传输器范文

传输器篇1

【关键词】 比选器 遥控端 电台 输入电平 输出电平 阻抗 匹配

1 接收链路方向

1.1 比选器与电台端连接

查看JPS SNV-12比选器说明书，其SVM RX音频输入阻抗为平衡/非平衡可调，600Ω/1MΩ可调，RX输入电平为-30至+10dBm可调。由于所接入甚高频电台遥控端音频输入输出阻抗皆固定为600Ω平衡输出且不可调，因此首先要为比选器选择相对应的RX音频输入阻抗与输入电平门限，此输入电平门限直接影响到比选器是否工作，以及极限状态下是否能够比选相对较好的信号。

在比选器与电台的连接方面，中间还关系到传输设备（如复用器或路由器），但是为了保证音频质量，传输设备一般在增益方面选择0dB，即无正反向增益。比选器此时收到的音频电平为接收机输出音频电平经过传输线缆衰减后的电平值，此值必须大于比选器所设置的输入电平门限才可使比选器信道板处于工作状态。参考接收机工作时的实际情况，以OTE电台为例，其输出音频电平设置值为0dBm，经过传输电缆损耗，比选器RX音频输入电平设置为-10dBm，此设置值即能够满足损耗后的有用音频电平，又能够防止传输链路上的低电平干扰信号干扰比选器的工作。

另外由于比选门限的存在，它值的设置也要参考远端电台输出的音频电平实际值。比选门限值在2至14dB之间可调，它的设置直接影响比选器传输中的信号源选择。比选门限值的考虑，需要参考信号源实际传输质量，若几个信号源间传输质量有明显差异，则应调大此值;反之则应相对调小此值。

1.2 比选器与遥控端连接

查看JPS SNV-12比选器说明书，其音频输出阻抗为平衡600Ω不可调，输出电平为-20至+11 dBm可调。另查遥控端内话JPS SNV-12说明书，其音频输出阻抗为平衡600Ω不可调，输出电平为-20至0dBm可调。因此先要为比选器选择相对应的输入电平门限，此输入电平门限影响到比选器是否能够启控内话。

在比选器与内话连接方面，中间并不关系到传输设备，但依旧需要考虑到传输线路衰减的问题。比选器收到的音频电平受到设置值影响，即比选器输出电平与内话输入电平应匹配。由于内话输入音频电平门限设置值为-10dBm，比选器各SVM模块音频输出电平设置值应不低于此值。

2 发射链路方向

2.1 比选器与电台端连接

在此链路上，除了关系到无增益或衰减的传输设备外（此处的无增益或衰减是指在实际工作中，设置后的结果），还需要引入信号延时单元VOD。此单元的作用是为了协调不同遥控台收到遥控信号的时间。即当接入比选器的电台大等于两台时，由于遥控台所在地不同，传输至各电台的时间也将不同。而比选器在发射时要求所有电台都对空发射，如果不通过比选器设置发射延时，将导致机组收到来自多个遥控台带有时间差的信号，这将影响机组的接收效果，即为同频干扰。因此设置理想的匹配发射延时是保证通信质量的一个重要因素。

在比选器工作中，发射音频电平与接收音频电平的传输方向正好相反。此时，比选器与电台间的连接需要考虑到比选器的音频输出电平和电台的音频输入电平门限。参考接收时的设置，在电台端应让音频电平门限低于比选器SVM模块输出音频电平，此值设置的准确性直接影响到电台是否能够正常启控，原则上只需要大等于电台音频电平输入门限值，但在实际工作中，若此值与电台的音频电平输入门限值相同或几乎相同，虽然比选器输出的音频电平能够启控电台，但是临界值可能影响到电台调制度，由此直接影响接收方的接收效果。

2.2 比选器与遥控端连接

此处匹配因素请参考接收链路的比选器与遥控端连接，但需要指出的是此方向的传输，匹配属性应为比选器输入音频电平门限以及遥控端输出音频电平。

3 结语

传输器篇2

【关键词】 光纤放大器 掺铒光纤 喇曼光纤

一、光纤放大器

光纤放大器是一种可以直接在光域对信号实施放大的器件。除了稳定可靠的工作性能外，它能够很好地与光纤传输中的密集波分复用系统互相兼容，极大地降低了中继系统的维护成本，有力地推动了光纤传输的广泛应用。目前的光放大器主要分为两大类：掺铒光纤放大器和喇曼光纤放大器。

二、掺铒光纤放大器

2.1 掺铒光纤放大器工作原理

掺铒光纤放大器的工作原理与激光类似，都是基于原子的受激辐射实现光放大。掺铒光纤是在石英光纤中掺杂适量的铒离子（Er3+）。光纤中铒离子在泵浦光激励下吸收能量，由基态能带4I15/2跃迁至较高能带4I11/2，成为泵浦态或激发态。铒离子在激发态上处于非稳定状态，寿命较短，很快通过非辐射跃迁的方式转变为亚稳态，其能带为4I13/2。亚稳态上的铒例子具有较长寿命，从而铒例子在泵浦光作用下能够在亚稳态上逐渐积累，形成对基态的离子数反转。当光信号通过光纤时，亚稳态的铒离子发生受激辐射，产生一个与信号光子完全相同的光子，从而实现了信号光的放大。

一般的掺铒光纤放大器工作于1550nm波段，该波段为光纤的低损耗窗口。泵浦光波长为980nm或1480nm。

2.2 掺铒光纤放大器的结构

掺铒光纤放大器主要由五部分组成：掺铒光纤、泵浦源、波分复用器、光隔离器和光滤波器。掺铒光纤实现信号光的放大；泵浦源为掺铒光纤提供光放大所需的泵浦能量；波分复用器将信号光与泵浦光进行合成，注入到掺铒光纤中；光隔离器使光纤中的光实现单向传输，防止在光纤中产生光震荡影响正常的工作状态；光滤波器的作用是消除因激发态铒例子自发辐射所产生的光噪声，提高放大器信噪比。此外还有若干辅助电路对放大器的工作状态进行监测，以及工作温度和功率的控制。

根据放大器的泵浦光传输形式，可以分为三种结构：同向泵浦结构、反向泵浦结构、双向泵浦结构。

2.3 掺铒光纤放大器的应用

1、基本应用形式。掺铒光纤放大器主要有三种基本应用形式：（1）线路放大：将放大器直接插入至光纤传输线路中作为中继器使用，多出现于长距离的光纤传输中。（2）功率放大：将放大器置于光发射机之后，以弥补光发射机功率的不足。（3）前置放大：将放大器置于光接收机前端，以提高接收机灵敏度。

2、波分复用系统中的应用。由于电信号放大设备在带宽上的限制，需要将光信号解复用后对各个频率成分分别进行信号放大。故一个波分复用系统的中继设备包含多个电信号放大装置。掺铒光纤在波分复用系统中具有明显的优势，其最大的优势在于：使用一个掺铒光纤放大器即可一次性对复用系统中各频率成分光信号实现放大。这种工作方式使得中继设备的维护成本大幅下降，且系统可靠性上升，便于维护，见图1。

3、有线电视传输系统中的应用。有线电视传输系统中各节点不仅要求较高的信噪比，还要求较大的最小光接收功率。这种特性使得该网络的中继距离较低，往往只能传输十几公里。同时网络特性要求一个光发射机能够驱动多个光节点进行工作。这两种特性对光发射设备的功率输出提出了较高的要求。将掺铒光纤放大器以功率放大方式安置于光发射机后端，提高了光接收机的功率，使得可负载光节点数增加，传输距离也随之上升。

三、喇曼光纤放大器

3.1 喇曼光纤放大器工作原理

喇曼光纤放大器的原理基于喇曼散射。喇曼散射过程先由泵浦光引发光纤中的非线性散射，产生低频的斯托克斯光子，剩余能量以分子振动形式吸收，整个过程称为受激喇曼散射。受激拉曼散射中，斯托克斯频移的数值由分子振动能级决定，其数值决定了频率散射范围。信号光与泵浦光同时在光纤中传输，当信号光处于泵浦光产生的增益范围内时，通过喇曼散射产生光子数量的增加，从而实现了光信号的放大，见图2。

喇曼光纤放大器相比较于掺铒光纤放大器，其主要优势在于可提供放大的频率范围极大，可通过调节泵浦光的波长对任意波段进行宽带的放大，放大范围可达到1270nm至1670nm。

3.2 喇嘛光纤放大器的结构

目前喇曼光纤放大器主要有分布式与分立式两种类型。

分立式喇曼光纤放大器中放大器独立于传输线路而成为单独器件。这种形式要求放大器具有较高的增益，因此多由掺杂锗含量较高的光纤作为增益介质。相比较于同种形式的掺铒光纤放大器，这种形式的喇曼光纤放大器需要很长的工作长度，且增益倍数有限，多用于掺铒光纤放大器所无法工作的波长信号放大，见图3。

分布式喇曼光纤放大器直接以增益介质作为传输光纤本身，其应用前景已逐渐超过分立式喇曼光纤放大器。

3.3 喇曼光纤放大器的应用

1、长距离通信线路。对于穿越恶劣自然环境或其他不便于采用掺铒光纤放大器的传输线路，使用分布式喇曼光纤放大器是较好的选择。它可以提高两次中继之间所允许的线路传输损耗，从而扩大传输距离。目前常用于海底光缆及无人地带光缆等。

2、混合式光纤放大器。虽然喇曼光纤放大器具有很大的工作带宽，但是带宽中多个频率成分的光信号同时实现放大则需要多路泵浦光，这就需要使用泵浦复用技术。而泵浦复用所带来的复杂结构和高成本阻碍了其在实际网络传输中的应用。为此，将掺铒光纤放大器与喇曼光纤放大器混用可以在减少泵浦光源数量的前提下实现较大的工作带宽，并且实现较好的增益均衡。

四、总结与展望

传输器篇3

做了基本介绍。同时结合现有RJ45母产品，针对电磁兼容性和端子传输设计在实际运用中做一说明，希望起到抛砖引玉之效果，以便更好掌握其设计方法和实际应用。

关键词：高速数位传输连接器 电磁兼容性设计 端子传输性

设计

1 概述

我们知道当信号传输由集总模型进入分布模型时，我们称之为进入了高频传输。电路是否进入离散模型取决于以下三点：

①通路长度。②信号上升时间Tr。③传输速度。

对于印刷板电路，当Tr

2 高速数位传输设计中遇到的问题

对于低频传输的电路而言，通过的电容和电感值不是频率的函数，即不会随频率的变化而变化；但对于高频传输的电路而言，必需处理传输线效应以外，考量信号反射/串音/接地反弹/时脉不对称等等。

3 电磁兼容性设计

3.1 芯片等有源器件的选用和印制电路板设计是关键

首先器件有两种电磁干扰源：传输和辐射干扰源。瞬态电流是传导和辐射干扰的初始源，减少瞬态电流必须减小印制电路板接地阻抗和使用去耦电容；其次，在设计印制电路板时，应优选多层板，将数字电路和模拟电路安排在不通的层内。印制电路板设计应遵循以下的基本原则：

①20-H原则：H是两层面的距离，即元、器件平面应比接地层平面小20倍H，才能减少辐射。②2-W 原则：W是导线宽度，即导线间距离不小于两倍导线宽度；导线应短、宽、均匀、直。导线宽度和拐角不要突变，转弯处应使用圆角。③信号线，电源线应尽可能靠近地线或回线，以减少差模辐射的环面积。④各信号线中间用地线隔开，有助于减少干扰。

3.2 地线设计是最重要的设计

所谓“地”一般定义为电路或系统零电位参考点，它可以是产品金属外壳或接地平面。接地类型有悬浮式、单点式、多点式、以及混合式。接地方式最好采用一点接地。减小接地电流首先可将信号地线与机壳地线绝缘，使地环路阻抗大大增加，将地电压的大部分降在该绝缘电阻上，减小加到导线上。其次，还可以用切断地环路的方法，抑制地环路干扰。如在两个电路之间插入隔离变压器、共模扼流圈或光电耦合器等，均可取得良好效果。为了抑制共模干扰可以把印制电路板的接地层分割出一块，作为专用“干净”地。

3.3 屏蔽技术用来抑制电磁干扰沿着空间传播

电磁干扰沿着空间的传播是以电磁场和电磁波的方式进行的。屏蔽原理：当高频磁场穿过金属板时将产生很大的涡流，涡流产生的反磁场会抵消原来的磁场。此外，高频电流具有集肤效应，涡流只在金属表面流过，所以金属薄层就能起到良好的高频磁场屏蔽作用。屏蔽分为电场屏蔽、磁场屏蔽、电磁场屏蔽。高频磁场屏蔽可采用金属良导体，例如铜，铝等。由于必须同时屏蔽电场和磁场，应采用良导体材料，实际应用中采取以下方式进行相关屏蔽。

①连接器外壳采用铜板，铁板等，厚度约为0.20～0.40mm。②采用封闭式设计，减少孔，洞和缝隙对电磁波的泄漏。③外壳设计弹片结构，使外壳与屏蔽机壳紧密相连，使屏蔽成为屏蔽机箱延伸。RJ45系列某产品为例说明以上电磁兼容性设计之应用（见如下图1）：

已考量处：①去耦电容减少瞬态地电流。②采取单

点接地方式，通过端脚接地。③外壳采用良导体铜材料

C2680R-H，薄层0.20mm。

4 端子传输性设计

在高频连接器中弹性端子的设计中，除了端子弹性之考量外，需增加高频传输之考量。可初步归纳为以下几点：①端子弹性应可靠，保证信号顺畅传输。②端子间距/形体设计需进行电性分析，满足高频传输要求。③端子需考量如何提升诸如耐电压等可靠性能。

据此，在某高频连接器设计中，针对网络端子做以下优化：①端子降伏改善。客户有屡次反映旧结构端子降伏，经设计折弯结构提高弹性，改善了降伏状况，并经工程分析及正压力试验，功能OK。见如下图2。

正压力验证结果（mgf）：

②端子耐电压之性能提升。客户HP新机种要求产品信号间承受2150VDC电压。经对打火处分析主要是端子和PCB孔焊接处易出现打火失效。采用新结构，将端子做成上下两排可以解决该问题。信号端子间耐电压可以达到2400VDC以上。见如下图3和高压对比测试数据。

高压对比测试数据：

③制程能力之提升。现制程中，由于端子和PCB为焊接固持，经常出现虚焊、短路等质量问题，导致不良PPM很难降低。见图3旧结构示意图。为改善该问题，RJ端子和PCB结合部分采用上下两排式，且为鱼眼结构弹性接触，取消焊接。见图3新结构示意图。

采用新结构方式设计重点在于：①端子弹性部位需接触可靠且易压入。②端子分排式排步对高频性能传输之影响。

下表反映某端子分排式排布后，电性分析得出信号对与信号对之间串音之影响程度。

从以上表中可以看出信号对相互影响比较小，推荐较佳设计方案。

5 总结

随着电子产品轻、薄、短小、高速化发展的趋势，对网络连接器也不断有同样新的要求。本文理论和实践结合做一总结，希望对从事该类电子产品设计者有所帮助。

参考文献：

[1]翻译.《高速数位电路设计及杂讯防制技术/高频传输线理论》.

[2]翻译.《电磁兼容性设计探讨》.

传输器篇4

通过广域网共享或访问文件常常是一种令人懊恼和耗时的体验。要变懊恼为开心，先来分析一下造成文件访问速度慢的原因.

很多人一下子就会想当然地认为是网络带宽的问题。的确，提高网络带宽在一定程度上会加快数据传输，从而有利于文件访问。但是还有另外一个重要原因，这就是很多文件类型或应用程序最早是基于局域网而设计的。如在网络上用于文件和打印服务的公共互联网文件系统CIFS，就是针对局域网的。在现实中，我们通过广域网访问文件时，CIFS所要求的响应数会显得过多，其传输的单位数据块(一次只传送一个数据页)也显得过小，这都会造成广域网的延迟。为了让文件和打印服务在广域网上也能享受到局域网的快捷，最近萌生了一种新的广域网文件服务技术――WAFS(Wide Area File Service)。

WAFS的目标就是允许本地用户以局域网的速度通过广域网访问或共享异地文件。目前在市场上提供WAFS完整方案的厂商还不多见。作为这一领域的先行者，博科通讯公司近日向中国介绍了一套相对完整的WAFS方案――Tapestry WAFS。这一方案主要运用了3项核心技术――数据压缩、高速缓存和广域网优化协议SCIP，通过在不同办公地点部署相应的文件服务设备，实现数据传输的专用通信。

在总部部署的WAFS设备称为WAFS核心应用设备，远程办公室部署的称为WAFS边缘应用设备。这一简单的部署方案不需要对原有网络系统作任何修改，同时也不需要增加新的用户软件或数据中心软件。据博科大中华区技术总监司马聪先生讲，WAFS技术并不限于核心与边缘之分，还可以根据应用的需求，配置成边缘对边缘的文件访问。

建立在数据压缩、高速缓存和广域网优化协议SCIP之上的Tapestry WAFS包括以下功能。

* 文件区别

当数据中心(或另一边缘服务器)的文件缓存到边缘服务器之后，通过文件区别，仅将文件的更改部分进行压缩并发回到数据中心。这样做的结果是，通过广域网进行的数据传输量和保存文件的时间可以大幅减少。

* 流式化和压缩

上文已经提到很多文件一般以一次一页的数据块形式接受访问，造成了数据传输的延迟。流式化是利用SCIP协议实现一次性传输整个文件，而压缩则减少了传输的数据量。流式化和压缩技术相结合，减少了文件访问时间，消除了不必要的数据传输。

* 数据聚合

通过这一功能，Tapestry WAFS可以在文件更改被保存到数据中心(或另一边缘服务器)之前，将多个应用程序的数据聚合，还可以将多个远程办公地点的数据聚合，这样就可以减少数据传输的往返次数。以更少的往返传输更多的数据，减少了广域网上的等待时间。

传输器篇5

【关键词】无线路由器；频率；信号强度；传输标准；网络

1.引言

随着无线技术的快速发展，无线设备越来越普遍的使用到各个领域。越来越多的家庭电子终端设备开始集成WiFi功能，尤其是大家的智能手机、平板电脑、电视机都具备了WIFI功能。如何安装一台无线路由器，已经成为家庭无线组网的核心。而给用户带来更好的无线应用体验，无线路由器的速度不再是用户唯一关心的重点，相反地，无线路由器在家居环境中的传输能力如何则逐渐成为了现代家庭及SOHO用户选择所首要考虑的因素。

2.无线路由器

2.1 无线路由器的工作方式

是指带有无线覆盖的功能。目前使用的无线路由器一般都支持专线xdsl/cable、动态xdsl、pptp四种接入方式，它除具备无线AP所有功能（如支持DHCP客户端、支持VPN、防火墙、支持WEP加密）外，而且还带有网络地址转换（NAT）功能，使局域网用户的网络连接能够共享。

2.2 无线路由器采用的信号传输标准

目前无线路由器支持的主流信号传输标准有IEEE802.11n和IEEE802.11b/g，而IEEE802.11n与IEEE802.11b/g标准是可以兼容的，IEEE802.11n向下兼容IEEE802.11b/g。它们最大的区别就是支持的传输速率不同，IEEE802.11b/g传输速率只能支持到108M，IEEE802.11n传输速率可以支持到300M。而新推出的IEEE802.11ac标准则能支持1G的无线传输速率，使得无线数据传输速率进入了千兆级，传输速率已经与有线网络没有区别。

3.家居环境对无线路由器信号传输的影响

随着进入二十一世纪，无线路由器的普及和无线技术的快速发展，给我们带来了更好的无线应用体验和更快捷的工作方式。

目前由于建筑标准的不断提升，现代建筑结构中使用的钢材质量和数量都大幅提高，使得无线路由器信号在室内的传输距离和质量都受到很大影响，墙壁、玻璃和隔断等障碍物使无线信号在传输时很快衰减，还有来自外界的电磁干扰，同类产品自身干扰等因素都会使我们经常感觉WIFI信号不好，如网速慢、传输距离短、范围小、掉线或网络连接失败等等。

为了提高无线路由器在家居环境中的传输能力也就是无线信号的强度和穿透能力，我们在使用中有必要在以下几个方面对无线路由器进行提高与改善。

3.1 无线路由器采用的信号传输标准与无线信号穿透能力

无线信号的穿透能力首先是由无线信号的波长来决定的，无线信号的波长又分为长波、中波、短波及微波，我们使用的无线局域网所采用的信号传输标准是IEEE802.11b/g、IEEE802.11n、IEEE802.11ac所使用的是2.4GHz频率和5GHz频率，这两个频率都属于微波。由于各波段的传输特性各不相同，波长越长信号绕射的能力越强，反之则越弱。微波则是直线传输，绕射能力几乎为零，在传播方向上基本被障碍物所阻隔。而频率高则波长短，因此通常选用IEEE802.11b/g和IEEE802.11n标准的无线路由器要比采用IEEE802.11ac标准的无线路由器穿透障碍物的能力要强。

3.2 无线路由器的发射功率与无线信号的传输

在我国WLAN的功率规定不能大于20dBm（100Mw），一般国内生产的产品都将无线路由器功率设定在17Db。在功率一定的情况下选择高灵敏度的接收终端也可改善无线信号的传输距离，当接收灵敏度高3dB时能接收的信号功率可以可以减少一半；接收灵敏度高6dB时无线信号传输距离可以提高一倍。因此在选择无线接收终端设备时，可以选择质量好、接收灵敏度高的产品。

3.3 家居环境中的电磁波对无线路由器信号的干扰

随着人民生活水平的提高，利用无线路由器来组建局域网的家庭已不在少数，各种电子产品广泛进入人们日常生活的同时，由此产生的电磁辐射干扰问题也日显突出。无线传输标准IEEE802.11b/g、IEEE802.11n的传输频率是2.4GHz。目前2.4GHz频率又是电子设备使用非常广泛的频率，不仅WIFI设备使用，无线键盘鼠标、无绳电话、蓝牙设备甚至微波炉也是工作在这一频段上，因此，2.4GHz频率的无线网络出现互相干扰问题也时有发生。在信号不够强的时候，无线数据传输往往非常慢，甚至会出现无法建立连接的现象，如2013年广东深圳地铁蛇口线的通信信号就多次受到干扰造成地铁列车被迫停运的严重事故，事后根据专家研究判断得出结论，工作在2.4GHz频率的WIFI无线路由器产品是导致事故的根本原因。而无线传输标准IEEE802.11ac的传输频率是5GHz，工作的频带宽度由IEEE802.11n的每信道40MHz增加到了80MHz，通过合并信道IEEE802.11ac频带宽度可以达到160MHz。由于目前工作在5GHz频率上的无线设备相对2.4GHz频率的少很多，使得工作在5GHz频率网络的无线设备受到的干扰大大少于2.4GHz频率网络。因此优先选择5GHz频率的无线路由器可以让网络无线数据传输速率得到最大限度地保证。

3.4 家居室内建筑结构对无线路由器信号的阻碍

现代建筑中钢材被大量的使用，房间中的混凝土墙壁、玻璃墙、混凝土顶板和地板对无线信号所产生的衰减非常厉害，使无线路由器信号传输速率大幅下降。无线路由器信号传输距离理论上在室内是100米，室外是300米，实际受环境影响后根本无法达到理想传输距离。由于无线路由器采用的是无线微波频段，处在障碍物后面的无线接收设备会被障碍物阻挡，对于直线传播的无线微波信号只能是“穿透”障碍物以到达障碍物后面的无线设备。对于无线接收设备的使用者来说，希望无线信号能至少穿透室内的墙壁和地板，而墙壁的材质有木质墙、玻璃墙、砖墙、混凝土墙等，地板一般是混凝土的。无线微波信号每穿透一道障碍物，无线接收信号都会有衰减，经过一层木板接收信号将衰减4dB，经过一堵砖墙接收信号将衰减8到15dB，经过钢筋混凝土墙或者地面则至少衰减15dB到30dB。由此可看出无线信号在家居环境中最大的障碍物是内有钢筋网的墙壁和地板，它不仅阻挡微波无线信号，还能把电磁波的能量吸收生成弱电流泄流掉。所以在障碍物多的地方安装无线路由器时，应尽量放置于室内空间大、障碍物少的房间，或者是放置于所有接收点的中部，选择信号传输标准IEEE802.11b/g和IEEE802.11n的无线路由器也能相对提高无线信号的穿透能力。

4.结语

传输器篇6

四旋翼飞行器是一种体型较小的飞行器，它的飞行高度比较低，重量极轻，但具有很强的机械性能。其中，四旋翼飞行器的无线视频传输算法对农林业、安防监控、管线巡查等众多领域发挥了巨大的作用，本文以此为出发点，探讨了四旋翼飞行器的无线视频传输算法。

【关键词】四旋翼飞行器 无线传输 视频

四旋翼飞行器按照十字对称分布，共分为四个轴，为了抵消彼此之间的扭力，在对称轴上的旋翼其转速相反，旋翼通过转速能够完成各种动作。飞行器的机身上搭载的摄像头不仅能够指导飞行器的飞行，而且增加了飞行器的使用功能。本文以系统核心为K60芯片的四轴飞行器为研究对象，研究了四旋翼飞行器的视频数据的采集与传输功能。

1 四旋翼飞行器的工作原理

四旋翼飞行器的机械结构为刚性结构，呈十字交叉分布，各端点的电机对成分布，是飞行器的动力来源。由于电机在运行时会产生旋转力矩，因此，通过正反桨设计的螺旋桨，可以有效地抵消其旋转力矩，正反桨设计时，在相邻电机上设计反桨，在同一轴线上的电机设计正桨。四旋翼飞行器的飞行离不开四个电机转速的完美配合，其中当一个电机的转速发生改变时，就可以实现四旋翼飞行器的俯仰、、横滚、升降机偏航运动。如图1所示，把原点定为机身的中心 ，其中机身的两轴分别为X轴和Y轴，X轴的正方向表示飞行器运动时的前进方向，建立坐标系为：

四旋翼飞行器在飞行时的轴向参考各不相同，摄像头在安装过程中，要以实际飞行的安全、简便为原则，其中，四旋翼飞行器可分为X模式和十字模式，如图2所示：

2 四旋翼飞行器的相关硬件设计

四旋翼飞行器的硬件设计主要包括姿态检测传感器、主控器、无线模块和执行电机，在此基础上，在安装视频采集模块，就可以顺利的进行对视频的采集与传输功能。

2.1 视频采集模块

为了能够便于视频的采集，本飞行器选用了天视通视频采集模块，此模块能够高效压缩图形，从而提高存取的速度，节省大量的储存空间。其技术规格如下所述：

（1）系统结构：采用嵌入式RTOS 设计，利用双核32位DSP，纯硬压缩。

（2）传感器：1/4" CMOS，100万像素

（3）视频处理：H.264视频编码。支AVI格式，支持双码流，支持码流0.1M～6Mpbs

（4）帧率 ：30帧（全实时），100万像素，支持 1～30 帧/秒可调。

（5）图像输出：子码流为320×180、640×360，主码流为1280×720，

网络接口：1个 RJ45 以太网接口，10/100M 自适应。

2.2 无线模块

无线模块是四旋翼飞行器和上位机相连接的核心，它具有双重传输功能，位于上位机上的控制信息能够通过它传递给飞行器，而且飞行器所拍摄的视频能够再次回传到上位机上。此飞行器采用的是海陵公司所产的HLK-RM04无线模块，此模块能够实现WIFI、串口和以太网三个接口间数据图像的任意传输。

工作过程中，TH38R和K60分别通过LAN和UART与无线传输模块相连，然后无线模块将数据利用EIFI传送到电脑。

3 四旋翼飞行器的相关软件设计

四旋翼飞行器在无线视频传输方面不仅需要硬件的设计，还需要软件的支持，为了保证无线视频传输的正常功能，还需要设计姿态控制及上位机的控制程序。

3.1 姿态控制

四旋翼飞行器的控制要求必须满足两点：一是在接受控制指令后，其各项运动必须按照指令完成；二是在没有接受指令时，其机身必须保持悬空停止。正如我们在工业中常用的PID控制器，其结构简单、稳定性好，所以也可用在四旋翼飞行器的姿态控制方面，从而分别算出横滚角、偏航角与俯仰角等三个姿态角，与所期望值进行PID控制。然后确定好三个电机的不同位置，将三个控制量进行正负叠加。

3.2 上位机

如今，利用传统的遥感器来控制飞行器已不适应当今四旋翼飞行器的技术要求，随着计算机水平的不断提高，在电脑端的上位机上，通过无线的方式来控制四旋翼飞行器的飞行已经得到了广泛的应用。其中，此飞行器在Microsoft的.netframework4的基础上，利用汇编语言C语言编写了一款新的上位机，它能够在控制四旋翼飞行器飞行的同时，能够预览和保存视屏模块所采集的视频，从而能够通过观察视频发挥四旋翼飞行器的动态监测功能。

4 结语

本文从四旋翼飞行器的原理分析，分别对涉及到无线视频传输算法的硬件和软件做了介绍，以K60为控制核心，各传感器通过数据的采集，在保证四旋翼飞行器平稳飞行的情况下，在系统里假如了视频采集模块，从而能够有效的进行视频的采集与传输，利用新款设计的上位机，实现了视频的预览和保存功能，总之，本此对四旋翼飞行器无线视频传输算法的探讨在科技领域中有着非常重要的意义。

参考文献

[1]王冠林，朱纪洪.空中机器人系统及关键技术[J].飞航导弹，2009（06）.

[2]王冠林，史海庆，谭洪胜，朱纪洪.旋翼空中机器人系统架构及设计[J].计算机工程与应用，2010（02）.

[3]自动化技术、计算机技术[J].中国无线电电子学文摘，2011（02）.

作者简介

刘勇（1986-），男，山西省人。大学本科学历。现为中国矿业大学徐海学 助理实验师 。

作者单位

传输器篇7

关键词：船舶交通量 激光传感器数据 无线传输 有线传输 光纤传输

概述

基于激光传感器的船舶交通量观测系统，以激光传感器作为船舶数据的采集手段，实现船舶特征识别；以多激光传感器在航船舶通行检测系统为基础，采用多源数据融合和机器学习方法实现船舶特征辨识和自适应误差控制；研究基于形态分类方法和时空数据连续特征提取的拖船队检测，实现对船舶交通量的全天候自动船舶交通流量统计。

由于系统中选用了两台不同型号的激光传感器作为船舶特征信息的采集，它们采用的数据接口各异。因此，需选用不同的传输方式获取其数据信息。通过对三种方案的实践和比较，最终得到了合适的传输方案。

激光传感器数据的传输

1、激光传感器

激光传感器船舶交通量观测系统由数据采集子系统、数据处理子系统和辅助子系统三个部分组成。数据采集子系统中的激光传感器通过自身激光头的旋转，对物体进行短时间的线扫描，从而实现对被测物截面的二维扫描，可实时采集航道上的目标图像。数据采集子系统主要由两台激光传感器组成。

2、激光传感器数据的传输

传输方案一：

传输方案：本方案为最初设计的传输方案，设计基于设备简单、造价低廉、安装方便的原则。 具体方案如下：1号激光器采用以太网的无线传输，2号激光器由于没有网络接口，采用了通讯电缆rs422方式传输。

本案优点：具有安装简单，造价低廉的优点。

不足之处：由于系统的安装地点在野外环境下，距离机房的直线距离约有250米左右，采用以太网传输的1号激光器经常出现不定时的中断，数据传输不能满足系统要求。而2号激光器的扫描频率较高，数据传输量大，串口的通讯速率最高要求是达到115.2k波特率，而2号激光器用38.4k的传输速率，无法满足数据传输量的需求，会出现数据积压或丢包的现象。

针对方案一中出现的不足之处，我们设计了方案二。

传输方案二：

为满足系统需求，克服和解决方案一中所出现数据传输的实时性和稳定性的问题，本案在方案一的基础上，对传输线路进行了改进。

传输方案：改进后的传输方案二，1号激光器数据传输采用以太网的有线传输方式；2号激光器则采用了电缆线接moxa高速数据转换卡的方式，示意图如下：

传输效果：在改进后的方案二中，1号激光器的数据传输的实时性和稳定性得到了明显改善，数据传输中断的现象得到了解决，满足了系统的需求。采用了电缆线接moxa高速数据转换卡的2号激光器，传输速率可达500k波特率，激光器的数据能够全部获取，无丢失现象，每秒获取的数据为37～38条，也满足了传输量的需求。

不足之处：由于当前的传输距离有250米左右，而网线的适合传输距离在100米以内比较合适。而且，普通网线仅适合作为室内传输线，在室外环境下，对传输线的强度、耐老化、信号屏蔽、防雷击等都有较高的要求，因此本方案如作为长期室外传输线并不适合。

为增强本系统的适应性，减少各种外界环境因素对本系统的影响，有利于系统的产品化实施，我们设计了传输方案三。

传输方案三：

传输方案：本案是在方案二的基础上，采用一条光纤替代数据线和电缆线的传输。

本案优点：

（1）传输距离远，可达数公里至数十公里；

（2）适合野外环境，强度高、耐老化，由于是光传播，因此不受周围环境对信号的干扰，也不受雷电等恶劣环境的影响；

（3）传输带宽大，可使用一条线路传输2台设备的数据，简化了系统部署；

（4）具有稳定性好，传输距离远，传输带宽大等优点，为整个系统的产品化的实施提供了有利条件。

探讨

1、三种传输方案的比较

2、结论

方案一的数据传输方法，虽然具有线路安装简单、造价低的优点，但由于受传输距离和安装环境等因素的影响，无线传输易出现不定时的中断，无法满足系统的实时性和稳定性的要求。同时，由于2号机的数据传输量较大，采用通讯电缆rs422方式的传输方式，无法满足数据传输量的需求，系统易出现数据积压或丢失的现象。

改进后的方案二传输的数据量可达到500k波特率，同时，数据传输的实时性和稳定性得到了改善，数据传输中断的现象得以解决，满足了激光传感器对船舶交通量观测系统的需求。

传输器篇8

关键词：无线传感器网络; 智能建筑节能; 可靠传输; 优先级队列

中图分类号：TN711-34文献标识码：A文章编号：1004-373X(2011)21-0037-04

Design and Implementation of Data Transmission Protocol for the Energy Conservation

System of Intelligent Building in Wireless Sensor Network

YANG Xian-feng, SONG Fei, LIANG Lu-lu, ZHANG Si-dong

(National Engineering Laboratory for Next Generation Internet Interconnection Devices, School of Electronic and

Information Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China)

Abstract：

The energy conservation system of intelligent building in wireless sensor network could dynamically control the devices of building for the purpose of energy conservation, such as the light, condition air and so on. The reliable transmission of control information is vital for the stable operation of this energy conservation system. The shortages of current wireless sensor network data transmission are discussed, and a new reliable transmission protocol based on priority queue and adaptable ACK scheme is implemented. The end-to-end reliable transmission can be ensured. The timely and reliable transmission of the control information can be realized.

Keywords： wireless sensor network; energy conservation of intelligent building; reliable transmission; priority queue

0 引 言

智能建筑是用通信技术、信息技术和控制技术，按照系统工程原理将建筑物有机的结合起来，通过对建筑设备系统的自动监控和信息资源的有效管理，向使用者提供智能的综合信息服务，使其获得舒适、高效和便利的建筑环境［1］。

在智能建筑中，节约能源是最重要的问题之一［2］。为了实现智能建筑节能，需要构建网络去感知建筑物中各项设备的当前工作状态和工作环境，并将感知的信息及时的发送至中央控制器，从而对建筑物中的设备进行控制，在满足人的各项基本需求情况下，使得建筑物总能耗最小。无线传感器网络是由部署在监测区域内部或附近的大量廉价微型传感器节点通过自组织方式构成的网络［3］，具有低成本、低能耗、灵活性高、可扩展等优点,因此利用无线传感器网络技术构建智能建筑网络具有得天独厚的技术优势和应用前景［4］。

本文在北京交通大学下一代互联网互联设备国家工程实验室自主研发的IPv6无线传感器节点［5］基础上，结合智能建筑节能的特点和实际需求，设计和实现了一个切实可行的可靠数据传输协议，实现了智能建筑节能无线传感器网络信息的优先级传输，保证了节能系统的稳定、可靠、高效运行。

1 无线传感器网络智能建筑节能系统

无线传感器网络由于其易于部署、成本低等特点成为智能建筑节能领域不可或缺的技术之一。利用无线传感器网络对物理环境的感知，将环境信息数据通过自组织多跳的方式传送至服务器。一方面无线传感器网络可以通过自我决策机制对智能建筑的空调、灯光等设备进行控制；另一方面，服务器决策者可以通过中央控制器对某个设备直接控制。无线传感器网络智能建筑节能示意图如图1所示。

图1 无线传感器网络智能建筑节能示意图

一个完整的无线传感器网络智能建筑节能系统分为数据采集和控制两个部分，如图2所示。按照系统中数据流向的不同，将数据链路分为上行链路和下行链路，其中下行链路为服务器―网关―无线传感器网络―物理设备控制接口―智能建筑节能物理设备；上行链路为无线传感器网络―网关―服务器［6］,如图2中虚箭头所示。

图2 智能建筑节能系统框架图

1.1 数据采集子系统

数据采集子系统主要是对物理世界环境信息进行感知并通过网关上传至服务器，并且以此为承载，将服务器发送的命名信息发送至控制节点对智能建筑节能的物理设备进行控制，包含无线传感器网络信息感知、网关接入、服务器决策与控制三部分。

1.1.1 无线传感器网络信息感知

无线传感器网络的信息感知主要是用温湿度、光强等传感器对实际物理环境进行感知，实现数据采集的功能。为保证智能建筑节能系统的高效运行，准确地信息采集显得尤为重要。采用的传感器包括红外、温湿度、光强、CO2等传感器。

1.1.2 网关接入

网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。为了实现无线传感器网络与互联网的接入需要借助网关设备实现。目前实现无线传感器网络与互联网的接入接口主要包括GSM接入、CDMA接入、串口接入、以太网接入四种接入方式。

1.1.3 服务器决策与控制

在服务器端，收到经网关转换的无线传感器网络感知数据，对信息做进一步处理，从而实现智能决策的功能。

1.2 控制子系统

控制系统主要是对智能建筑中不同物理设备进行控制。由于不同设备的控制接口不同，需要设计不同的控制节点。对有WiFi或红外接口的设备，如空调等可直接设计相应的红外或WiFi收发器对其控制［7］；对类似灯光仅仅包含开、关两种状态的设备，设计了电源开关控制器，如图3所示。

图3 红外控制器和电源开关控制器

2 可靠传输的设计与实现

由图2可知，数据传输协议贯穿无线传感器网络智能建筑节能整个系统，对系统的稳定、高效运行具有重要意义。在智能建筑节能系统中，按照重要程度的不同将智能建筑节能系统中的数据主要分为三类，一类是关键数据(Critical Data)，如控制命令、环境变化告警等信息，这部分信息很关键，对系统的功能实现起着决定性的作用，对传输质量要求很高；一类是重要数据(Important Data)，如路由等信息，这部分信息也比较重要，但允许一定的丢包率和延时；一类是一般数据(Normal Data)，如周期性采集到的温湿度、光强等信息，这部分信息冗余度比较高。

2.1 体系结构介绍

本系统软件部分底层(包括MAC层和物理层)采用IEEE 802.15.4协议［8］，其调制方式为OQPSK，速率为250 Kb/s；IPv6微型协议栈包括UDP,TCP,ICMPv6等基本协议，以及在节点之间建立和维护多跳路由的MSRP(Mobile Sensor Routing Protocol)路由协议［9］；在MAC层和IPv6微型协议栈之间引入了一个适配层，这是由于IEEE 802.15.4支持的数据包长度最大为127 B，当接入对象网络协议支持的最大数据包长度超过127 B时，需要对数据包做分片处理；另外，协议栈里面包含┝礁龆懒⒌幕撼迩，一个是发送队列，┮桓鍪墙邮斩恿校分别用于数据的发送和接收，如图4所示。

图4 传感器节点IPv6微型协议栈

2.2 可靠传输的设计与实现

数据的发送：若有数据需要发送，要先将其放入发送队列排队轮询，然后为其装配适配头，再经由MAC层对其处理发送。在收到下一跳节点对其回传的ACK后将数据从发送队列中清除，这样就完成了一次数据包的发送。

数据的接收：当节点接收到底层传上来的数据后，根据数据包的类型进入不同的处理函数，若节点接收到数据包是普通的Data包，则将数据放入接收队列，然后交由适配层进行处理，根据目的地的不同选择本地处理或转发。

数据的重传机制：在传统的IEEE 802.15.4协议中，在发送数据包给下一跳时都需要下一跳回复ACK，当超时没有收到ACK时则进行数据重传，最大重传次数(macMaxFrameRetries)［8］默认为3。3次重传失败后，直接丢弃数据包。

由此可见，传统的传输协议不对数据包进行分类，仅考虑单队列传输。另外，在节点对逐跳提供了最多3次的重传，无法保证关键信息包(如对空调的控制等信息)的准确传输。因此，需要对协议进行改进，对数据包进行优先级分类，利用优先级队列管理的思想，同时对关键信息包提供端到端的保证，以满足无线传感器网络建筑节能系统数据传输的应用需求。

2.2.1 优先级队列传输

根据三类不同的数据类型，将数据分为三个优先级，高优先级(High Priority，HP)，中优先级(Middle Priority，MP)，低优先级(Low Priority，LP)。每个节点内部有高、中、低三个优先级的FIFO(First In First Out)队列，分别表示为HP，MP，LP，并具有相同的缓存区长度，每个队列按照重要性的不同分配给不同的权值。当一个数据包到达时，首先应该通过数据包分类器进行过滤，按照种类的不同进行优先级划分，然后被添加至不同队列的队尾。优先级从列如图5所示。

对任意优先级队列，当检测到队列长度θL超出某一设定阈值θthr时，并不是立即启动置拥塞状态指示位C，而是以概率P置位(概率P的选择采用随机早期检测的方法，Random Early Detection，RED),这时说明网络即将出现拥塞或已出现轻微拥塞；当θL超过设定的阈值θthr，表明网络已经发生严重拥塞，为了尽快减缓拥塞，必须对数据包进行丢弃策略。在获得信道访问权进行队列调度时，从高优先级往低优先级的顺序依次调度，保证高优先级数据的及时性。同时为了保护高优先级信息的传输，将这些信息赋予高优先级的信道访问权，优先占用信道，使得这部分信息传输具有更少的退避时延。

图5 优先级队列

2.2.2 优先级ACK机制

IEEE 802.15.4标准中规定，发送信标帧或确认帧时，应将MAC帧头确认请求子域设置为0，不要求目标接收设备确认，发送任何广播帧确认请求子域都设置为0；MAC数据帧或MAC命令帧发送时，帧控制域确认请求子域应设置为1，接收设备将对发送帧进行确认，若目标接收设备正确接收到该帧将发送一个确认帧，该确认帧的数据顺序编号与所确认的MAC数据帧或MAC命令帧数据顺序编号相同。

若每一个MAC数据帧都要求接收方回复ACK帧，ACK帧在网络中的传输量将不可忽略。同时，若接收方正确接收MAC数据帧后回复的ACK帧在传输过程中丢失，导致MAC数据帧发送方认为上一次数据帧传输失败而重发数据帧，这类现象将引发不必要的数据重传，造成能量浪费。因此需要对IEEE 802.15.4 MAC协议ACK机制进行改进。

当网络稳健运行，监测环境中无特殊事件发生时，普通数据周期性由无线传感器网络向外界报告，这部分信息通常具有一定的冗余性。例如，无线传感器网络在一个小时内甚至更长的一段时间内采集建筑物室内的温度数据、光强数据，小量普通数据包的丢失不会对整个建筑节能系统的总体性能产生很大的影响。同时，在无人为等干扰情况下，无线链路状态良好，普通数据传输成功率很高，并不需要每一跳都有ACK确认回复。因此，对数据包的确认采用以下策略：

(1) LP低优先级数据包：不进行ACK确认；

(2) MP中优先级数据包：逐跳的ACK确认；

(3) HP高优先级数据包：逐跳的ACK确认+端到端的ACK确认。

对于低优先级数据包，不进行ACK确认，直接发送或者转发；对于中优先级数据包，进行逐跳的ACK确认，这也是IEEE 802.15.4标准的原先处理方式；对于高优先级数据包，源端发送高优先级数据后并不立即清除，而是将其放至特定缓存区，直到收到来自目的端的ACK确认信息方可清空缓存区，如果在一定时间内没有收到来自目的端的确认信息，则启动重传机制。

3 实际测试环境的搭建与测试

本文利用北京交通大学下一代互联网互联设备国家工程实验室自主开发和研制的微型传感路由器MSRLab6［10］进行验证，MSRLab6节点采用ATmega128作为处理器、射频芯片采用CC2420芯片，能量供应模块使用直流9 V电压供电或直接采用3.3 V干电池供电。验证系统如图6所示，主要是在机械楼7层实际场景部署。其中红色圆形节点(如7011等)为普通节点，红色三角形节点(如1951等)为中继节点，五角星节点(8919)为网关节点。各普通节点在收集每个房间的温湿度、光强等传感信息，通过中继节点以多跳的方式将数据发送至网关节点，网关节点将协议进行转换把数据发送给服务器并保存在本地数据库。在服务器端，用户可以在用户管理端的图形界面上发送命令，通过网关节点发送给普通节点，可以实现改变普通节点的配置，获取节点信息等功能。

图6 测试场景图

测试所发送的数据包如图7所示，前4位为适配头，转换为二进制为前16位，其中第12及13位表示数据包的优先级。“11”代表HP数据，“01”代表MP数据，“00”代表LP数据，对应到图中就分别为“18”,“08”,“00”。

图8是丢包率测试结果，由图可以看出，由于采用了端到端的确认机制可以保证高优先级数据的可靠传输；同时使得中优先级和低优先级数据的丢包率在5跳以内都低于传统的数据传输协议；在6跳以后，由于实际应用环境的复杂性(电磁以及人的干扰等)，网络性能不太稳定，数据传输的丢包率增加明显。因此本文提出的智能建筑数据传输协议满足实际应用中不同的应用需求。

在数据传输少于3跳的情况下，可靠传输机制对数据时延影响并不大，但在数据传输大于3跳后，可靠传输协议对时延的影响增大，特别是对HP数据，由于优先级高，省去了列队等待的时间，发送时延得到了有效减少。

图9 时延测试

4 结 语

本文首先对无线传感器网络的智能建筑节能系统进行了系统介绍，讨论了研究无线传感器网络数据传输技术的必要性，并结合智能建筑节能的特点和实际需求，设计和实现了一个基于优先级队列及优先级ACK的数据传输方案，对重要信息提供端到端的保证，实现了控制信息的及时、可靠传输。最后，本文通过实际测试平台对提出的协议进行了验证，并证明与传统的传输协议相比，在本传输协议影响下，对于重要的数据，丢包率减少，发送时延减少，各种优先级的数据均得到了更加可靠的传输。

参考文献

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［10］HUO H, ZHANG H, NIU Y, et al. MSRlab6: An IPv6 wireless sensor networks testbed \[C\]. Beijing, China: Proceeding of 8th International Conference on Signal Processing,2006.

作者简介：

杨显峰 女，1987年出生，山西太原人，硕士生。主要研究方向为无线传感器网络与下一代互联网。

宋 飞 男，1983年出生，河北唐山人，博士生。主要研究方向为下一代互联网等。

梁露露 男，1985年出生，湖北襄阳人，博士生。主要研究方向为无线传感器网络。