無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的論文

時(shí)間：2023-04-01 09:32:51 論文范文我要投稿

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　　電力線載波模塊由于電力線網(wǎng)絡(luò)的非規(guī)則性，使得信號(hào)傳輸受到電力網(wǎng)上各種干擾因素的影響，因此用電力線來傳送數(shù)據(jù)時(shí)如何抗干擾就成為一個(gè)不得不考慮的問題。

無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的論文

　　第一篇

　　1無線網(wǎng)絡(luò)門診輸液系統(tǒng)在醫(yī)院的實(shí)施及應(yīng)用

　　1.1輸液前(病人及輸液袋條碼標(biāo)簽的生成)(1)患者至藥房取藥，藥劑師在給病人藥物和處方時(shí)，用條碼打印機(jī)打印二維條碼，貼在藥物和輸液袋上;

　　(2)移動(dòng)門診輸液管理系統(tǒng)輸液病人先到輸液中心的服務(wù)臺(tái)，把藥物、輸液袋(印有條碼標(biāo)簽或RFID標(biāo)簽)交給護(hù)士;

　　(3)護(hù)士打印輸液標(biāo)簽前，用PDA掃描藥袋和輸液座位牌上的條碼，確認(rèn)病人的身份和輸液座位信息后，打印形成附帶條形碼的雙聯(lián)輸液標(biāo)簽，使病人身份與藥物產(chǎn)生唯一關(guān)聯(lián)標(biāo)識(shí)。

　　(病人姓名、藥物、輸液座位號(hào)等);(4)病人憑發(fā)票等向護(hù)理人員領(lǐng)取輸液座位牌，到規(guī)定的輸液座位上，靜等護(hù)士的服務(wù)。

　　1.2　輸液中(護(hù)士對(duì)輸液病人及藥物的條碼核對(duì))：護(hù)士按規(guī)定配置液體(相對(duì)凈化的配置室內(nèi)完成)，貼好標(biāo)簽后交給輸液護(hù)士。

　　在病人接受輸液及接瓶前，輸液護(hù)士先用PDA掃描藥袋、對(duì)其身份及藥物條碼進(jìn)行掃描匹配，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的識(shí)別。

　　當(dāng)對(duì)藥物、座號(hào)信息及病人身上佩戴輸液座位牌確認(rèn)無誤后，護(hù)士開始給病員輸液。

　　同時(shí)記錄了輸液操作服務(wù)的時(shí)間點(diǎn)、操作人員等信息。

　　病人在需要幫助的情況時(shí)(接瓶、結(jié)束輸液或發(fā)生其它特殊情況時(shí))，可自行按下無線呼叫器按鈕(設(shè)在輸液椅的扶手側(cè)面或其它不易誤觸發(fā)的位置上)，并有提示燈閃爍。

　　請(qǐng)求服務(wù)的信息通過無線網(wǎng)絡(luò)，在輸液室的任何地點(diǎn)正在忙于處理工作的護(hù)士手腕上的PDA即可進(jìn)行無線數(shù)據(jù)接收，并會(huì)發(fā)出提示音及屏顯某座位號(hào)、病人信息、輸液信息等的請(qǐng)求幫助，護(hù)士及時(shí)趕到解決輸液病人的要求，或轉(zhuǎn)請(qǐng)其它護(hù)士協(xié)助解決。

　　1.3輸液后(病人身份核對(duì))：當(dāng)病人結(jié)束輸液后，護(hù)士用PDA核對(duì)病人身份條碼及相關(guān)輸液信息，確保輸液正常完成。

　　輸液結(jié)束后，系統(tǒng)解除患者與座位號(hào)的綁定，便于接收下一位患者。

　　2總結(jié)

　　基于無線網(wǎng)絡(luò)的門診輸液系統(tǒng)的實(shí)施，將進(jìn)一步提高醫(yī)療服務(wù)人員的效率，優(yōu)化醫(yī)療服務(wù)的流程，顯著減少醫(yī)療差錯(cuò)，提高醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量，確保患者在正確的時(shí)間內(nèi)得到了正確有效的治療。

　　基于無線網(wǎng)絡(luò)的醫(yī)療無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將在以臨床方面為主導(dǎo)的醫(yī)療系統(tǒng)中，具有廣闊應(yīng)用前景，極大地推動(dòng)醫(yī)院信息化建設(shè)的步伐。

　　作者：徐治蕭單位：蘇州市立醫(yī)院本部

　　第二篇

　　1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　1.1電力線載波模塊由于電力線網(wǎng)絡(luò)的非規(guī)則性，使得信號(hào)傳輸受到電力網(wǎng)上各種干擾因素的影響，因此用電力線來傳送數(shù)據(jù)時(shí)如何抗干擾就成為一個(gè)不得不考慮的問題。

　　噪聲干擾以及傳輸距離的遠(yuǎn)近都與通訊效果的好壞有直接的關(guān)系，改善信噪比的關(guān)鍵就在于找到一款高性能的電力線載波芯片。

　　1.1.1載波芯片的選擇電力線載波芯片完成對(duì)信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)、對(duì)信號(hào)放大、濾波及與微控制器的通信等功能，它是電力線載波通信系統(tǒng)的核心。

　　該系統(tǒng)中選用SGS-THOM-SON公司的電力線載波芯片—ST7538，ST7538是在ST7536、ST7537基礎(chǔ)上推出的又一款專用的半雙工，同步/異步FSK調(diào)制解調(diào)器芯片，采取了多種抗干擾技術(shù)，利用它的多頻段性，可以很好的克服窄帶通信的缺點(diǎn)。

　　ST7538新增了7個(gè)載波頻率以及載波監(jiān)測(cè)、頻段占用檢測(cè)功能，比ST7536和ST7537更加智能、強(qiáng)大，且內(nèi)部集成了發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的所有功能，通過串口RxD、TxD和CLR/T等可以方便地與單片機(jī)連接，同時(shí)內(nèi)部具有電壓自動(dòng)控制和電流自動(dòng)控制，通過一個(gè)耦合電路即可接入到電力網(wǎng)中。

　　1.1.2ST7538芯片的主要工作原理ST7538內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，如圖3所示。

　　其中，SERIALINTERFACE部分是ST7538與微處理器(MCU)通信接口。

　　RxD為從電力線上接收數(shù)據(jù)的輸出引腳;TxD向電力線發(fā)送數(shù)據(jù)的輸入引腳;RxTx為ST7538接收/發(fā)送模式選擇的控制引腳;REG_DATA控制MCU對(duì)ST7538通信控制寄存器讀寫選擇;CLR/T是ST7538輸出的用于同步通信的時(shí)鐘線;管腳RAI和ATOP1/ATOP2是ST7538與電力線輸入/輸出的接口。

　　RAI用來接收來自電力線上的模擬信號(hào);ATOP1/ATOP2則是將調(diào)制后的信號(hào)進(jìn)行功率放大后輸出到電力線上[4]。

　　ST7538的4種工作模式由REG_DATA和RxTx引腳控制，如表1所示。

　　1.1.3電力線接口電路設(shè)計(jì)電力線接口電路用于連接ST7538載波芯片和電力線，它既是一個(gè)耦合電路，用于FSK信號(hào)的傳輸與接收;也是一個(gè)濾波系統(tǒng)，它的功能是濾掉220V/50Hz的交流信號(hào)的干擾、噪聲信號(hào)以及浪涌信號(hào)。

　　它的性能決定了通信的好壞，是實(shí)現(xiàn)載波通信的關(guān)鍵。

　　其由接收濾波電路、發(fā)送濾波電路和耦合保護(hù)電路3部分組成[5-6]。

　　電力線接口電路如圖4所示。

　　在使用ST7538發(fā)送或接收數(shù)據(jù)之前，可以通過對(duì)控制寄存器進(jìn)行寫操作來設(shè)置載波芯片的參數(shù)，如載波頻率、波特率等。

　　配置完畢，可以讀控制寄存器來驗(yàn)證配置是否正確。

　　ST7538與主控制器之間的數(shù)據(jù)傳送還可以通過數(shù)據(jù)包的方式，可以大大提高傳輸速率，由一個(gè)存放數(shù)據(jù)位的輔助緩沖器來實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)功能，當(dāng)數(shù)據(jù)量達(dá)到數(shù)據(jù)包指定比例時(shí)，緩沖的數(shù)據(jù)就傳向主控制器。

　　(1)發(fā)送濾波電路調(diào)制解調(diào)器在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)可能摻雜了一些偽信號(hào)和噪聲，這些干擾通常是載波信號(hào)的二次諧波或三次諧波，因此需要帶通濾波器來濾除干擾信號(hào)。

　　在圖4中，由C13、L12、C5、R10和L4以及33nF的電容構(gòu)成一個(gè)四階帶通濾波器，所用到的信道頻率f0是132.5kHz，帶寬選為60kHz。

　　其中，33nF的電容、L4、L12和等效感性阻抗LC的阻值都是給定的，而C13和C5的值是通過計(jì)算得到的。

　　為了達(dá)到更好的濾波效果，要注意變壓器的漏電感(0.1μH到10μH)、晶體二極管的漏電容(約2nF)和串聯(lián)器件的等效串聯(lián)電阻RES(從100mΩ到1Ω)，盡可能的選用電阻性器件。

　　由于電路中的各個(gè)器件相互影響，所以濾波電路還必須實(shí)現(xiàn)能夠隔離工頻電網(wǎng)，在此變壓器選用1∶1的隔離變壓器。

　　模擬電力線上的阻抗條件，在濾波器的輸出端加上一個(gè)感性負(fù)載，令該負(fù)載的阻抗值為2LC=100μH。

　　由于電路中的感性器件的RES要與其電感值成比例，并且感性器件的RES應(yīng)盡可能地小一些，因此L12選為10μH，L4選為22μH。

　　而33nF的電容主要是為了將變壓器與電力線進(jìn)行隔離，阻止低頻信號(hào)而使某些高頻信號(hào)通過并且濾掉電力線上的50Hz/60Hz的信號(hào)，同時(shí)該電容還有短路保護(hù)的作用，用來避免因電容短路失去濾波功能而損壞接口電路。

　　(2)接收濾波電路接收濾波電路的功能是用來濾除來自電網(wǎng)上的噪聲，這些噪聲會(huì)降低模塊的解調(diào)性能。

　　引腳ATOP2接地，引腳ATOP1為高阻抗時(shí)，電路處于接收狀態(tài)。

　　為保證可靠的接收，必須設(shè)計(jì)一個(gè)能濾除來自電網(wǎng)上的噪聲的濾波電路。

　　選用有源濾波器沒有無源濾波器好，因?yàn)橛性礊V波器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與接收信號(hào)相當(dāng)?shù)陌自肼暥斐深~外的干擾。

　　綜合考慮，用R11、C3和L7構(gòu)成一個(gè)二階無源帶通濾波器。

　　該濾波器只允許一定頻段的信號(hào)通過，而高于或低于該頻段的干擾和噪聲被抑制。

　　而電路中R11的阻值將會(huì)影響變壓器初級(jí)線圈電流及發(fā)送效果，如果R11的值太大了將會(huì)產(chǎn)生白噪聲，太小了將會(huì)影響發(fā)送時(shí)的效果，通過綜合考慮R11最終選擇750Ω。

　　(3)耦合保護(hù)電路由于電力線上負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，電力線上會(huì)產(chǎn)生較大噪聲甚至幅值很大的尖峰脈沖，該脈沖經(jīng)耦合后，會(huì)給后級(jí)電路帶來較大危害。

　　因此需要加入一個(gè)浪涌保護(hù)電路。

　　耦合保護(hù)電路一方面是為了避免電網(wǎng)上的工頻信號(hào)直接與低壓電路相連，另一方面用來阻止電網(wǎng)上的干擾尖峰對(duì)電路的破壞。

　　對(duì)于電網(wǎng)側(cè)的工頻信號(hào)，使用L4和33nF的電容組成的帶通特性濾除，載波信號(hào)通路是在L4和33nF的電容發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)形成的，對(duì)于50kHz的工頻信號(hào)，使用33nF的電容來隔離。

　　電網(wǎng)中的尖峰信號(hào)一般采用的是雙相穩(wěn)壓管進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)電壓值不小于穩(wěn)壓時(shí)，穩(wěn)壓管就會(huì)短接到地，進(jìn)而保護(hù)接口電路的器件不會(huì)被燒壞。

　　但是火線與零線間存在差模干擾，火線與地線，零線與地線之間存在共模干擾。

　　如果用一個(gè)雙向穩(wěn)壓管只能對(duì)差模尖峰信號(hào)起作用，所以當(dāng)出現(xiàn)共模尖峰信號(hào)時(shí)，就會(huì)對(duì)電路造成損壞，因此圖4采用3個(gè)晶體二極管連成星狀結(jié)構(gòu)，來消除共模尖峰信號(hào)。

　　D1和D3構(gòu)成一個(gè)雙向穩(wěn)壓管，來消除差模尖峰信號(hào)。

　　2.3分機(jī)模塊系統(tǒng)選用STC12C5608AD單片機(jī)作為終端節(jié)點(diǎn)的控制芯片，進(jìn)行室內(nèi)信息采集、家電控制。

　　STC12C5608AD系列單片機(jī)是一種低功耗、高性能、超抗干擾的新一代8051單片機(jī)，內(nèi)部集成專用復(fù)位電路，4路PWM，8路A/D轉(zhuǎn)換，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。

　　貼片型12C5608AD體積小，單價(jià)低廉，完全滿足家庭智能控制的需求。

　　ST7538與STC12C5608AD之間的連接采用SPI接口，如圖5所示。

　　發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)首先要判斷載波監(jiān)聽信號(hào)管腳CD/PD，如果CD/PD=1，說明信道中沒有數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，然后通過I/O端口使RxTx為低電平，ST7538處于發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)，然后數(shù)據(jù)從TxD送入ST7538處理器，發(fā)送數(shù)據(jù)經(jīng)過調(diào)制、濾波和差分放大后，由引腳ATOP1和ATOP2通過電力線接口電路發(fā)送到電力線上。

　　反之當(dāng)RxTx為高電平時(shí)，ST7538處于接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，由RxD腳將信號(hào)送入單片機(jī)中。

　　圖6為單片機(jī)外接分控電路。

　　本電路還可以根據(jù)實(shí)際需要加置相應(yīng)的傳感器，采集室內(nèi)信息并回送給主機(jī)單元，主機(jī)單元接收到回饋信息后經(jīng)判斷，然后執(zhí)行相應(yīng)的操作。

　　2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　軟件部分包括WEB平臺(tái)的搭建、GPRSDTU的配置、微控制器底層驅(qū)動(dòng)編寫。

　　軟件設(shè)計(jì)采用KEILMDK作為開發(fā)環(huán)境，KEILMDK集成了業(yè)內(nèi)最領(lǐng)先的技術(shù)，包μVision4集成開發(fā)環(huán)境與RealView編譯器，強(qiáng)大的Simulation設(shè)備模擬，性能分析等功能，可以讓開發(fā)者方便地開發(fā)嵌入式應(yīng)用程序。

　　2.1WEB服務(wù)器的構(gòu)建系統(tǒng)通過WEB服務(wù)器接入Internet，用戶可以在任何有網(wǎng)絡(luò)的地方通過WEB頁(yè)面，獲取該WEB服務(wù)器發(fā)布的實(shí)時(shí)信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)家中環(huán)境的遠(yuǎn)程控制。

　　WEB服務(wù)器的構(gòu)建是建立在嵌入式μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)之上，因此要先完成μC/OS-Ⅱ在Cotex-M3內(nèi)核上移植，然后將嵌入式設(shè)備專用TCP/IP協(xié)議棧LWIP(輕型TCP/IP協(xié)議)移植到μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)中，并使μC/OS-Ⅱ系統(tǒng)擴(kuò)展出以太網(wǎng)功能，通過簡(jiǎn)化HTTP的一些機(jī)制來實(shí)現(xiàn)精簡(jiǎn)的WEB服務(wù)器，使用戶通過WEB網(wǎng)頁(yè)就能與遠(yuǎn)程設(shè)備交互[7]。

　　WEB服務(wù)器工作時(shí)，用戶瀏覽器就是客戶端，服務(wù)器需要?jiǎng)討B(tài)的將系統(tǒng)的相關(guān)信息發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上，服務(wù)器與瀏覽器信息交換我們采用公共網(wǎng)關(guān)接口CGI(CommonGatewayInterface)，它運(yùn)行在服務(wù)器上，提供與客戶端HTML頁(yè)面的接口，完成HTML無法做到的交互功能。

　　客戶端動(dòng)態(tài)WEB網(wǎng)頁(yè)可以利用Javascript技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)借助Dreamever8開發(fā)工具通過HTML來實(shí)現(xiàn)。

　　完成后的界面如圖7所示[8-9]。

　　2.2GPRSDTU的配置GPRSDTU模塊一般帶有配置軟件。

　　模塊上電后，通過串口線與PC連接好，打開配置軟件，設(shè)置模塊入網(wǎng)的相關(guān)參數(shù)如IP、端口號(hào)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等，保存設(shè)置，重啟模塊即可工作。

　　客戶端可以通過手機(jī)短信與DTU實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，也可以通過上位機(jī)實(shí)現(xiàn)指令的發(fā)送[10-11]。

　　2.3微控制器底層驅(qū)動(dòng)及載波通信軟件設(shè)計(jì)當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，程序完成初始化系統(tǒng)開始運(yùn)行，GPRS自動(dòng)撥號(hào)上網(wǎng)，開始進(jìn)入數(shù)據(jù)接收狀態(tài)。

　　如果WEB客戶端發(fā)出控制信號(hào)，IP數(shù)據(jù)報(bào)被解析后，控制數(shù)據(jù)經(jīng)電力線載波模塊傳送至終端，終端接收成功便會(huì)發(fā)出接收成功的數(shù)據(jù)，主機(jī)完成一次數(shù)據(jù)發(fā)送，輪循進(jìn)入下一次數(shù)據(jù)收發(fā)。

　　主機(jī)接收到GPRS數(shù)據(jù)處理流程類似。

　　當(dāng)用戶發(fā)出查詢請(qǐng)求時(shí)，分機(jī)會(huì)據(jù)此將反饋信息發(fā)送到WEB頁(yè)面或用戶手機(jī)，用戶據(jù)此做出操作指令[12]。

　　主程序流程圖程序流程圖如圖8所示。

　　電力線載波通信的實(shí)現(xiàn)軟件流程如圖9所示，由于ST7538為半雙工調(diào)制解調(diào)芯片，為了避免主控通信口同時(shí)處于發(fā)送和接收狀態(tài)而造成數(shù)據(jù)傳輸?shù)臎_突，程序中是以狀態(tài)字的查詢以及中斷設(shè)置來完成。

　　無論從串口收到數(shù)據(jù)還是從電力線收到數(shù)據(jù)之后，都需要從串口的中斷狀態(tài)來判斷系統(tǒng)通道的情況，從而決定是將數(shù)據(jù)從ST7538傳向電力線還是傳向通信設(shè)備。

　　一旦數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)完成，則整個(gè)系統(tǒng)回到檢測(cè)狀態(tài)，等待新一輪數(shù)據(jù)收發(fā)啟動(dòng)。

　　3實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

　　為了檢驗(yàn)系統(tǒng)的可靠性，我們對(duì)電力線載波通信部分進(jìn)行了充分的測(cè)試，測(cè)試選擇在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件下進(jìn)行。

　　我們將主控端載波模塊與PC機(jī)通過串口線連接，同時(shí)接入實(shí)驗(yàn)室電網(wǎng)。

　　終端載波模塊同樣與另一臺(tái)PC機(jī)通過串口線連接并接入實(shí)驗(yàn)室電網(wǎng)。

　　這樣就可以通過串口調(diào)試助手進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)來檢驗(yàn)系統(tǒng)的可靠性。

　　首先由主控端PC機(jī)A發(fā)送一幀數(shù)據(jù)給主控端載波模塊A，經(jīng)調(diào)制解調(diào)耦合到電力線上，終端載波模塊B對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收，再通過串口發(fā)送給終端PC機(jī)B，PC機(jī)B收到數(shù)據(jù)之后再反饋一幀數(shù)據(jù)給PC機(jī)A，如果PC機(jī)A接收到的數(shù)據(jù)與預(yù)期的數(shù)據(jù)相同，則證明這次通信成功。

　　為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確，我們分別在5個(gè)時(shí)段進(jìn)行測(cè)試，每個(gè)時(shí)段實(shí)驗(yàn)次數(shù)為1000次。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通信成功率在99%以上，這說明應(yīng)用FSK調(diào)制解調(diào)通信技術(shù)進(jìn)行電力線載波通信的可行性。

　　目前，我們正對(duì)實(shí)驗(yàn)中反映出的一些問題進(jìn)行改進(jìn)。

　　4結(jié)束語(yǔ)

　　本文介紹了基于電力線載波的智能家居控制系統(tǒng)，以GPRS和以太網(wǎng)作為遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)，以低壓電力線作為室內(nèi)傳輸媒介，可以實(shí)現(xiàn)家用電器的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)集中控制。

　　本設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)為家庭智能控制系統(tǒng)提供了一套可靠的參考方案，具有很強(qiáng)的可移植性。

　　作者：李玉平羅友秦會(huì)斌張穩(wěn) 單位：杭州電子科技大學(xué)新型電子器件與應(yīng)用研究所電光源實(shí)驗(yàn)室

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