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摘要:现今的电子通信技术属于一种尖端的且应用性极强的技术,一个国家的科技发展水平和进度关键看电子通信技术水平的高低。电子通信产业是信息产业不可或缺的一部分,电子通信技术的进步和发展直接带动先进的生产力和科技实力。电子通信技术涉及的领域和范围较广,特别突出在移动电话和卫星通信两个方面,本文也将重点通过这两个方面来分析电子通信系统关键技术的问题。
关键词:电子通信系统移动卫星通信关键技术
随着电子通信技术的发展,它同时在很大程度上改变着人们的生活和方式。人们也能很好地运用电子通信技术突破时间和空间的局限来学习和工作。电子通信技术不仅改变着人们,它还在改变着社会和国家,使得国家不断发展,特别表现在卫星通信技术上。当然我国的电子通信技术还存在一些关键技术的问题,有待人们改善和加强。
电子通信技术属于现代通信技术中的一大部分。电子通信技术还是信息社会的主要支柱,是现代高新技术的重要组成部分,甚至是国家国民经济的神经系统和命脉。在现代化信息社会,电子通信技术无处不在,它涉及的范围也很广,包括移动电信、广播电视、雷达、声纳、导航、遥控与遥测以及遥感等领域,还有军事和国民经济各部门的各种信息系统都要运用到电子通信技术。
电子通信系统中最具代表性也最常见的就是移动通信和卫星通信。其中移动通信就包括了卫星通信,此外还有蜂窝系统、集群系统、分组无线网、无绳电话系统、无线电传呼系统等多个领域。
近几年来,电子通信技术应用十分广泛,就其最具代表性的移动通信和卫星通信来看,就存在很多关键性的技术问题,有待加强和改善。移动通信技术在电子通信技术中发展范围最大最迅速,传统的蜂窝通信因为可用无线频谱资源的增加和无线信号的衰弱而变得越来越受局限。不断缩小的小区半径代表着基站的密度也在不断增加。除此之外,频繁的越区切换导致空中资源的浪费和频谱效率降低,这也使得网络建设的成本也是越来越高。从以上各种因素可以看出,要想获得更高的频谱效率和更大更充足的系统容量,就应该突破传统蜂窝体制,应用新的移动通信技术。
在移动通信系统中采用分布式天线是很有效也很成功的一种方式,每个小区内都有很多个无线信号处理单元,这些单元距离都比载波波长要远得多,并且它们都能进行功放变频和信号预处理。要在核心处理单元实现信号处理的功能,首先就要完成信号的收发功能和一些简单的信号预处理,然后就要与核心处理单元连接,通过光纤和同轴电缆或微波无线信道来实现。有两种方式可以实现分布式移动通信,第一种就是在所有的无线信号处理单元上所有相同的下行链路信号同时发射,然后小区内的无线信号处理单元接收到上行链路信号之后直接传送到中心处理单元。这种方案优点是简单,缺点则是会不断干扰系统,阻碍了系统容量的扩大。第二种方式则是在整个业务区域内完成无线覆盖的分布式天线结构,通过用大量的无线信号处理单元来实现,从而突破传统蜂窝小区的理念。这种方式也可称之为“受控天线子系统”,即“仅与移动台相近的信号处理单元负责与移动台进行通信”的方式。第二种较之第一种更理想,但同时它也更复杂。
分布式移动通信较传统的移动通信技术有几点优势,第一是小区间干扰低、SIR高且系统容量大,第二是它内部的分集能力不仅能用来抵抗阴影效应,还能够保证不衰落和扩大系统的容量。第三是它能全面提高其自身切换性能和接受信号的功率,还能降低其切换次数。第四是它对其他通信系统的干扰小并且在相同发射功率下覆盖的区域更大,反之其发射功率更低。第五是它不仅能更方便快捷地实现任意形状的无线业务服务区,还能核心处理单元集中处理信号。更能有效利用无线资源。
子通信系统分为5层:应用层、驱动层、传输层、数据链路层和物理层。这5层之间功能划分应明确,接口应简单,从而为硬软件的设计实现奠定良好的基础:应用层是通信系统的最高层次,它实现通信系统管理功能(如初始化、维护、重构等)和解释功能(如描述数据交换的含义、有效性、范围、格式等)。驱动层是应用层与底层的软件接口。为实现应用层的管理功能,驱动层应能控制子系统内多路传输总线接口(简称MBI)的初始化、启动、停止、连接、断开、启动其自测试,监控其工作状态,控制其和子系统主机的数据交换。传输层控制多路传输总线上的数据传输,传输层的任务包括信息处理、通道切换、同步管理等。数据链路层按照MIL—STD一1553B规定。控制总线上各条消息的传输序列。物理层按照MIL—STD一1553B规定,处理1553B总线物理介质上的位流传输。应用层、驱动层在各个子系统主机上实现,传输层、数据链路层、物理层在MBI上实现。
卫星通信在电子通信技术中最为先进,它也有很大的优势,包括通信距离远并且容量大,通信线路质量稳定可靠以及机动性能优越和灵活地组网等这些都是别的技术没有的特点。但随着不断快速发展的全球信息化产业,人们对信息的需求也越来越复杂多样,电子通信技术已进入高速、多媒体、业务多样化和可移动的个性化时代。
目前的卫星通信的一些关键技术也存在一些问题,它包括高速数据的业务需求。以及卫星通信应用宽带IP的难点。现代卫星通信技术采用一些关键技术来解决问题,一个就是数据压缩技术,它能让静态和动态的数据压缩都能有效提高通信系统在时间、频带、能量上的工作效率;第二个就是智能卫星天线系统;第三个就是宽带IP卫星通信技术的研究;第四个就是新型高效的数字调制及信道编码技术;第五个就是多址连接技术的改进和发展;第六个就是卫星激光通信技术。
未来的卫星通信数据率会通过激光通信来实现,激光的优势会在互联卫星网中得到充分发挥,因为在那里经常会应用到激光通信技术,它在外层空间进行,所以不会受到大气层的影响。还可以利用“星际激光链路”技术来缩短全球卫星通信中的“双跳”法的信号时长。有专家提出“在卫星激光通信在比微波通信数据速率高一个数量级的理想情况下,天线孔径尺寸会比微波通信卫星减小一个数量级”的观点。那么如果在空间无线电通信中以激光作为载体来进行工作和运行未来的卫星之间进行激光通信是很有前途的。
总而言之,电子通信系统在这个信息化时代无处不在。在电子通信系统中范围最广最常见的就是移动通信技术和卫星通信技术,移动通信技术体现在日常的电视广播网络等各种电子传输工具上,而卫星通信系统则运用在比较大型的工程上。电子通信系统的发达和完善与否直接决定了一个国家和社会的强弱,所以对其关键技术问题的分析和研究是很有必要的,掌握了其关键技术就能很好地运用和完善它。
[1]刘旭东,卫星通信技术[M].北京:国防工业出版社,2000
[2]杨运年,VSAT卫星通信网[M].北京:人民邮电出版社,1997
[3]蔡坚,刘娟;基于标准总线的飞行数据采集器的设计[J];航空计算技术;2002
[4]康涌泉,史忠科,朱红育;基于DSP的ARINC429总线通信系统设计[J];航空计测技术;2004
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HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)高速下行分组接入,是一种移动通信协议,亦称为3.5G(3½G)。该协议在WCDMA下行链路中提供分组数据业务,在一个5MHz载波上的传输速率可达8-10 Mbit/s(如采用MIMO技术,则可达20 Mbit/s)。在具体实现中,采用了自适应调制和编码(AMC)、多输入多输出(MIMO)、混合自动重传请求(HARQ)、快速调度、快速小区选择等技术。以下是今天读文网小编为大家精心准备的:HSDPA中的关键技术及特性分析相关论文。内容仅供参考阅读!
HSDPA中的关键技术及特性分析全文如下:
目前,移动通信领域中存在各种无线接入技术与标准,3GPP协议的R99版本和R4版本可以提供最高2Mbps的数据传输速率,3GPP2协议的EV-DO版本则可以提供最大2.4Mbps的数据传输速率,WiMAX(802.16e)技术则将提高数据传输速率到30Mbps。因此为了使WCDMA可以与其他技术相抗衡,WCDMA引入了HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)技术,使之可以支持高达14.4Mbps的下行峰值速率。HSDPA 可以作为WCDMA网络建设后期提高下行容量和数据业务速率的一种重要技术。本文主要讨论HSDPA技术特征与性能,同时与WiMAX无线接入技术进行了一定的比较,从而期望获得对HSDPA更清晰的认识。
3GPP中对于HSDPA协议规范的描述主要在25.855、25.950和25.308中,下图给出了HSDPA无线接口协议结构。从图中可以看出,NodeB中新增加了MAC层的功能,增加了MAC-hs功能模块,MAC-hs主要完成HARQ功能、调度和优先级处理。RNC继续保留原有的R99/R4的功能,包括RLC层的重传控制,而HARQ的重传机制在物理层和MAC层中实现。
众所周知,WCDMA中采用了可变SF技术和功率控制技术来克服CDMA的远近效应,但是HSDPA没有采用R99版本中的链路自适应技术,而采用了自适应调节速度更快的自适应编码调制技术(AMC, adaptive modulation and coding)、混合自动重传(HARQ, hybrid ARQ)和快速资源调度算法,这主要是为了达到高速下行分组数据速率和减少时延的目的。
AMC是根据无线信道变化选择合适的调制和编码方式,网络侧根据用户瞬时信道质量状况和目前无线资源,选择最合适的下行链路调制和编码方式,使用户达到尽量高的数据吞吐率。当用户处于有利的通信地点时(如靠近NodeB或存在视距链路),用户数据发送可以采用高阶调制和高速率的信道编码方式,例如:16QAM和3/4编码速率,从而得到高的峰值速率;而当用户处于不利的通信地点时(如位于小区边缘或者信道深衰落),网络侧则选取低阶调制方式和低速率的信道编码方案,例如:QPSK和1/4编码速率,来保证通信质量。
HARQ是HSDPA系统中采用的又一种新技术,它可以提高系统性能,并可灵活地调整有效编码速率,还可以补偿由于采用链路适配所带来的误码。HSDPA将AMC和HARQ技术结合起来可以达到更好的链路自适应效果。HSDPA先通过AMC提供粗略的数据速率选择方案,然后再使用HARQ技术来提供精确的速率调节,从而提高自适应调节的精度和提高资源利用率。HARQ机制本身的定义是将FEC和ARQ结合起来的一种差错控制方案,HARQ机制的形式很多,而HSDPA技术中主要是采用三种递增冗余的HARQ机制:TYPE-I HARQ,TYPE-II HARQ,TYPE-III HARQ。其中:
TYPE-I HARQ:主要采用了chase合并算法,这种算法是chase博士在1985年提出,发送方每次都发送整个完整的编码码字,接收端将每次收到的数据包与之前收到的所有数据包进行chase合并,组合成一个具有更强纠错能力的码字,从而达到递增冗余的目的。
TYPE-II HARQ:又称为完全递增冗余机制,这种机制在1988年被首次提出,系统信息经过编码后,将编码比特按照一定的周期穿孔,根据码率兼容原则分批发送给接收端,接收端每次都进行码组合,将之前接收的所有比特组合形成更低码率的码字,从而达到递增冗余的目的。
TYPE-III HARQ:又称为部分递增冗余机制,这种方案与TYPE-II的主要区别在于,发送端每次发送的码字都是可以独立译码的码字,重传包不但包含与之前帧不同的冗余比特,还包含所有的系统比特。接收机每次也同样进行码组合,由于重传包中含有增加的冗余比特,同时系统比特每次都进行了优化选择,从而达到了递增冗余的目的。
HSDPA中采用的重传协议为stop-and-wait(SAW)协议,这种机制简单可靠,同时降低了对于接收机的缓存空间的要求,但是信道利用效率较低,为了避免这种不利,HSDPA采用了N channel SAW协议,这种方案是发送端在信道上并行地运行N套不同的SAW协议,利用不同信道间的间隙来交错地传递数据和信令,从而提高了信道利用率。
调度算法控制着共享资源的分配,在很大程度上决定了整个系统的行为。调度时应主要基于信道条件,同时考虑等待发射的数据量与可分配资源的关系、UE的能力级和缓冲器状态以及业务优先级等情况,并充分发挥AMC和HARQ的能力。调度算法应向瞬间具有最好信道条件的用户发射数据,这样在每个瞬间都可以达到最高的用户数据速率和最大的数据吞吐量,但同时还要兼顾每个用户的等级和公平性。HSDPA技术为了能更好地适应信道的快速变化,将调度功能单元放在NodeB而不是RNC,同时也将TTI缩短到2ms(3个时隙),这使得在重传过程中对于终端和NodeB之间的往返时延能够更小。
使用HSDPA技术的小区数据吞吐量与小区内、小区间的干扰分布,信道的时间色散特性,系统中无线资源管理算法的准确性和合理性,终端的检测性能和多码支持程度等都有着直接、密切的关系。对于宏蜂窝的情况,时延扩展和其他小区干扰可能限制HSDPA小区容量到达其峰值,但是由于HARQ提高了谱效率、更强大的编码方案、高分辨率的多码传输等技术,还是可以明显的提高小区的吞吐量。对于微蜂窝的情况,由于链路自适应技术和高效编码调制可以更充分的利用有利的信道环境,用户峰值速率迅速提高,所以HSDPA的增益可以超过200%,大大提高了小区的数据吞吐量。HSDPA在不同调制和编码配置下的速率(不包含开销)如下表:
通过以上对HSDPA技术性能分析可以看出,HSDPA技术作为WCDMA的增强型无线技术将提高系统的频谱效率和码资源效率,是一种提升网络性能和容量的有效方式。为了使HSDPA可以尽可能多地承载各种类型的业务,保证各种业务类型的QoS,HSDPA的分组调度不再由RNC负责,而是改由NodeB来直接管理,这样可以使资源调度更接近空中接口,缓解Iub信令产生的延迟限制。更快的调度方式使得不需要通过DCH承载,就可以采用分组调度提供恒定比特速率的业务,所以HSDPA不仅能有效地支持Interactive,Background等非实时业务,同样可以用于支持某些实时业务,如Streaming业务等。
WCDMA从R5开始引入HSDPA,其目的是为了适应未来大量的移动数据业务而在无线接口增加下行链路的数据传输速率。引入HSDPA后,无线部分的总体结构虽与R99基本一致,但仍存在部分差异。在R99系统中引入HSDPA技术,在MAC层新增了MAC-hs实体,MAC-hs位于NodeB而不位于RNC,其作用主要是负责处理HARQ操作以及快速调度算法。HSDPA在R99的UTRAN增加了三个新的物理信道.
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多媒体数据库是数据库技术与多媒体技术结合的产物。多媒体数据库不是对现有的数据进行界面上的包装,而是从多媒体数据与信息本身的特性出发,考虑将其引入到数据库中之后而带来的有关问题。以下是读文网小编今天为大家精心准备的:论多媒体数据库的关键技术问题相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
论多媒体数据库的关键技术问题全文如下:
[摘 要]多媒体数据库技术是计算机技术的重要组成部分,它能够同时获取、处理、编辑、存储和展示文字、声音、影像、图形等不同媒体,同时它具有多样性、集成性和交互性等特点。只有解决好多媒体的关键性技术问题,才能得到广泛应用,促进它更快发展。
[关键词]多媒体数据库;数据模型;面向对象;分布式数据库
多媒体数据模型主要采用文件系统管理方式、扩充关系数据库的方式和面向对象数据库的方式。
1.1文件系统管理方式
多媒体资料是以文件的形式在计算机上存储的,所以用各种操作系统的文件管理功能就可以实现存储管理。Windows的文件管理器或资源管理器不仅能实现文件的存储管理,而且还能实现有些图文资料的修改,演播一些影像资料。为了方便用户浏览多媒体资料,出现很多的图形、图象浏览工具软件。有些在Windows95下的浏览软件还和资源管理器结合起来,如ACDSee工具软件不仅可浏览BMP、GIF、JPEG、PCX、Photo-CD、PNG、TGA、TIFF and WMF 格式的图像,而且还具备资源管理器的查询、删除、复制等功能。如多功能影像处理及管理软件ImagePals,是在Windows 上影像工具软件,ImagePals提供了电子相簿(Album)、影像编辑(Image Editor)和屏幕捕捉(Screen Capture)等功能,此外还具有视窗及CD浏览器等。电子相薄(Album)是一个很具特色的应用程序,能对文件进行迅速、可视性的管理。文件系统方式存储简单,当多媒体资料较少时,浏览查询还能接受,但演播的资料格式受到限制,最主要的是当多媒体资料的数量和种类相当多时,查询和演播就不方便了。
1.2扩充关系数据库的方式
数据库的出现是为了解决文件管理数据的不足,同样,为了解决管理多媒体数据,人们很容易地会想到使用数据库。传统的关系数据模型建立在严格的关系代数的基础上的,解决了数据管理的许多问题,目前基于关系模型的数据库管理系统仍然是主流技术。但是平坦化的数据类型不适于表达复杂的多媒体信息,文本、声音、图像这些非格式化的数据是关系模型无法处理的;简单化的关系也会破坏媒体实体的复杂联系,丰富的语义性超过了关系模型的表示能力。出于保护原有投资和市场的考虑,全球几家大的数据库公司都已将原有的关系数据库产品加以扩充,使之在一定程度上能支持多媒体的应用。用关系数据库存储多媒体资料的方法一般是:
1.2.1用专用字段存放全部多媒体文件;
1.2.2多媒体资料分段存放在不同字段中,播放时再重新构建;
1.2.3文件系统与数据库相结合,多媒体资料以文件系统存放,用关系数据库存放媒体类型、应用程序名、媒体属性、关键词等。
1.3面向对象数据库的方式
关系数据库在事物管理方面获得了巨大的成功,它主要是处理格式化的数据及文本信息。由于多媒体信息是非格式化的数据,多媒体数据具有对象复杂、存储分散和时空同步等特点,所以尽管关系数据库非常简单有效,但用其管理多媒体资料仍不太尽如人意。而面向对象数据库是指对象的集合、对象的行为、状态和联系是以面向数据模型来定义的。面向对象的概念是新一代数据库应用所需的强有力的数据模型的良好基础。面向对象的方法最适合于描述复杂对象,通过引入封装、继承、对象、类等概念,可以有效地描述各种对象及其内部结构和联系。
多媒体资料可以自然地用面向对象方法所描述,面向对象数据库的复杂对象管理能力正好对处理非格式多媒体数据有益;根据对象的标识符的导航存取能力有利于对相关信息的快速存取;封装和面向对象编程概念又为高效软件的开发提供了支持。面向对象数据库方法是将面向对象程序设计语言与数据库技术有机地结合起来,是开发的多媒体数据库系统的主要方向。
为高效管理多媒体数据,基于关系数据库的应用系统逐渐演变到多媒体数据库管理系统用面向对象的概念扩充关系数据库。用面向对象的高级语言扩展基本关系类型,使其支持复杂对象,并对关系模型提供的操作加以扩充,利用关系数据库的优势管理多媒体资料。
由于多媒体信息,如声音、图像目前国际上的压缩标准有:
JPEG(Joint Photographic Experts Group),是由国际标准化组织(ISO)和国际电报电话咨询委员会(CCITT)联合制定的。适合于连续色调、多级灰度、彩色或单色静止图像的国际标准。
MPEG(Moving Picture Experts Group),是ISO/IEC委员会的第11172号标准草案,包括MPEG视频、MPEG音频和MPEG系统三部分。MPEG要考虑到音频和视频的同步,联合压缩后产生一个电视质量的视频和音频、压缩形式的位速为1.5Mbps的单一流。
P×64,是CCITT的H.261号建议,P为可变参数,取值范围是1~30。该标准的目标是可视电话和电视会议,它可以覆盖整个ISDN(综合业务数字网)信道。当P=1或2时,只支持每秒帧数较少的视频电话,P>6时可支持电视会议。
P×64标准和MPEG标准的数据压缩技术有许多共同之处,但P×64标准是为适应各种通道容量的传输,而MPEG标准是用狭窄的频带实现高质量的图像画面和高保真的声音传送。
如何有效地按照多媒体数据的特性去存取多媒体数据呢?利用常规关系数据库管理系统来管理多媒体数据已经不能适应了,基于内容的多媒体信息检索研究应运而生。它支持其他多媒体信息技术,如超媒体技术、虚拟现实技术、多媒体通信网络技术等。多媒体内容的处理分为三大部分:内容获取、内容描述和内容操纵。也可将其看成是内容处理的三个步骤,即先对原始媒体进行处理,提取内容,然后用标准形式对它们进行描述,以支持各种内容的操纵。
内容获取(Populating) 通过对各种内容的分析和处理而获得媒体内容的过程。多媒体数据具有时空特性,内容的一个重要成分是空间和时间结构。内容的结构化(Structuring)就是分割(Segmenting)出图像对象、视频的时间结构、运动对象,以及这些对象之间的关系。特征抽取(Extraction)就是提取显著的区分特征和人的视觉(Visual)、听觉(Auditory)方面的感知特征来表示媒体和媒体对象的性质。
----内容描述(Description) 描述在以上过程中获取的内容。目前,MPEG-7专家组正在制定多媒体内容描述标准。该标准主要采用描述子(Descriptor) 和描述模式(Scheme) 来分别描述媒体的特性及其关系。
----内容操纵(Manipulating) 针对内容的用户操作和应用。有许多这方面的名词和术语。查询(Query)是面向用户的术语,多用于数据库操作。检索 (Retrieval) 是在索引(Index)支持下的快速信息获取方式。搜索(Search)常用于Internet的搜索引擎,含有搜寻的意思,又有在大规模信息库中搜寻信息的含义。
摘要(Summarization, Excerpt)对多媒体中的时基媒体(如视频和音频)是一种特殊的操作。我们熟知文献摘要的含义,在内容技术支持下,也可以对视频和音频媒体进行摘要,获得一目了然的全局视图和概要。同样,用户可以通过浏览(Browsing) 操作,线性或非线性地存取结构化的内容。另外,基于内容的技术不仅仅用在多媒体信息的检索和搜索方面,检索仅仅是信息存取的一个方面。过滤(Filtering)就是与检索相反的一种信息存取方式。用过滤技术可以实现个人化的信息服务。
分布式数据库系统是在集中式数据库系统的基础上发展起来的,是数据库技术与计算机网络技术的产物。分布式数据库系统是具有管理分布数据库功能的计算机系统。一个分布式数据库是由分布于计算机网络上的多个逻辑相关的数据库组成的集合,网络中的每个结(一般在系统中的每一台计算机称为结点node)具有独立处理的能力(称为本地自治),可执行局部应用,同时,每个结点通过网络通讯系统也能执行全局应用。所谓局部应用即仅对本结点的数据库执行某些应用。所谓全局应用(或分布应用)是指对两个以上结点的数据库执行某些应用。支持全局应用的系统才能称为分布式数据库系统。对用户来说,一个分布式数据库系统逻辑上看如同集中式数据库系统一样,用户可在任何一个场地执行全局应用。分布式数据库具有如下特点:
4.1本地自治(Local Autonomy);
4.2不依靠一个中心站点;
4.3能连续操作;它也是数据库技术的一个发展方向。
多媒体数据库技术随着计算机技术的发展显得越来越重要,应用领域会更加广阔,现在通信技术也得到突飞猛进的发展,以它为基础的多媒体数据库技术将改变我们未来的生活。
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航空电子系统是保证飞机完成预定任务达到各项规定性能所需的各种电子设备的总称。为了开展国际航空通信业务,《国际民用航空公约》附件《航空通信》中对航空通信的定义、设备和规格、使用的无线电频率、电报的分类、缓急次序、标准格式、用语和处理手续等,都有统一的规定或具体的建议。以下是读文网小编今天为大家精心准备的:关于航空电子通信系统关键技术问题的浅析相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
当前阶段中的航空电子通信系统相比于传统的飞机飞行通信系统来说已经有着非常大的进步,其能够在以往飞机飞行过程中正常通信的基础功能上同时具备语音通话、多媒体网络连接、数据信息快速传送、三维图像快速成型等等综合性电子通信功能,对于提高飞机飞行过程中的安全管理以及提高其飞行过程中的效率有着非常重要的作用。
而航空电子通信系统组件的基础内容就是使用机载分布式的实时通信网络作为其系统的主要架构内容,当前在我国大型民航飞机中普遍应用的ARINC429 以及AR-INC629 技术就是作为机载分布式的实时通信网络的主要类型而存在,但是其在具备相当高程度稳定性以及可靠性的同时仍然需要非常复杂的组织结构,这种情况下会造成飞机飞行过程中重量的大量增加并且其使用过程中较低的数据传输速度也无法有效的满足当前航空电子通信系统不断快速提升进步的要求,因此MIL-STD-1553B总线控制技术、光纤通道通信技术、航空电子全双工交换式以太网技术等诸多新型技术内容开始进入到飞机航空电子通信系统的构建过程中,其在有效的提高航空电子通信系统运行效率以及运行质量的同时更加减轻了飞机飞行过程中的相关运行负担,因此渐渐得到了广泛的应用。针对航空电子通信系统的关键技术问题进行分析,就是针对上述技术内容在航空电通信系统中的构建技术以及应用目的进行分析。
具体来讲,航空电子通信系统的关键技术内容可以分为航空电子通信系统的层次结构架设技术、通信网络拓扑结构层的架设技术、航空电子系统时钟同步设计技术以及通信故障处理技术等等内容。其具体内容如下文所示:
1.1 航空电子通信系统层次结构的架设技术
航空电子通信系统在层次结构的架设技术应用过程中可以充分的借鉴ISO开放式互联系统的层次结构构建模式,在ISO 开放式互联系统的层次结构中其一共分为七层结构,而航空电子通信系统在层次结构的划分中可以将自身结构划分为应用层、驱动层、数据链路层、传输层以及物理层五层结构,这种层次结构划分的模式能够有效的完成对航空电子通信系统运行过程中相关系统硬件以及软件程序的合理配置和促进其功能的充分发挥。
以MIL-STD-1553B 总线控制技术在航空电子通信系统中的应用为例,其在物理层的主要目的是为了完成对通信系统中相关物理介质的位流传输功能,而其在驱动层中的主要目的是作为通信系统中软件程序以及系统应用程序的接口而存在,其在传输层中的主要功能是完成对通信系统中相关信息的处理以及通道的调度工作,其在应用层中的主要功能是作为整体系统的管理程序以及发挥系统解释功能,其在数据链路层中的功能则是用来对总线上相关数据信息的传输序列进行合理有效的调整。
1.2 航空电子通信网络拓扑结构层的架设技术
航空电子通信系统中网络拓扑结构层事实上指的就是通信网络中各个子系统相互关联的物理结构,当前在各种通信系统中常用的拓扑结构层包括单一级总线拓扑结构、多个单机总线拓扑结构以及多级总线拓扑结构三种类型,而在航空电子通信系统中的网络拓扑结构层架设技术则一般采用多个单级总线拓扑结构和多级总线拓扑结构综合使用的方式完成自身网络拓扑结构层的设置,一般来说都是将航空电子通信系统中的子系统进行合理分类以后将其分别连接在多个不同的1553B 总线上完成多个单机总线拓扑结构的架设,同时如果在这一过程中多个总线并非为同一级的总线那么这种假设机构事实上也就成为了多级总线拓扑结构。
1.3 航空电子通信系统时钟同步设计技术
由于航空电子通信系统组成结构中其各个子系统都拥有独立的时钟计时系统,因此航空电子通信系统经常会出现及时误差的现象,建立航空电子通信系统的时钟同步设计也就显得至关重要。
事实上,在航空电子通信系统的组成结构中为相关总线以及其每一个子系统都配置一个相应的始终长度和分辨率的实时计时器,在航空电子通信系统中就能够对其完成气动控制并使其自动开始计数,再由航空电子通信系统的总线时间计时器将其参数发送至各个子系统中由子系统自行调整其余总线时间计时器中存在的误差,就能实现航空电子通信系统时钟同步的设计。航空电子通信系统的始终同步设计技术具有操作简单。成本投入较低的优点,能够充分的满足航空电子通信系统运行过程中对于信息传递实时性要求高的需要。
1.4 航空电子通信系统通信故障处理技术
首先针对航空电子通信系统的故障可以将其分为干扰因素造成的偶然性临时故障以及系统硬件设施失效造成的永久性故障两种类型,航空电子通信系统的运行过程中会首先通过总线控制器自带的双余度电缆上有限次的重试处理功能来完成对相关故障的判定工作,如果故障经过诊断维修后并且消失就可以判断漆为偶然性临时故障,如果故障一直存在那么航空电子通信系统的总线控制器则会将故障进行标记并且记录,同时将存在故障的子系统进行断网和周期新的查询记录工作,其可以根据故障类型的不同,采取有状态字中的子系统标志位置位、终端标志位置位以及禁用MBI 三种处理方式。
综上所述,本文对当期航空电子通信系统中的关键性技术问题进行了具体的分析和阐述,事实上航空电子通信系统是一项非常复杂的机载分布式实时通信网络系统,其涉及到飞机飞行过程中国的所有电子设备以及通信网络,其设计质量直接关系到飞机飞行过程中的安全性,相关单位应该加强对上述技术内容的充分应用,保证航空电子通信系统相关功能的充分实现。
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仿真技术是一门多学科的综合性技 术,它以控制论、系统论、相似原理和信息技术为基础,以计算机和专用设备为工具,利用系统模型对实际的 或设想的系统进行动态试验。例如,汽车或飞机的驾驶训练模拟器,就是应用仿真技术的成果。以下是读文网小编今天为大家精心准备的:浅谈面向协同的空管运行仿真关键技术研究相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
20 世纪70 年代末开始,欧美等发达国家将系统仿真方法引入到空域和机场管理中来,一开始主要用于评估机场容量和航班延误的研究,后来逐渐扩展到对整个机场地面和空域管理的研究和评估。随着我国军民航以及通用航空的迅速发展,空中飞行流量迅速增长,空域日益繁忙和拥挤。航空活动的多元化发展趋势,导致空域飞行的复杂性增强,对提高空中交通运行效率提出了更高要求,空管系统建设和运行中越来越重视对仿真方法的运用。
本文构建了一个面向空地协同的空管运行环境仿真平台,探究复杂条件下空地协同决策中的人为因素以及协同工具的效能,为空管运行保障机制研究,空管运行新模式、新概念的评估验证,空管系统效能分析,空管装备体系建设的需求分析和关键技术验证,以及新技术在空管系统中的适用性与可用性等提供仿真运行环境和评估手段,为我国空管系统运行及未来的设计规划提供技术支持。
2.1 空管运行中的协同
ICAO 和欧美等航空强国已经提出了面向未来的下一代空管运行新概念。ICAO 全球2020 年空管运行目标是在全球范围建立一种全新的一体化、互操作和无缝隙的空管运行模式;欧洲单一天空计划(SESAR)中提出了“空管的运行从基于空域的环境向基于航迹的环境转变”、“加强人的核心地位”等空管新理念,安全管理和管制运行责任从地面到空中进行部分转移,支持航空器的自主飞行服务能力和空地协同运行能力;美国联邦航空局(FAA)提出的下一代航空运输系统计划( NextGen , Next Generation Air TransportationSystem)包括三方面内容:一体化协同运行、空管综合信息整合(SWIM)和基础设施支撑。围绕飞机、空间和地面设施,提高各类空管系统之间信息共享和自动化处理程度,支持各种业务领域之间实施协同决策(CDM),利用先进的辅助管理工具和地空信息共享,提高飞行的安全性和效率,降低能源消耗,为旅客提供更多的选择,减少飞行时间和运行成本,提供更多的服务内容。
2.2 协同的人为因素
在现代航空活动中,人—飞机—环境是构成航空系统的三个最主要的因素。无论航空器多么先进,自动化程度有多高,“人”始终都是航空活动的主体。随着有限空域资源的不断消耗和竞争加剧,单纯依靠扩大空域范围和渐进式调整基础设施已无法从根本上解决空中交通拥挤问题。协同决策(Collaborative Decision Making,CDM)就是一种通过相互协调来挑战资源限制、提高空域使用率、满足空域多方用户需求的有效方法。空中交通管理协同决策建立在机场运营人、管制服务机构、飞行计划和机组等飞行运营人、空域用户、军队等参与各方之间的信息共享和公共态势感知基础之上,需参与各方的合作。协同决策中参与各方的目标、资源和能力是信息交换和协商的基础,信息交换又是操作人员之间公共态势感知和协调的基础。飞行员与管制员通过信息交换共同确定航空器飞行期间的所有活动及所需的合作行为。空地协同决策中的人为因素是确保空中交通安全、顺畅的重要因素。
2.3 意图信息处理
现代航空活动是以人为中心的自动化操作,人的意图信息直接影响到对航空器未来位置的推算。通常空管意图信息包括飞行计划、管制员的指令或许可(即管制意图信息)、飞行员的操作(即飞行意图信息)。缺少空管意图信息而建立的航空器运动仿真将无法反映航空器的实际飞行性能和状态。
空管运行的协同中,飞行员在驾驶航空器时的意图、意向通过通信设备与其他航空器和地面自动化系统进行交换;地面管制员保证空中航空器安全、有序运行,防止航空器之间相撞的安全管制意图,以及加快并保持空中交通合理、有次序流动的流量控制意图,通过塔台席位和管制指挥席位进行交换,并通过网络将管制意图信息进行共享。
2.4 仿真技术
系统仿真是通过建立仿真模型,在计算机上再现真实系统,并模拟真实系统的运行过程而得到系统解的研究方法。作为分析评价现有系统运行状态或优化设计未来系统性能与功能的一种技术手段,已广泛应用于航空、航天、军事、电子、通讯等众多领域,成为许多复杂系统工程分析、设计、试验、评估等不可缺少的重要手段。系统仿真技术是以相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础,以计算机和各种物理效应设备为工具,利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合性新技术。仿真按所用模型的不同,分为数学仿真、半实物仿真和物理仿真三种类型。在计算机上进行的数学仿真,又称计算机仿真,若有实物接入模型,称为半实物仿真。
空管运行仿真用计算机实现任务规划、仿真管理和空管运行综合评估的数学仿真,用塔台模拟器、飞行模拟器和管制指挥模拟席进行半实物仿真。空管运行仿真应具有通用性,能满足各种运行条件下的仿真需求,既要符合空中交通运行规则,又要能够调整仿真评估粒度,可以进行不同层次、不同粒度的全局性宏观仿真和微观仿真。确保仿真结果的可靠性和准确性,提高建模与仿真的效率,提升系统模型的柔度是空管运行仿真的重要方面。
3.1 系统集成技术
空管运行环境仿真是一个包括从飞行到管制、从空中到地面、从航路到机场的一体化的大型空中交通仿真系统,其特点主要表现为具有大量、复杂、高精度、费时的计算和数据处理,要求具有高速运算能力、高速数据交换能力、大容量的数据存储能力以及高速图形图像显示能力。参考HLA 的技术标准,空管运行环境仿真构建以RTI 为核心的分布式网络体系架构,满足交互实时性、时间一致性、系统层次性和传输可靠性等的要求,支持席位之间的互操作性和建模与仿真资源的可重用性,实现空管运行体系评估平台各分系统之间,以及各分系统与半实物仿真平台的各席位之间的协同交互,并为今后可能接入的半实物仿真系统预留接口。
3.2 飞行流仿真
空管运行仿真的基础是合理有效的飞行流,在飞行流仿真过程中,不仅要在概率论、数理统计以及计算机软件技术的基础上,根据仿真需求分析航班流的分布特征,确定相应的数据概率分布模型,包括起降机场的离散分布模型、各机场航班起飞时间的泊松分布模型、机型配比的离散分布模型等,而且要对照实际飞行过程的管制运行规则和突发事件影响情况,对生成的模拟数据进行拟合校验,使得航班流数据偏差在仿真需求允许的容差范围以内。
3.3 4D 航迹推算
一切空管运行都是基于4D 航迹来展开的。4D 航迹推算不仅要根据航空器状态信息(速度、高度、位置、加速度、航向等)、航空器性能数据(载重、爬升率等)、环境信息(风、温度、压力等)和飞行计划进行推算,同时要考虑空中交通规则、管制指令和机组飞行意图等因素对4D航迹的影响,而且在不同的飞行阶段要与进离场航线、航线相吻合。4D 航迹推算准确度越高,仿真评估结果的可信度也就越高。
3.4 飞行姿态计算
飞行器在空中的运动,在一定的假设条件下,可以视为理想刚体的运动,遵循刚体的基本运动规律。与一般刚体运动相比,飞行器运动较为复杂,可以分解为3 个力和3 个力矩共6 个自由度来建立其运动方程。在飞行模拟中,针对飞行过程建立数学模型是一个关键问题,飞行动力学建模的目的是为了完成飞机6 个自由度刚体运动方程的解算,综合飞机所受的各种力和力矩,如随着燃油消耗而变化的飞机质量、重心以及惯性力矩,随绝对高度变化的高空风大小和方向,发动机推力和地面接触力等,计算出飞机的线速度和角速度并且将其转化为飞行的6 个自由度的变化值,以此得出飞机的飞行状态,完成飞机飞行姿态的模拟仿真。
3.5 运行评估
指标体系是评估工作的核心内容,是实现空管运行体系评估的具体可操作化的行为指南。要实现空管运行体系的准确评估,必须建立一套完整的能够全面反映我国空管运行特点的评估指标体系,包括评估维度的确定、评价指标的选取、指标权重的确定以及评价指数的计算4 个步骤。指标体系的建立必须多方面、多角度、多层次,能够反映空域管理使用、空管运行效能、军民航运行协调、空管空防一体化、空管运行安全和空管系统保障等各方面,研究与确定指标体系的构成与权重是一项评估是否科学的首要步骤,而评价方法的选择是构建空管运行指标体系后非常重要的环节。目前,国内外进行综合评价的常用方法有评分评价法(指数法)、模糊综合评价法和神经网络评价法等,结合空管运行实际,我们采用灰色综合评价方法进行多指标评价。
4.1 系统结构
空管运行环境仿真主要包括两部分:空管运行体系评估平台和半实物仿真平台。空管运行体系评估平台根据仿真需求,将生成的仿真数据发送给半实物仿真平台进行空管运行仿真,并根据半实物仿真平台的空管运行态势和空管运行特征进行空管运行综合评估。
空管运行体系评估平台由任务规划分系统、仿真管理分系统、空管运行综合评估分系统和空管运行评估支撑分系统组成。任务规划分系统根据空管运行仿真需求,编辑、设定仿真场景和各类模型参数,生成合理有效的飞行流。仿真管理分系统实现仿真运行控制、4D 航迹推算、飞行冲突探测解脱以及飞行姿态计算等功能。空管运行综合评估分系统统计、分析空管运行态势和特征,实现空管运行概念评估验证、协同机制评估验证、空管运行安全评估、空管运行效益评估、环境影响评估、空管装备建设需求评估和空管系统效能评估等功能。
半实物仿真平台由塔台模拟器、飞行模拟器和管制指挥模拟席等组成。塔台模拟器根据军民航塔台的管制范围、管制方式和管制流程,真实再现机场塔台管制复飞和起落航线的各个环节,并与飞行模拟器和管制指挥席一起构建成完整的空管交通仿真系统。飞行模拟器用于支持仿真环境下的航空器运行,与塔台模拟器和管制指挥模拟席进行空地协同信息交互,包括军航飞行模拟器、民航飞行模拟器、通航飞行模拟器和无人机控制模拟器。管制指挥模拟席是管制中心实施空域运行管理、飞行流量管理、管制指挥和飞行服务的工作平台,显示空域运行态势、飞行流量态势和空管运行特征,模拟实现军航管制中心、民航管制中心、通航飞行服务站和对空射击管理终端的空管业务系统功能。
4.2 仿真流程
空管运行仿真是由飞行流驱动的,因此飞行流引擎仿真是关键。为了使仿真贴近实际,进而提高仿真评估结果的可信度,在飞行流仿真过程中不仅要充分考虑空中交通管理逻辑,以足够的精确度再现全局客观的空中交通现象,而且还应能模拟如奥运等事件引发的局部流量增加的航班飞行流,实现对空管系统应对突发事件能力的科学评估。航迹管理是空管运行的核心,一切行为活动都是基于4D 航迹来展开的,4D 即航班的经度、纬度、高度和时间。
4D 航迹涵盖了航班从起飞、爬升、巡航再到下降、降落的全过程中关键点的位置、高度和时间。航迹预测研究通常采用两种算法,一是基于卡尔曼滤波或神经网络等估计算法的无参数方法;二是建立飞行器模型, 进行飞行模拟。本文采用第二种算法即建立飞行器模型进行航迹预测,这也是目前航迹预测研究的主流算法。影响航迹预测的因素包括飞机性能、飞行计划、飞行意图、空中交通规则、大气环境及飞机状态等。
飞行仿真模拟是典型的人在回路仿真系统,空管运行仿真不仅要根据作用在飞机上的力和力矩计算出飞机的6 个自由度飞行姿态信息,还要模拟管制员与飞行员之间的空地协同信息,以此完成飞机的飞行模拟仿真,在塔台视景模拟器和管制指挥模拟席等半实物仿真平台显示空管运行态势,在空管运行体系评估平台进行空管运行特征统计分析和效能评估。
通过建立空管运行环境仿真平台,从运行概念研究、协同机制验证、空管运行安全、运行效益、环境影响和现行空管系统效能等多角度评估空管运行体系,能够为优化现有空管系统的体系结构和配置,提高系统的运行管理水平,探索未来运行机制,并指导后续空管系统的规划和设计,进而促进我国空管系统建设由技术推动型向需求牵引型过渡,为提升空管系统的建设和运行效益提供技术支持。
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随着汽车产业的飞速发展,越来越多的电子系统在整车上得到了广泛的应用,目前,系统存在硬件冗余、空间体积大、成本高、故障率相对较高等问题。因此,优化汽车电子系统、提高网络集成度已成为国内外研究重点。以下是读文网小编为大家精心准备的:基于RFID技术的低功耗汽车门禁系统的研究相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
【摘要】:针对汽车门禁系统功能实现与功耗的问题,对系统车身控制模块及遥控钥匙模块的控制机制、硬件电路设计及RFID通信算法等方面进行了研究,对降低系统功耗的方法进行了归纳,提出了一种基于PIC16F1828单片机控制车身控制模块及PIC16F630控制遥控钥匙模块的汽车门禁系统,系统低频收/发电路分别采用TMS37122、TMS3705射频芯片,高、低频通信频率分别为315 MHz、134.2 k Hz,而数字调制方式则分别采用幅移键控、频移键控,系统RFID通信方式采用的是曼彻斯特编码编码。研究结果表明,该系统的遥控钥匙能实现1.5 m内控制车门的开启,并伴有设防、撤防的报警功能及语音提示功能,遥控钥匙有学习、复位功能,系统功能完善,实现了汽车门禁系统功能及功耗的优化。
【关键词】: 射频识别 高频 低频 功耗 加密算法
随着汽车行业的不断发展创新,传统的RKE( remotekeyless entry) 系统已经不能完全满足车主对汽车门禁功能的要求。新型PKE 系统进入汽车市场后,很快得到了中高档汽车的青睐。但是由于完善的PKE 系统设计技术基本由少数外企掌握,使得PKE 产品成本高,不能在中国广阔的汽车市场中得到全面和灵活的应用。目前,在国内只有少数高档汽车才能够配备PKE 系统,因此,面对不断发展的中国汽车消费市场,对PKE 系统进行研究和开发,不仅能给汽车消费群体带来便利,更有利于整个汽车行业的发展。
广大研究者一直致力于RFID 技术的研究,并且应用到了不同的领域中,但是主要关注只通信距离与通信安全的问题,重点研究了高低频信号收发电路及通信加密算法。Yuping Su 等在RFID 系统设计中加入了显示模块及功率放大电路,且发射台一直处于发码状态,能耗比较大; Qi Zhang 等在低功率射频收发器的设计中,RF 收发器主要由宽带射频前端、低功率接收模块、N 倍分频器及功率管理模块组成,结果表明接收器在带宽为915 MHz 数据传输速率为2 Mbps情况下工作电流为10 mA; Md. Monzur Morshed 等主要介绍了一种标签RFID 通信协议,该协议使用静态标示符,单调递增的时间戳,该协议表明它可以节约存储空间及减少计算,但降低了通信安全系数。为降低系统的功耗,本研究主要改进了高、低频收发电路及通信算法,并且加入了语音及安防模块。本研究提出的高/低频结合、功能完善及低功耗的汽车门禁系统的设计方案是RFID 技术在汽车门禁系统中的一次成功应用,对中国国产汽车行业的迅速全面发展具有重要的的意义。
1. 1 工作原理
在一辆汽车中,门禁系统主要由车身控制模块及遥控钥匙模块组成,可以多个遥控钥匙对一个车身模块。汽车门禁系统框图如图1 所示。车身控制模块安装在车门上,驾驶者携带身份卡不必将身份卡从口袋中拿出,只需靠近汽车按门把手上的触摸键即可实现开启车门功能,并解除安防系统,同样驾驶者离开车时只需按下触摸键即可实现汽车锁门功能,并使汽车安防系统处于设防状态,整个开门锁门的过程中,身份卡无需拿出。
1. 2 重难点
( 1) 低功耗。常用的低功耗设计方式有: 选用低功耗的处理器、设计低功耗的电路、采用单电源低电压唤醒、采用间歇式发送信号及软件优化、处理器采用休眠—唤醒模式等。在本研究的系统设计中,除了运用以上低功耗设计方法外,还将在车身控制模块和遥控钥匙模块中均采用高低频相结合的传输方式。这种传输方式优点在于低频模块选用的频率为134. 2 kHz,其信号的传输是通过空间交变磁场来实现耦合,收发模块在这种方式下可利用耦合的电磁场能量作为自己的能量,从而无需消耗电池的能量。此外,还可以在无其他外部中断的情况下,将车身控制模块设置为休眠模式,从而减少不必要的能量消耗。当按下触摸按键或有其他外部中断时,将唤醒处理器进行工作。
( 2) 低频天线的全向性。由于车身控制模块与遥控钥匙模块采用的是134. 2 kHz 低频收发方式,且遥控钥匙体积的限制,为解决低频天线间的耦合问题,在该系统中,车门控制模块低频天线采用线圈天线,遥控钥匙模块的低频接收天线采用3 付正交天线,每付天线由一个电感和一个电容并联组成,分别放在X、Y 和Z 方向上,保证可以获得任意方向上的信号,既实现低频天线的全向性,又减小了天线的体积。
( 3) 加密算法。为保证通信信号的安全性,该系统中通信数据会先被加密,解密成功后方可开门,有效地保证了系统的安全性。
该系统车身控制模块低频发送电路采用的数字调制方式是频移键控,通过改变载波的频率,使其随着基带信号的变化而变化,从而将调制信号转换成适合传播的已调信号。而传输的数字信号采用的编码方式为曼彻斯特编码,用电压跳变的相位不同来区分1 和0,其中从高到低跳变表示1,从低到高跳变表示0。
为解决发送数据的错码问题及最大可能的降低功耗,系统发送数据报文由前导头、同步头、数据信息、后导头组成,卡号与密码进行按位与加密,在解密的过程中,按照报文的发送顺序进行解密,一旦验证不成功即停止解密,这种加密算法不但错码率少,而且功耗低。
2. 1 车身控制模块
车身控制模块主要由主控单片机芯片、高频接收模块、低频发送模块、安防模块、电机模块、语音模块、触摸开关等组成。
在该系统中,低频发送模块处理器采用单片机PIC16F1828 芯片,射频芯片为美国德州仪器的TMS3705读写芯片。该设计中,射频芯片与微处理器只需通过两根I /O 口线通信,使用非常方便。
单片机PIC16F1828 的工作电压为1. 8 V ~ 5. 5 V,电路中通过采用COMS 技术的三端口高电流低电压稳压器HT7550 输出5 V 电压提供给单片机,PIC16F1828有4 种晶振模式,最高为32 MHz,休眠模式下电流仅为20 nA,要从休眠模式唤醒器件,外设必须能在没有系统时钟的情况下工作。进入休眠模式前,必须将相应中断源的中断允许位置1。从休眠模式唤醒时,如果GIE 位也置1,则处理器将跳转到中断向量,否则,处理器将继续执行SLEEP 指令后的指令。紧接SLEEP 指令后的指令总是会在跳转到ISR 前执行。该系统中单片机PIC16F1828 共有20 个引脚,18 个引脚可作为I /O 口,其中RA4、RA5 引脚接入4 M 的晶振,RC3、RB7 引脚控制语音芯片模块,RC0、RC1 引脚控制电机L9110S 模块,RC6、RC7 引脚控制安防模块,RA2 引脚作为高频信号的输入端,RC4、RC5 引脚作为射频芯片TMS3705 的信号输入端。射频芯片TMS3705 是用来驱动天线,在天线端发送调制的频率为134. 2 kHz 的信号数据。
2. 2 遥控钥匙模块
遥控钥匙模块主要由主控单片机芯片、高频发送模块、低频接收模块、电源、天线等组成。
该系统中,PIC16F630 有12 个具备独立方向控制功能的I /O 引脚,RA0、RA2、RC0 引脚连接低频接收芯片TMS37122。C4是充电电容连接引脚VCL,在低频信号接收的过程中C4处于充电状态,从而为低频的第5 期胡 威,等: 基于 RFID 技术的低功耗汽车门禁系统 ·735·半双工部分提供能量。芯片TMS37122 并且具有可编程的唤醒模式和低频监视,通过WAKE 引脚输出来驱动外部设备,进而唤醒单片机。该芯片对来自多达3 个天线的信号进行解调,如果天线正交放置,就可解调来自3 个坐标( X、Y 和Z) 的数据信息。这样,即使汽车内的基站天线是简单、经济型的线圈天线,也可使无耦合的区域最小。在该次设计中,当按下汽车门锁上的触摸按键,车身控制模块会依次发出低频信号,而遥控钥匙一直处于接收状态,卡接收到卡号比对成功后会通过高频电路发送密码,车身控制模块接收到密码比对成功可实现开门,并伴有开门及撤防的提示音。
该系统中的程序设计主要包括单片机初始化程序、按键判断程序、发送程序、接收处理程序,存储卡程序、语音控制程序、安防控制程序、电机控制程序、卡学习程序及清除锁内卡信息程序等。
3. 1 门锁部分控制程序
单片机PIC16F1828 有256 字节的EEPROM,EEPROM的第一个字节存放卡的数量,第二字节开始存放卡号,程序初始化为:
( 1) 中断位、预分频器、ADC 通道设置;
( 2) 干电池上电的声音,有语音播报;
( 3) 将卡号数量全部读到内存中;
( 4) 比对卡号是否为0 判断是否进入休眠状态,为0 进入休眠状态,不为0 将卡号全部读取到ROM 中。
当单片机处于休眠状态时,可通过外部中断唤醒单片机进行相应的操作,外部中断通过检测设置的状态位DOOR_CHECK,标志位为低是开门状态,为高则继续判断学习状态位,学习状态位为低进入学习状态,按下身份卡上的按键卡登记成功,为高则是复位清除门锁内的卡信息。当低频发送卡号时,会连续发送5次,首先判断卡号是否存在,若存在再进行密码比对,校验成功后才可实现开门。
3. 2 系统RFID 通信算法实现
系统采用的编码方式为曼彻斯特编码,数字调制方式为频移键控,报文由前导头、同步头、数据信息、后导头组成。
3. 2. 1 加密算法流程
高频发送卡号与密码时,卡号与密码会先被加密,按位发送时,发送500 μs 高电平和500 μs 低电平表示1,500 μs 高电平和1 000 μs 低电平表示0。
卡号与密码发送前会被加密,前导头为10 ms 低电平和10 ms 高电平,同步头为500 μs 高电平,后导头为500 μs 高电平。在该系统中加密的方式是卡号与密码分别与校验码进行异或运算,测试用的校验码为十六进制数0 × 96,校验码可以随时改变,只需保证门锁与身份卡一致即可。
3. 2. 2 解码算法流程
门锁在接收身份卡发送的信息后,会进行解码比对,解密即将接收到的卡号与密码与校验码进行异或运算,得到的结果与门锁中的卡号与密码比对,比对成功实现开门功能。
本研究旨在设计一种基于RFID 汽车无钥匙进入系统,通过按下触摸键唤醒处于休眠单片机,达到无钥匙开门的目的。通过实验测试,该系统在1. 5 m以内可正确识别车主,门锁主控板静态电流为9. 27 μA,工作电流为80 mA,身份卡静态电流为5 μA,工作电流为4 mA。车主只需按车门上的触摸键即可打开或关闭车门,同时连接安防系统实现撤防和设防,若钥匙丢失可通过删除门锁内钥匙信息及新钥匙学习功能得以解决。
该系统的优点主要有:
①系统功能的进一步优化及系统的易操作性; 加入了安防系统及语音系统。
②系统硬件设计上通过采用按下触摸键唤醒处于休眠单片机的机制,在不影响通信距离的情况下去掉了信号放大电路,以及软件程序设计上采用优先验证卡号的数量的方法降低系统功耗。
③在数据传输的安全性问题上,通过无线通信过程中数据的加密、解密,不断优化发码的频率及时间,低频发码时间20 ms /次,高频发码时间为60 ms /次。在不增大误码率的前提下优化算法,不但降低了发码的能耗,并且有效地保证了数据的保密性、安全性。
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