達(dá)塢隧道所辦公大樓,兩者和隧道之間有近百條電力電纜、控制電纜、通信電纜及視頻信號電(光)纜相連接,收費(fèi)站廣場邊有一排高度為20m的高桿金屬照明燈，離其幾十米處的互通有4桿25米高桿金屬照明燈，隧道與隧道之間都有25米的高桿金屬照明燈及室外可變情報(bào)板。隧道所辦公樓倚山而建,其下方是地勢低的多的廿八都古鎮(zhèn),土質(zhì)為砂質(zhì)土壤,土壤電阻率約為400Ω.m,土壤電阻率較高。但在雨季時(shí),由于地下水豐富,其地理地貌十分有利于雷暴的生成發(fā)展。免費(fèi)論文。根據(jù)江山市中心氣象臺提供的資料,該地區(qū)平均雷暴日為57天,經(jīng)計(jì)算,該建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)為0.31次/天,屬于雷電活動頻繁、雷擊事故高發(fā)地區(qū)。免費(fèi)論文。該建筑物為二類防雷建筑物。近年來,頻繁的雷擊已對隧道的監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及室外情報(bào)板等造成了一定的危害,因此隧道及建筑物的防雷工作刻不容緩。

一、雷擊的特性

雷電破壞作用與峰值電流及其波形有最密切的關(guān)系,雷電波頻譜是研究避雷的重要依據(jù)。從雷電波頻譜結(jié)構(gòu)可以獲悉雷電波電壓、電流的能量在各頻段的分布,根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以估算通信系統(tǒng)頻帶范圍內(nèi)雷電沖擊的幅度和能量大小,進(jìn)而確定避雷措施;即使在電力系統(tǒng)中,了解雷電波頻譜分析,也有助于采取相應(yīng)的避雷措施。典型的雷電流為近似的雙指數(shù)函數(shù)曲線,可用下式表示:

i= I0 (e-α-e-β)

式中: I0――雷電流峰值(從數(shù)kA到數(shù)百kA);

α――波前衰減系數(shù);

β――波尾衰減系數(shù);

i――雷電流瞬時(shí)值。

雷電流曲線峰值的左邊部分稱為波前,從峰值至電流下降到峰值的一半的E點(diǎn)這部分稱為波尾。雷電流波形的波前很陡,通常只有零點(diǎn)幾微秒到十幾微秒,并包含豐富的諧波電流。通過計(jì)算(過程從略),可求得雷電波的能量比率積累的頻率分布。雷電波能量比率積累的頻率分布:低頻部分增值快,頻率越高,增值越慢,說明雷電的能量大多分布在低頻部分。從典型雷電波計(jì)算得到的數(shù)據(jù)可知,90%以上雷電能量分布在20 kHz以下。免費(fèi)論文。即在防雷工程中,只要防止20kHz以下頻率的雷電波侵入,就能把雷電波的能量削減掉90%以上。

二、隧道電氣設(shè)備防雷工程設(shè)計(jì)

該隧道監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備屢遭雷擊損壞,從損壞的電氣設(shè)備分析,都是弱電部分的接口電路或電源電路(如:攝像機(jī)解碼板、電源板及攝像頭等)損壞,而且無嚴(yán)重?zé)辜皺C(jī)械性破壞,推斷應(yīng)是受到感應(yīng)雷即雷電電磁脈沖的沖擊影響所致。根據(jù)我國《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范GB50057-94》,參照國際電工委員會IEC1024防雷與接地的有關(guān)規(guī)定采取屏蔽、泄放、消峰、分流、均壓等電位聯(lián)接的原理進(jìn)行防雷工程的綜合設(shè)計(jì)和改進(jìn)。

（一）接地系統(tǒng)及措施

接地是防雷的基礎(chǔ),接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工直接影響防雷的效果。只有良好的接地才能為入侵的雷電流提供暢順的入地泄放通道,同時(shí)才能使屏蔽效果得到保障。該隧道建在花崗巖石之中,洞內(nèi)無法利用基礎(chǔ)鋼筋作接地體,只能在電纜溝底部建造接地裝置。為了減小接地電阻,可采用復(fù)合接地體,即水平接地體和垂直接地體相結(jié)合的方式,并在接地極周圍填充長效降阻劑。垂直接地體的優(yōu)點(diǎn)是在雷雨季節(jié)能積聚一定的山水,有利于改良接地極周圍的土壤電阻率,降低接地電阻。而水平接地體能擴(kuò)大地網(wǎng)的接地面積,使隧道成為一個(gè)大的均壓體,減少閃擊放電的機(jī)會,提高泄放雷電流的能力。

（二）屏蔽

隧道內(nèi)的電氣設(shè)備,外部電磁干擾主要有三種:雷電的電磁脈沖;電力系統(tǒng)中各種操作過電壓;靜電放電。由于雷電波主要是通過電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng),在隧道內(nèi)的電源線和信號線上產(chǎn)生過電壓波,并沿電纜向兩端傳播沖擊,使得隧道及監(jiān)控室內(nèi)的監(jiān)控設(shè)備被擊壞,而雷電從隧道口繞擊進(jìn)洞內(nèi)的可能性很小。因此屏蔽只側(cè)重于隧道外及洞口附近的各種電纜,將電源線和信號線分別敷設(shè)于鍍鋅線槽內(nèi),線槽每隔一定距離,按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行接地,從而使雷電作為干擾源的影響大大減小。

（三）均壓、等電位聯(lián)接

在隧道的電纜溝內(nèi)及監(jiān)控室內(nèi)建立等電位連接帶,將設(shè)備外殼及金屬架構(gòu)物進(jìn)行可靠的搭接,就近接地,使整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)處于準(zhǔn)等電位水平,在隧道內(nèi)形成一個(gè)均壓帶,避免被保護(hù)設(shè)備之間在雷擊瞬間形成電位差而產(chǎn)生二次閃擊、閃絡(luò)現(xiàn)象而遭損壞。

（四）專用避雷器

在采取以上措施的同時(shí),為防止感應(yīng)雷電對一些重要的電氣設(shè)備的沖擊,須在其電源或信號輸入端加裝專用避雷器。避雷器的性能必須滿足以下幾點(diǎn)要求:

(1)避雷器不會對線路的正常運(yùn)行造成影響;

(2)要有較好的箝位效果,沖擊殘壓盡量小,并在設(shè)備的耐壓范圍內(nèi);

(3)要有足夠的雷電通流容量,雷電發(fā)生時(shí)自身不會損壞,并能反復(fù)使用;

(4)能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境;

(5)漏電流要小。響應(yīng)時(shí)間要盡可能短,一般要求達(dá)ns級。

根據(jù)理論分析及實(shí)際經(jīng)驗(yàn),在下列易受感應(yīng)雷影響的電氣設(shè)備前加裝相應(yīng)的專用避雷器:

(1)在低壓母線、監(jiān)控系統(tǒng)電源輸出端加裝三相或單相電源避雷器,以防止感應(yīng)雷電通過電源線損壞監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備;

(2)在隧道內(nèi)攝像機(jī)部分解碼器輸入輸出端加裝控制信號避雷器,以防止雷電通過控制信號線損壞攝像機(jī)解碼器;

(3)在攝像機(jī)視頻信號輸入輸出端加裝同軸電纜避雷器;

(4)在通信機(jī)房配線架裝設(shè)交換機(jī)配線避雷器;

(5)洞外廣場攝像機(jī)安裝云臺、鏡頭控制線避雷器。

通過以上的技術(shù)處理,可有效防止雷電對隧道內(nèi)電氣設(shè)備的影響,最大限度地將雷擊災(zāi)害減至最小。

三、結(jié)語

隨著國民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,公路隧道機(jī)電設(shè)備的自動化程度越來越高,計(jì)算機(jī)用于自動控制及營運(yùn)管理也越來越普遍。隧道內(nèi)機(jī)電系統(tǒng)包括:照明、通風(fēng)、火災(zāi)報(bào)警、閉路電視監(jiān)控、通信、交通監(jiān)測控制及供配電系統(tǒng)等都不可避免地會受到雷電災(zāi)害的影響,如何將雷電災(zāi)害的影響降至最低,是隧道機(jī)電系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、施工及管理中一項(xiàng)非常重要的工作,必須予以充分重視。

參考文獻(xiàn)：

1 公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范JTJ026-90

2 建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范GB50057-94

3 蘇邦禮等.雷電與避雷工程.廣州:廣州中山大學(xué)出版社,1996.11