基于紅外通信的無線傳感節(jié)點(diǎn)在漏纜檢測中的應(yīng)用

陳清明

摘 要：漏纜檢測是通信行業(yè)中一項(xiàng)重要的檢測技術(shù)，隨著科技的不斷進(jìn)步，檢測技術(shù)越來越先進(jìn)，而且準(zhǔn)確性越來越高，本文對基于紅外通信的無線傳感節(jié)點(diǎn)技術(shù)在漏纜檢測中的應(yīng)用情況進(jìn)行了介紹。應(yīng)用這項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)，可以解決漏纜檢測中存在的干擾問題，而且降低了應(yīng)用的成本，提高了檢測數(shù)據(jù)的可靠性，將其應(yīng)用在通信網(wǎng)絡(luò)的檢測系統(tǒng)中，有效提高了磁區(qū)的性能，可以在漏泄電纜自動檢測系統(tǒng)中大力推廣。

關(guān)鍵詞：紅外通信；無線傳感；漏纜檢測；應(yīng)用

漏纜檢測是對漏泄的電纜在傳輸過程中產(chǎn)生的電磁波進(jìn)行檢測，由于漏纜輻射具有不確定性，為了保證通信系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)行，相關(guān)工作人員需要建立漏泄電纜耦合損耗自動檢測系統(tǒng)。傳統(tǒng)的檢測設(shè)備操作比較復(fù)雜，而且應(yīng)用的成本較高，本文介紹的基于紅外通信的無線傳感節(jié)點(diǎn)技術(shù)，可以改善傳統(tǒng)技術(shù)存在的問題，是一種超低功耗的無線傳感節(jié)點(diǎn)，具有保證穩(wěn)定性、降低成本等優(yōu)點(diǎn)，下面筆者對基于紅外通信的無線傳感節(jié)點(diǎn)在漏纜檢測中的應(yīng)用情況進(jìn)行簡單介紹。

1 漏泄電纜檢測系統(tǒng)

漏泄電纜是指發(fā)生耦合損耗的通信電纜，這種損耗也是漏泄電纜與外界緩解發(fā)生耦合的強(qiáng)度參數(shù)。在通信系統(tǒng)中，電纜的長度一般是檢測頻率下波長的十倍，而且工作人員需要保證電纜有足夠的長度，按照分辨率的標(biāo)準(zhǔn)對耦合損耗進(jìn)行多次測量，這項(xiàng)檢測工作無法靠人工單獨(dú)完成，必須借助精確的計(jì)算機(jī)技術(shù)以及自動測量系統(tǒng)。檢測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，結(jié)合檢測軟件，可以將控制中心發(fā)送的命令傳送到紅外網(wǎng)絡(luò)中，然后將命令進(jìn)行分解，分別傳送給主控器與EMI測試儀，主控器會將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送給車載ΜC，再利用紅外通信網(wǎng)絡(luò)傳回控制中心。

圖1 檢測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

為了保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，通信鏈路比較具有較高的反復(fù)利用率，還要保證鋪設(shè)的方便性，傳輸?shù)乃俣炔荒艿陀?15200bit/s，通信誤碼率不能大于2%。另外，泄露電纜輻射電磁信號不能產(chǎn)生干擾。

2 紅外無線傳感通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

2.1 紅外通信原理

紅外通信是利用紅外光進(jìn)行通信的一種空間通信方式。將所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)編碼后，通過控制紅外發(fā)光管閃爍完成電/光轉(zhuǎn)換，再利用紅外光接收器接收紅外光，輸出電信號，完成光/電轉(zhuǎn)換。為了提高數(shù)據(jù)的可靠性，通常對傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，采用IrDA協(xié)議大大降低了誤碼率。IrDRl.1協(xié)議器件物理層框圖如圖2所示。

IrDA1.1標(biāo)準(zhǔn)，即高速紅外，簡稱為FIR。與慢速紅速SIR相比，由十FIR不再依托UART，其最高通訊速率可達(dá)到4Mbit/s，在物理層之上的IrLAΜ（Link Access Μrotocol）層要求所有的紅外連接以9.6kbit/s的速率（3/16調(diào)制）建立起始連接，這樣也保證了4Mbit/s的設(shè)備可以與僅支持9.6kbit/s的低速設(shè)備相通信，即保證向后可兼容。

2.2 紅外通信節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)

首先，漏泄電纜檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信要求最大速率為115 200bit/s，且通信節(jié)點(diǎn)具備低功耗功能，待機(jī)電流小于1μA且支持紅外通信，鑒十此節(jié)點(diǎn)處理器選擇Cypress公司生產(chǎn)的PSoC4200系列單片機(jī)CY8 C4245 AXI。片上可編程系統(tǒng)內(nèi)置放大器、濾波器等模擬資源，且有12 bit AD轉(zhuǎn)換器、SPI， RS232等數(shù)字資源，大大提高了開發(fā)進(jìn)度并且降低成本。44腳芯片提供兩個(gè)RS232接口，同時(shí)一支持IrDA協(xié)議。在本設(shè)計(jì)中，一個(gè)用來作為紅外通信口，一個(gè)作為485聯(lián)網(wǎng)通信口。超低功耗待機(jī)電流50nA，且快速喚醒時(shí)一間小于5μs。其次，紅外收發(fā)器件采用Vishay生產(chǎn)的低功耗FIR器件TFDU6103，最高傳輸速率達(dá)到4Mbit/s。內(nèi)置紅外調(diào)制與解調(diào)電路，相比較而言傳統(tǒng)的光電對管需要相應(yīng)的調(diào)制解調(diào)電路，并且不能支持高速率的連續(xù)數(shù)據(jù)發(fā)送，在本設(shè)計(jì)中采用一體式的紅外通信模塊，與PSoC4串口連接，提供土作使能端口。

3 檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 紅外通信網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計(jì)

采用紅外通信的無線傳感技術(shù)，需要降低通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行的功耗，而且在通信區(qū)外的紅外節(jié)點(diǎn)應(yīng)保證處于睡眠狀態(tài)，在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)迅速進(jìn)入清醒狀態(tài)。在紅外通信網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)可分為控制命令與測試數(shù)據(jù)兩種，控制命令主要是通過遠(yuǎn)程控制中心發(fā)出的，利用紅外網(wǎng)絡(luò)對命令進(jìn)行分解，然后再傳回控制中心。紅外節(jié)點(diǎn)工作流程可分為車載紅外節(jié)點(diǎn)與陸地紅外節(jié)點(diǎn)兩種，上傳數(shù)據(jù)測試得到的數(shù)據(jù)格式見表1。

表1 紅外上傳數(shù)據(jù)表

3.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程控制中心是基十LabVIEW的人機(jī)界面，通過紅外網(wǎng)絡(luò)與測試端連接。運(yùn)界面主要分為任務(wù)管理區(qū)、參數(shù)配置區(qū)、圖形繪制區(qū)、土程車控制區(qū)及狀態(tài)顯示區(qū)。軟件接收測試數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)一繪制功率譜及顯示土作狀態(tài)。測試任務(wù)結(jié)束后保存數(shù)據(jù)并可生成通用報(bào)表文件。

4 基于紅外通信的無線傳感節(jié)點(diǎn)在漏纜檢測中應(yīng)用的優(yōu)勢

4.1 紅外通信測試

在本次測試中，選擇了兩個(gè)紅外節(jié)點(diǎn)，在漏泄電纜測試環(huán)境中，對誤碼率數(shù)據(jù)進(jìn)行了記錄，基于紅外節(jié)點(diǎn)的檢測技術(shù)得到的數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定性較高，測距誤差較小，而且滿足了系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸安全的要求，所以，漏纜檢測系統(tǒng)中可以采用基于紅外通信的無線傳感節(jié)點(diǎn)。

4.2 漏纜自動檢測上位機(jī)通信測試

通過上位機(jī)接收EMI測試的數(shù)據(jù)表明，紅外節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)在通信系統(tǒng)中，可以準(zhǔn)確、可靠的完成漏泄電纜檢測任務(wù)，這種通信節(jié)點(diǎn)不但所占體積比較小，而且紐扣電池的供電性比較好，還具有較高的穩(wěn)定性，與傳統(tǒng)的通信技術(shù)相比，產(chǎn)生的干擾大大降低了，而且網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)也較為簡單，可以反復(fù)利用設(shè)備，降低了功耗與能耗，具有節(jié)能的效果。

結(jié)束語

通過實(shí)驗(yàn)與對比可以看出，基于紅外通信的無線傳感節(jié)點(diǎn)在漏纜檢測中發(fā)揮著重要的作用，其可以避免電磁信號檢測產(chǎn)生的干擾，有效保證了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。傳統(tǒng)檢測系統(tǒng)鋪設(shè)較為復(fù)雜，而且應(yīng)用的成本比較高，采用基于紅外節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，利用遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，有效提高了設(shè)備的利用率，而且降低了應(yīng)用的成本。通過大量實(shí)驗(yàn)可以證明，紅外通信網(wǎng)絡(luò)具有較高的安全性，而且實(shí)現(xiàn)了低功耗運(yùn)行，在漏泄電纜檢測中有著良好的應(yīng)用前景，可以在通信領(lǐng)域大力推廣這項(xiàng)檢測技術(shù)。

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