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廣告監(jiān)測系統(tǒng)范文第1篇

關(guān)鍵詞： 時間間隔測量； TDC?GP22； 高精度脈沖激光測距； 光電探測器

中圖分類號： TN835?34； TP212.9 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）04?0155?04

Design of high?precision time interval measuring system for pulsed laser range finding

TIAN Haijun， YANG Ting， ZHAO Yanghui

（School of Automation Engineering， Northeast Electric Power University， Jilin 132000， China）

Abstract： In the time interval measurement system， the time digital converter chip TDC?GP22 is adopted to realize the high?precision pulsed laser range finding， the high?performance microcomputer STM32 is taken as the main controller， and the semiconductor laser diode SPLLL90?3 and AD500?9 are served as the receiving photoelectric detectors. The measured results are transmitted to the microcontroller through SPI communication interface， and then the processed data is transmitted to the display LCD12864. The test results indicate that the precision of the measuring method can reach up to 65 ps， and the system has simple structure and high feasibility.

Keywords： time interval measurement； TDC?GP22； high?precision pulsed laser range finding； photoelectric detector

0 引 言

脈沖激光測距具有測距精度高、探測距離遠(yuǎn)、峰值功率高、對光源相干性要求低等特點，廣泛用于工業(yè)、民用、航天、醫(yī)藥等領(lǐng)域。目前激光測距方法有脈沖測距法、光子計數(shù)測距法和三角測距法。相比后兩者，脈沖測距法測程長、精度高、反應(yīng)時間短及沒有光圈。脈沖的工作波長、上升時間、寬度、占空比、峰值功率及大氣折射率影響時間間隔測量精度，其中脈沖寬度越窄精度越高，脈沖功率越大測程越長。在火電廠激光煤礦地質(zhì)測量系統(tǒng)中需要對煤堆高度進行精確測量。實踐中，通過時間間隔測量儀器測量激光飛行的時間間隔，測量占空比和功率會限制時間間隔的測量。因此，在激光煤礦地質(zhì)測量系統(tǒng)中時間間隔測量單元在整個系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用。本文提出了一種脈沖激光測距中高精度時間間隔測量系統(tǒng)的設(shè)計，TDC?GP22[1]芯片記錄激光接收和發(fā)射的時間信號差值，單片機STM32通過接口技術(shù)讀取測量結(jié)果并將結(jié)果送入顯示器，以實現(xiàn)距離測量。

1 脈沖激光測距系統(tǒng)

脈沖激光測距系統(tǒng)工作原理即單片機控制激光發(fā)射裝置發(fā)射占空比一定的激光脈沖，其中一小部分能量到達接收電路，然后光電探測器將微弱的光脈沖信號變成電脈沖信號并看作Start信號觸發(fā)時差測量。激光的大部分能量在空間中傳播，遇到目標(biāo)物后反射傳播到達接收電路，看作Stop信號結(jié)束測量，至此完成時差測量[2]。TDC?GP22芯片記錄Start脈沖到Stop脈沖之間的時差，用于計算目標(biāo)物到發(fā)射端的距離[3?4]。在上面的測量中，除了TDC?GP22芯片的時間間隔精度外，還有很多因素影響距離測量精度[5]，比如光的傳輸介質(zhì)、光束的散射程度以及接收單元的靈敏度等。圖1為激光測距系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

2 TDC?GP22芯片的工作原理

德國ACAM公司生產(chǎn)的TDC?GP22芯片是CMOS結(jié)構(gòu)設(shè)計的高精度時間數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片，時間間隔由邏輯門的傳輸延遲來量化，通過測量兩個或多個脈沖之間的時間間隔進行精確測量[6]。TDC?GP22芯片的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由TDC模塊、溫度測量模塊、ALU算術(shù)邏輯模塊、控制時鐘模塊及串行接口模塊等組成。TDC?GP22芯片有兩種測量范圍，每個測量范圍的分辨率均能達到65 ps，測量范圍1為0～1.8 μs；測量范圍2為500 ns～4 ms。根據(jù)本系統(tǒng)測量要求，選擇芯片的測量范圍1實現(xiàn)高精度時間間隔測量。

TDC時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元由信號通過門電路的傳輸延遲實現(xiàn)高精度時間測量[7?9]。首先進行系統(tǒng)初始化，由Start接收到有效脈沖信號觸發(fā)，并在接收到Stop有效脈沖信號后結(jié)束工作。Start信號和Stop信號之間的時間間隔由粗值計數(shù)器的計數(shù)值和環(huán)形振蕩器的位置計算出來。

溫度和電壓對TDC時間測量系統(tǒng)有較大影響，因此通過測量一個時間間隔和外部脈沖，對比兩者之間的測量值校準(zhǔn)消除溫度和電壓變化帶來的誤差。在校準(zhǔn)時，TDC?GP22芯片能產(chǎn)生穩(wěn)定的時鐘信號，當(dāng)其對外部信號測量完成后，再測量1倍的Cal1內(nèi)部基準(zhǔn)時鐘周期和2倍的Cal2內(nèi)部基準(zhǔn)時鐘周期。參考時鐘周期值分別為Cal1，Cal2，參考時鐘信號是RefClk，即可得出Cal1， Cal2的值。

通過下式計算可得出校準(zhǔn)之后的精確時間差：

式中：RES_X為TDC時間間隔計數(shù)值；t為TDC校準(zhǔn)時間測量值。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 激光發(fā)射電路設(shè)計

采用DALLLA公司生產(chǎn)的DS1040可編程脈沖發(fā)生器，DS1040芯片的P0～P2引腳分別與單片機的PA4～PA6引腳相連，通過單片機的I/O口輸出高低電平控制DS1040。驅(qū)動芯片采用東芝公司的EL7104C芯片，具有高速、響應(yīng)時間短、供電電流小、單通道的特點，通過內(nèi)部電路集成的增壓電路來增大輸入電壓。電容C1，C2濾除電源帶來的雜波。為了防止大電流燒壞芯片，電阻R1起限流作用。激光二極管采用OSRAM公司的SPLLL90_3，它是一款集成度高、體積小、低功耗的激光器，中心波長為905 nm、輸出峰值功率為70 W，主要應(yīng)用在激光測距領(lǐng)域內(nèi)。激光發(fā)射電路如圖2所示。

3.2 激光接收電路和鑒時電路設(shè)計

激光接收電路和鑒時測量電路設(shè)計如圖3所示，光電探測器選擇Silicon Sensor公司生產(chǎn)的AD500?9雪崩二極管[10]實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，它具有響應(yīng)時間快、探測靈敏度高、增益大的特點，可提高測量精度和減少噪音干擾，因此把它看作脈沖計數(shù)單元的觸發(fā)信號。為保證探測器采集的數(shù)據(jù)不丟失，采用德州公司生a的UA733放大器將雪崩二極管轉(zhuǎn)換的電脈沖信號放大，它具有較高的穩(wěn)定性、低相位失真和快速的信息處理能力，能夠?qū)π盘柗糯?0～400倍。為了提高信噪比，在接收模塊中采用MAX913比較器，它是一款高速低耗的電平輸出比較器，通過設(shè)定電平值濾波。

在鑒時電路中，時間數(shù)字芯片TDC?GP22通過外接32.768 kHz基準(zhǔn)時鐘和4 MHz的石英晶振來控制和校準(zhǔn)時鐘。微控制器選用STM32F103C8T6單片機，工作最高頻率為72 MHz，F(xiàn)LASH程序存儲器是64 KB和高達20 KB的SRAM，多達9個通信接口，其中包括2個I2C接口和2個SPI接口。支持2種JTAG接口調(diào)試模式和串行單線調(diào)試，能滿足低功耗要求。STM32系列單片機具有豐富的庫函數(shù)、成本低、功耗低、性能高的優(yōu)點，因此易于開發(fā)產(chǎn)品。單片機主要對TDC?GP22芯片的時間控制和寄存器配置，時間測量結(jié)果通過SPI接口技術(shù)送入單片機，對整個系統(tǒng)進行控制。

在圖3中TDC?GP22芯片的Stop1和Stop2端口控制脈沖的接收和發(fā)射信號，RSTN中斷輸入信號引腳和單片機的PA9引腳相連，低電平有效，未工作前芯片要復(fù)位。TDC?GP22的SSN，SO，SI，SCK引腳分別與單片機的PA4～PA7引腳相連，使用SPI1接口進行數(shù)據(jù)通信。EN_START，EN_STOP1，EN_STOP2引腳分別與單片機的PC13～PC15引腳相連，INTN引腳接地。JTCK，JTMS，JNRST，JTDI，JTDI，RET引腳看作JTAG的引腳，為單片機調(diào)試和下載程序使用。在使用STM32系列單片機時需注意，所有VSS引腳須接地、VDD引腳須接VCC。

4 軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖如圖4所示，系統(tǒng)初始化包括LCD初始化、寄存器配置、TDC?GP22初始化。在未工作前，TDC?GP22芯片的en_start和en_stop引腳低電平有效，未選通Start和Stop通道。在對TDC?GP22寄存器配置完成之后，分別設(shè)置每個通道的采樣個數(shù)和測量范圍并確定ALU的計算方法。單片機給TDC?GP22發(fā)送開啟命令，確保TDC?GP22進入測量狀態(tài)，一旦TDC?GP22的start通道接收到有效信號時，此信號看作激光的一部分能量。

當(dāng)反射的激光信號到達接收單元時，反射光線對信號進行處理后，TDC?GP22的Stop通道開始測量，在完成一次測量之后關(guān)閉Start和Stop通道。校準(zhǔn)TDC?GP22之后，單片機在中斷響應(yīng)到來后會讀取寄存器數(shù)值，若沒溢出，則TDC?GP22會記錄出時間間隔測量值。數(shù)據(jù)校準(zhǔn)格式是16進制的32位浮點數(shù)，每8位數(shù)據(jù)通過單片機的SPI口讀取一次，即分4次讀出校準(zhǔn)值。若有6次的數(shù)據(jù)一樣，則認(rèn)為測量結(jié)果正確，若不正確則刪除，重新校準(zhǔn)TDC?GP22并繼續(xù)測量。為了提高測量精度，在整個測量系統(tǒng)中需要每次對TDC?GP22初始化。在單片機系統(tǒng)設(shè)計中，C語言編寫的特點是易于維護、編寫代碼的效率及其重復(fù)率高等，因此C語言在單片機系統(tǒng)設(shè)計中得到了廣泛的應(yīng)用。

5 實驗結(jié)果

文中實現(xiàn)了脈沖激光測距中高精度時間間隔測量系統(tǒng)的設(shè)計，基于 TDC?GP22的測量范圍1和測量范圍2

進行了大量的實驗測試。

分別計算出每組數(shù)據(jù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，繪制脈沖時間?測量誤差曲線如圖5所示。

6 結(jié) 論

測試結(jié)果表明，系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)差的均值約為68 ps，與TDC?GP22標(biāo)準(zhǔn)相差3 ps。這是由于傳感器的制造工藝及外部因素難免出現(xiàn)一些誤差，致使測量誤差增加。該系統(tǒng)有效地提高了脈沖飛行時間的測量精度和穩(wěn)定性，優(yōu)化了系統(tǒng)的性能和電路結(jié)構(gòu)，滿足了脈沖激光測距系統(tǒng)的精度要求。

參考文獻

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廣告監(jiān)測系統(tǒng)范文第2篇

【關(guān)鍵詞】光纖光柵傳感器 無線傳輸 觸指壓力 ZigBee 在線監(jiān)測

目前，高壓隔離開關(guān)觸頭發(fā)熱問題會導(dǎo)致觸頭發(fā)熱部位熔化，增加停電次數(shù)，影響電網(wǎng)運行結(jié)構(gòu)。經(jīng)過對現(xiàn)有的高壓隔離開關(guān)發(fā)熱問題的分析、統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，隔離開關(guān)觸指發(fā)熱占到全部發(fā)熱問題的80%以上，而隔離開關(guān)觸指壓力不足而導(dǎo)致接觸部位接觸不良引起的觸頭發(fā)熱占到隔離開關(guān)觸指發(fā)熱缺陷的60%以上，因此，減少高壓隔離開關(guān)發(fā)熱的關(guān)鍵是保證隔離開關(guān)觸指的壓力。目前有幾種離線方式檢測：通過測試刀閘回路的接觸電阻來判斷接觸部位的接觸情況，粗略地判斷隔離開關(guān)觸指的壓力是否合格；通過模擬觸指，設(shè)計模具，通過壓力傳感器的數(shù)據(jù)采樣判斷隔離開關(guān)觸指的壓力是否合格；以上方法都缺少預(yù)防性的監(jiān)控手段，無法滿足實時監(jiān)測的需求；為了滿足《河北省電力公司輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修導(dǎo)則》9.3.1款“檢查動靜觸頭接觸壓力”以及《河北省電力公司輸變電設(shè)備狀態(tài)診斷導(dǎo)則》11.2.2款“隔離開關(guān)觸指壓力不符合技術(shù)條件”的檢測要求，增加隔離開關(guān)狀態(tài)檢測手段，填補工作中無法測量觸指壓力的盲點，迫切需要隔離開關(guān)觸指壓力的在線監(jiān)測系統(tǒng)。

1 高壓隔離開關(guān)

高壓隔離開關(guān)有多種分類方式。根據(jù)極數(shù)分為單極和三極；按操作機構(gòu)可分為手動式，電動式和液壓式。按絕緣支柱數(shù)目可分為單柱式隔離開關(guān)、雙柱式隔離開關(guān)和三柱式隔離開關(guān)，其中單柱式隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)最為簡單，有體積小、接引導(dǎo)線少的優(yōu)點，在需要節(jié)約空間的工況中使用有較大優(yōu)勢。隔離開關(guān)在電力系統(tǒng)中主要起安全隔離作用，它的任務(wù)是在無負(fù)荷下分、合電路，以達到停電檢修和轉(zhuǎn)換電路的目的。

1.1 單柱式隔離開關(guān)

單柱式隔離開關(guān)是只有一個絕緣支柱的隔離開關(guān)。它由絕緣支柱、折疊活動臂（動觸頭）和靜觸頭三部分組成。如圖1所示：按折疊活動臂結(jié)構(gòu)的不同可分為剪刀式和半剪刀式兩種型式的活動。其中絕緣支柱用來支持和操作上部導(dǎo)電桿和折疊活動臂。通常由兩個支柱絕緣子組成，一個是固定的大直徑、高強度支柱絕緣子，起支持導(dǎo)電、絕緣支柱單柱式隔離開關(guān)部分的作用；另一個是活動的小直徑、普通強度的支柱絕緣子，能水平旋轉(zhuǎn)，用以操作活動，完成斷開和閉合的動作。折疊活動臂隔離開關(guān)的導(dǎo)電部分，又稱動觸頭。它安裝在絕緣支柱的上部，沿垂直方向起落，以完成斷開和閉合的動作。

活動臂有兩種結(jié)構(gòu)：（1）單側(cè)折疊活動臂，非對稱結(jié)構(gòu)，簡稱半剪刀式。（2）雙側(cè)折疊活動臂，對稱結(jié)構(gòu)，簡稱剪刀式。折疊活動臂是隔離開關(guān)的核心部件，應(yīng)滿足載流量的要求，并具有規(guī)定的動、熱穩(wěn)定性，一般用鋁合金管或銅管制成。由于單柱式隔離開關(guān)的靜觸頭安裝在母線上，具有一定的風(fēng)偏搖擺，故要求折疊活動臂具有足夠的長度，使隔離開關(guān)在風(fēng)偏時能可靠的夾住靜觸頭。由于結(jié)構(gòu)不同，半剪式隔離開關(guān)的靜觸頭垂直母線安裝，剪刀式隔離開關(guān)的靜觸頭平行母線安裝。

單柱式隔離開關(guān)的應(yīng)用具有以下特點：（1）它是垂直開啟的方式，通常用作母線隔離開關(guān)，可以直接分布在母線下方，減少高壓比電裝置的縱向尺寸，節(jié)省占地。（2）它的折疊活動臂結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，隔離開關(guān)的價格交規(guī)，通常只在電壓等級較高的配電裝置中采用，在我國已形成220～500kV單柱式隔離開關(guān)的系列產(chǎn)品。（3）剪刀式隔離開關(guān)鉗夾范圍大，與有一定風(fēng)偏搖擺的軟母線配合有利，而半剪刀式隔離開關(guān)鉗夾范圍小，與固定不動的硬母線（支持式）配合有利。

圖1 單柱式隔離開關(guān)圖

1.2 雙柱式隔離開關(guān)

雙柱式隔離開關(guān)圖2所示，由兩個垂直布列的絕緣支柱組成的隔離開關(guān)。每極有兩個可轉(zhuǎn)動的觸頭，分別安裝在單獨的瓷柱上，且在兩個支柱之間接觸，其斷口方向與底座平面平行的隔離開關(guān)。按不同的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)可分成水平旋轉(zhuǎn)式和水平伸縮式兩種類型。雙柱水平旋轉(zhuǎn)式隔離開關(guān)是由兩根絕緣支柱同時起支撐和傳動作用，為確保隔離開關(guān)和接地開關(guān)兩者之間操作順序正確，在產(chǎn)品或結(jié)構(gòu)上裝有機械聯(lián)鎖裝置，以保證“主分-地合”、“地分―主合”的順序動作。此種結(jié)構(gòu)的支柱既起支撐作用又起傳動作用，所以雖然結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，但不易向超高壓發(fā)展。雙柱水平旋轉(zhuǎn)式隔離開關(guān)具有活動關(guān)節(jié)少，結(jié)構(gòu)簡單，操作力較小的優(yōu)點，但當(dāng)斷開時，帶電的導(dǎo)電活動也跟著旋轉(zhuǎn)90°，增加了隔離開關(guān)的相間距離，從而加大了配電裝置的間隔寬度。例如采用252kV雙柱水平旋轉(zhuǎn)式隔離開關(guān)的配電裝置的間隔寬度為14m，而其它型式只需要13m。但是由于它操作時只有旋轉(zhuǎn)絕緣支柱的簡單動作，且僅有一個斷開點，運行安全可靠，具有其它型式隔離開關(guān)無法比擬的優(yōu)點。

圖2 雙柱式隔離開關(guān)圖

1.3 三柱式隔離開關(guān)

三柱式隔離開關(guān)由三個垂直布置的絕緣支柱及其它部件組成的隔離開關(guān)。中間支柱的頂部安裝水平導(dǎo)電臂，隨著中間支柱的旋轉(zhuǎn)而改變位置。兩個邊側(cè)支柱固定不動，其頂部均安裝靜觸頭。合閘時，水平導(dǎo)電臂部分兩端的靜觸頭；分閘時中間支柱帶動水平導(dǎo)電臂旋轉(zhuǎn)60°。在兩側(cè)靜觸頭之間分別形成空氣間隙，其隔離作用是由兩個串聯(lián)空氣間隙形成的。其結(jié)構(gòu)示意如圖3所示。三柱式隔離開關(guān)由于其支柱較多，加大了擦洗支柱絕緣子的工作量；中間支柱需要同時操作兩個水平活動導(dǎo)電臂，其操作力較大。但它所要求的相間距離較小，故在220～330kV配電裝置中應(yīng)用較多。由于它的縱向尺寸較大，用作母線隔離開關(guān)時，需要增加母線相間距離，從而增加配電裝置的占地，因此一般都將三柱式隔離開關(guān)用作出線或進線隔離開關(guān)。在500kV配電裝置中，由于它的縱向尺寸太大，水平活動臂太長，操作時會產(chǎn)生抖動，故一般都不采用。

圖3 三柱式隔離開關(guān)圖

1.4 高壓隔離開關(guān)觸指壓力的傳統(tǒng)檢測方法

（1）彈簧秤拉伸法。由于高壓隔離開關(guān)的觸指壓力是由隔離開關(guān)的動、靜觸頭之間接觸而產(chǎn)生的。采用彈簧秤法是將彈簧秤的一端固定在隔離開關(guān)靜觸頭端，其位置在隔離開關(guān)的動、靜觸頭之間的接觸點上，再用力拉伸彈簧秤直至隔離開關(guān)的動、靜觸頭之間剛剛開始出現(xiàn)縫隙時，讀取彈簧秤的讀數(shù)即為隔離開關(guān)的觸指壓力。（2）人工經(jīng)驗法。人工經(jīng)驗法是一種最簡單、最直接的用于檢測高壓隔離開關(guān)的觸指壓力的方法，依靠檢修人員的經(jīng)驗，比如數(shù)加力手柄搖動的圈數(shù)或用雙手拉動剪力式開關(guān)的兩臂來估計接觸壓力的大小。（3）模擬隔離開關(guān)動觸頭法。模擬隔離開關(guān)動觸頭器件，將傳感元件安裝在模擬的隔離開關(guān)動觸頭上，在不通電的情況下將模擬動觸頭插入隔離開關(guān)動、靜觸頭實際合閘位置，這樣對隔離開關(guān)觸指壓力進行測量。

1.5 高壓隔離開關(guān)觸指壓力檢測的研究現(xiàn)狀

在各類檢修規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)中都有測量觸指接觸壓力的規(guī)定，將彈簧秤作為推薦的測量工具，而在實際工作中，測量觸指壓力要在高空，用彈簧秤檢測觸指壓力不但不方便、不準(zhǔn)確也不安全，且有不少觸頭由于有外罩遮擋等原因而不能直接測量。模擬隔離開關(guān)動觸頭法都是在不通電的情況下將模擬動觸頭插入隔離開關(guān)動、靜觸頭實際合閘位置，這樣對隔離開關(guān)觸指壓力進行測量。這種測量方法必須要在斷電的時候進行測量，而且測量的并不是真正的動觸頭合閘時所產(chǎn)生的觸指壓力，不能實現(xiàn)隔離開關(guān)觸指壓力的實時在線安全監(jiān)測，不能及時的反映隔離開關(guān)觸指壓力的變化，不能精確的判斷動觸頭合閘時的安全合閘位置。因此有必要對實現(xiàn)高壓隔離開關(guān)觸指壓力的實時在線監(jiān)測進行研究。

2 基于光柵傳感器和無線傳輸?shù)母邏焊綦x開關(guān)觸指壓力在線監(jiān)測系統(tǒng)

基于光柵傳感器和無線傳輸?shù)母邏焊綦x開關(guān)觸指壓力在線監(jiān)測系統(tǒng)可以實時監(jiān)測隔離開關(guān)的觸指壓力，可以及時分析出現(xiàn)場隔離開關(guān)的運行情況，減少由于觸指壓力不足導(dǎo)致的接觸不良進而引起觸頭發(fā)熱的現(xiàn)象，可以減少停電次數(shù)，提高國家電網(wǎng)運行效率。

2.1 光纖光柵應(yīng)變傳感器介紹

光纖光柵應(yīng)變傳感器是以光纖為載體，在光纖的局部區(qū)域?qū)懭牍鈻牛梅瓷浠蛲干洳祭窆鈻欧逯挡ㄩL移動的特性來實現(xiàn)對被測結(jié)構(gòu)的應(yīng)變值的絕對測量。光纖光柵傳感器有很多優(yōu)點，如體積小、靈敏度高、響應(yīng)速度快、抗電磁干擾、無零漂、易于安裝、復(fù)用性好、使用壽命長等特點。廣泛應(yīng)用在橋梁、堤壩的安全監(jiān)測，油庫、倉庫、高層建筑、礦井和隧道的火災(zāi)防護、電力等多個領(lǐng)域。

2.2 光纖光柵應(yīng)變傳感器工作原理

應(yīng)用光纖光柵進行應(yīng)變測量，主要通過獲得在盈利作用下，光柵反射的中心波長的漂移而間接的得到。大量實驗表明，在恒溫條件下，光纖光柵均勻軸向應(yīng)變引起波長移位的縱向應(yīng)變靈敏度公式：

（1）

其中： （2）

為有效彈光常數(shù)；而：

（3）

為光纖光柵相對波長移位應(yīng)變靈敏度系數(shù)。利用純?nèi)廴谑⒌膮?shù)，p11=0.121，p12=0.270，υ=0.17，neff=1.456，可得光纖光柵相對波長移位應(yīng)變靈敏度系數(shù)sε=0.784。如果取波長λ為1541.254則光纖光柵彈光效應(yīng)單位縱向應(yīng)變引起的波長移位為1.208pm/με.由（2）式知光柵的應(yīng)變與波長的變化之間的關(guān)系式為： （4）

即通過光柵中心波長的變化，由（4）式求得結(jié)構(gòu)的應(yīng)變值。

2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成介紹

高壓開關(guān)觸指壓力在線監(jiān)測系統(tǒng)主要有光纖光柵應(yīng)變傳感器，觸指壓力光纖解調(diào)和無線傳輸模塊，觸指壓力監(jiān)控裝置構(gòu)成。

2.3.1 光纖光柵應(yīng)變傳感器

當(dāng)隔離開關(guān)動靜觸頭接觸時，光纖光柵應(yīng)變傳感器可以實時采集到應(yīng)變量值，并通過光纖將數(shù)據(jù)傳到光纖解調(diào)和無線傳輸部分。光纖光柵應(yīng)變傳感器現(xiàn)場安裝時，用膠接方式將傳感器固定在結(jié)構(gòu)物表面，安裝十分簡單。同時此傳感器精度高，穩(wěn)定性好，在惡劣環(huán)境下性能優(yōu)越，抗機械疲勞，能消除電回聲探測和電火花危險，不受電磁干擾。

2.3.2 觸指壓力光纖解調(diào)和無線傳輸端

隔離開關(guān)觸指壓力是由隔離開關(guān)進行合閘操作后隔離開關(guān)動、靜觸頭相擠壓所產(chǎn)生的線接觸壓力。觸指壓力光纖解調(diào)器將光纖光柵應(yīng)變傳感器發(fā)來的數(shù)據(jù)進行分析處理，并將處理后的數(shù)據(jù)以無線ZigBee的方式傳到觸指壓力監(jiān)控裝置端顯示。光纖解調(diào)采用低功耗嵌入式處理器設(shè)計，性能穩(wěn)定可靠，同步采樣速率可在0～5HZ范圍內(nèi)設(shè)定。無線傳輸模塊采用ARM核心處理器，雙路ZigBee芯片，AC/DC模塊，模具外殼加工時充分探討磁鐵的安裝位置和電源出線方式，實現(xiàn)實時傳輸。

2.3.3 觸指壓力監(jiān)控裝置

一體化工業(yè)平板電腦，USB口轉(zhuǎn)ZigBee通訊接口模塊，USB口轉(zhuǎn)GPRS通訊接口模塊，通訊收發(fā)處理程序軟件，一次主接線圖和壓力數(shù)值顯示界面，故障處理專家系統(tǒng)軟件。

2.4 主要技術(shù)指標(biāo)介紹

（1）光纖光柵應(yīng)變傳感器技術(shù)指標(biāo)表1所示。

表1 光纖光柵應(yīng)變傳感器技術(shù)指標(biāo)

項目

參數(shù)值

量程（με）

300

精度（με）

0.5%F.S.

分辨率（με）

0.1%F.S.

光柵中心波長（nm）

1528～1563

反射率

≥80%

工作溫度范圍（℃）

-30～85

尺寸（mm）

25×6×1

尾纖

耐腐蝕PU披覆鎧裝，兩端各1.5m，可定制

（2）觸指壓力光纖解調(diào)和無線傳輸端主要技術(shù)指標(biāo)表2所示。

表2 觸指壓力光纖解調(diào)和無線傳輸端主要技術(shù)指標(biāo)

項目

參數(shù)值

光通道數(shù)

1/4/8/16/24

每通道最大測點數(shù)

50，推薦測點數(shù)：25

同步采樣頻率

5HZ

波長測量范圍

1525nm～1565nm （1510nm～1590nm可定制）

波長分辨率

0.1pm

波長精度

±1pm

應(yīng)變測量精度

±2με

應(yīng)變分辨率

0.1με（典型值）

無線傳輸距離

≥100m（無阻擋）

（3）觸指壓力監(jiān)控裝置主要技術(shù)指標(biāo)表3所示。

表3 觸指壓力監(jiān)控裝置主要技術(shù)指標(biāo)

項目

參數(shù)

外形尺寸

10.2寸

前面板尺寸

285mm*163mm

觸摸屏

4線高精度電阻式，硬度>3H，單點100萬次

內(nèi)存

64MB SDRAM

功耗

12V，170～400mA

通信串口

2路RS232，1路RS485

電源管理

9V―28V外接電源

對比度

400：1

擴展選配功能

WIFI、GPS、GPRS、藍(lán)牙、Watchdog

3 結(jié)語

隔離開關(guān)是電力系統(tǒng)中應(yīng)用范圍最廣泛的高壓開關(guān)設(shè)備。戶外隔離開關(guān)容易受到環(huán)境氣候條件影響。尤其是接觸部分容易受雨水、灰塵及有害氣體的侵襲產(chǎn)生接觸不良而導(dǎo)致發(fā)熱，彈簧會因發(fā)熱而退化使壓力降低，這樣導(dǎo)致觸點發(fā)熱形成惡性循環(huán)最終燒壞而釀成事故。而人員在檢修時往往對那些壓力降低的彈簧無法判斷與更換，這樣在再次運行中，每個觸指電流的分布會因壓力不同而不同，差別越大電流分布越不均勻，長期運行后就會發(fā)生接觸不良而過熱。觸指的發(fā)熱會惡性循環(huán)，一個觸指接觸不好就會蔓延整個觸頭接觸不良。光纖光柵應(yīng)變傳感器可以實時監(jiān)測高壓隔離開關(guān)觸指壓力，而且采集的應(yīng)變數(shù)據(jù)靈敏度高，精度高。光纖光柵應(yīng)變傳感器采用表面粘貼工藝，經(jīng)過多方的實驗驗證，光纖光柵應(yīng)變傳感器的測量結(jié)果是真實有效的。因此隔離開關(guān)觸指壓力在線監(jiān)測系統(tǒng)在一定程度上降低了事故跳閘率，提高了電網(wǎng)運行效率，保障了電力系統(tǒng)的安全運行。

參考文獻：

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廣告監(jiān)測系統(tǒng)范文第3篇

關(guān)鍵詞：云計算；廣播電視；監(jiān)測系統(tǒng)；應(yīng)用

1云計算技術(shù)概述和應(yīng)用意義

1.1功能

由大量計算機組成大型的資源池，按照需要對計算任務(wù)進行分配，同時利用各種應(yīng)用系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行計算、存儲，并提供相應(yīng)的軟件服務(wù)，用戶通過此技術(shù)可獲得大量的計算機資源，可建立自我管理的計算資源平臺，并可按需要定制軟件架構(gòu)，且具有易擴展性。此技術(shù)主要為用戶提供便捷、安全、高效的數(shù)據(jù)計算、處理、在線存儲等服務(wù)，并具有無可替代的應(yīng)用優(yōu)勢[1]。

1.2特征

通過平臺、其他設(shè)施、軟件、效用計算以及虛擬化等概念的結(jié)合及不斷地演進和升級，最終云計算技術(shù)得以實現(xiàn)，其具備的基本特征有分布式、虛擬性、通用性、高可靠性以及高擴展性。通過對各種存儲資源的充分整合和利用，對不同應(yīng)用、運行予以支持，并對服務(wù)的可靠性予以保障，使用戶的擴展需求得到充分滿足。

1.3意義

在廣電原有的監(jiān)測系統(tǒng)中，當(dāng)新業(yè)務(wù)增加時，需要有針對性地對原有的監(jiān)控系統(tǒng)進行升級或更新，不僅需要投入大量資金，同時也會造成資源浪費，系統(tǒng)穩(wěn)定性受到影響，系統(tǒng)作用無法充分發(fā)揮。應(yīng)用云計算技術(shù)，能夠有效解決上述問題，實現(xiàn)系統(tǒng)升級或設(shè)備更新，降低相關(guān)人力資源投入等成本，對監(jiān)測系統(tǒng)功能進行拓展和豐富，實現(xiàn)管理的統(tǒng)一化技術(shù)支持，也為用戶帶來更多樣化的服務(wù)，使監(jiān)測系統(tǒng)所服務(wù)的對象范圍得到拓寬，提高潛在用戶的有效覆蓋率。通過應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)、虛擬化技術(shù)等相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，使原有模式得到徹底改變，使各個系統(tǒng)得到有效整合，構(gòu)建統(tǒng)一的平臺。對整合的硬件資源進行有效利用或壓縮，實現(xiàn)資源共享和獨立使用。通過應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，得到監(jiān)測挖掘數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)交叉分析等技術(shù)支持，提高工作效率。利用現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管技術(shù)，對原有資源進行重新合理分配，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，不再需要利用物理遷移的方式實現(xiàn)，通過統(tǒng)一平臺就能簡單快捷地完成。同時，利用管理模塊，分配時間縮短，遷移工作量得以有效減少。廣電監(jiān)測系統(tǒng)中，通過監(jiān)聽和監(jiān)看系統(tǒng)可以獲取海量的數(shù)據(jù)信息，通過應(yīng)用云技術(shù)，使數(shù)據(jù)全面分析得以實現(xiàn)，對數(shù)據(jù)進行整合、挖掘、分析，對有效數(shù)據(jù)進行分享利用，并作為作出決策的重要依據(jù)和基礎(chǔ)，使廣電監(jiān)測系統(tǒng)模式得到全面更新和完善。

2云計算關(guān)鍵技術(shù)

2.1數(shù)據(jù)預(yù)處理

針對為非結(jié)構(gòu)化和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)，對其進行數(shù)據(jù)的抽取和清洗。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)同質(zhì)化，使數(shù)據(jù)集成后分析速度得以有效保證。在進行數(shù)據(jù)抽收和分析時，因部分?jǐn)?shù)據(jù)與分析目標(biāo)之間缺乏相關(guān)性，需要將不相關(guān)的數(shù)據(jù)清除，使系統(tǒng)的分析效率和質(zhì)量得到提高。目前，廣泛應(yīng)用的處理軟件主要有Powercenter和Datastage，通過針對性地收集數(shù)據(jù)，并按數(shù)據(jù)復(fù)雜程度進行次序排列，使數(shù)據(jù)分析處理效率得到有效提高。

2.2數(shù)據(jù)存儲、管理

對海量數(shù)據(jù)進行分析和儲存，同時通過有效的數(shù)據(jù)管理使數(shù)據(jù)處理效率得到有效保證。數(shù)據(jù)處理的整個過程包括收集、存儲、處理等，可對其進行有組織的管理，通過與相應(yīng)數(shù)據(jù)庫的連接，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)信息及時分析、更新和修改。另外，對數(shù)據(jù)還能進行運行保護，避免出現(xiàn)偏差，使傳統(tǒng)的管理系統(tǒng)和人工處理方式得到有效改善，使工作效率和數(shù)據(jù)安全性得到有效提高[2]。

2.3數(shù)據(jù)智能分析和共享

通過云計算技術(shù)能夠針對海量數(shù)據(jù)進行自動信息識別，根據(jù)關(guān)鍵詞在線搜索，極短時間內(nèi)能夠?qū)?shù)據(jù)進行挖掘并進行智能分析，使信息查找效率有效提高。另外，以往的廣電監(jiān)測系統(tǒng)中，普遍存在著信息閉塞的情況，由于缺乏有效溝涌，工作效率受到不利影響。通過應(yīng)用云技術(shù)，信息共享得以實現(xiàn)，監(jiān)測效率得到提高，同時連接服務(wù)器，對監(jiān)測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息進行及時備份，使信息利用率提高，使數(shù)據(jù)安全性提高。

3廣電監(jiān)測系統(tǒng)中存在的問題及解決途徑

3.1現(xiàn)狀分析

在目前的監(jiān)測系統(tǒng)中，主要采用監(jiān)管互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、監(jiān)管的WAP系統(tǒng)、監(jiān)管廣告系統(tǒng)以及安全系統(tǒng)、調(diào)度指揮系統(tǒng)、監(jiān)聽及監(jiān)看系統(tǒng)等，其中普遍存在著業(yè)務(wù)繁雜、數(shù)據(jù)較多、系統(tǒng)缺乏備份、資源分配不勻、業(yè)務(wù)升級困難等情況。系統(tǒng)不同，設(shè)備處理的模式和方法不同，加之繁雜的接口和流程，造成數(shù)據(jù)容易出現(xiàn)偏差；產(chǎn)生故障時，維修需要較長時間；一些輕量級的設(shè)備存在閑置時間較長的情況，造成資源浪費以及重復(fù)性投資的問題出現(xiàn)；硬件升級對操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫環(huán)境都帶來影響，新平臺的業(yè)務(wù)移植和系統(tǒng)升級的不穩(wěn)定因素增加，同時軟件版本和硬件配置之間較難達到統(tǒng)一協(xié)調(diào)，對硬件升級性能以及后期系統(tǒng)運行造成了一定阻礙。

3.2解決對策

通過云計算技術(shù)的應(yīng)用，將存儲和服務(wù)資源池相連接，并根據(jù)業(yè)務(wù)需求對資源進行合理、按需分配，使調(diào)整靈活性得以實現(xiàn)和提高，同時使資源利用率提高，管理難度得到有效降低[3]。通過云平臺對各支撐系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理，使接合的統(tǒng)合得到實現(xiàn)，使信息系統(tǒng)管理過程以及運營中的處理復(fù)雜度降低；利用虛擬技術(shù)，使物理主機共同統(tǒng)一應(yīng)用以及資源最大化利用的目的得以實現(xiàn)；業(yè)務(wù)相關(guān)邏輯和主機之間通過云計算技術(shù)的應(yīng)用得以分離，當(dāng)某臺主機出現(xiàn)故障時，其中的業(yè)務(wù)相關(guān)邏輯會自動向其他運行狀態(tài)良好的主機轉(zhuǎn)移，在云平臺中接入新主機，通過系統(tǒng)備份使其可用度得到有效提高。

4云計算技術(shù)在廣電監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用

4.1虛擬化技術(shù)

在云計算技術(shù)的基礎(chǔ)上，拓展延伸形成了現(xiàn)代的虛擬化技術(shù)，其在監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用，使內(nèi)部信息資源的高度整合得以實現(xiàn)。數(shù)據(jù)中心資源通過此技術(shù)的整合，使數(shù)據(jù)計算和存儲的整合型平臺得以構(gòu)建，使資源利用率提高，資源管理、維護的服務(wù)過程以及資源簡單化得以實現(xiàn)，系統(tǒng)運行的復(fù)雜性、運行風(fēng)險得到有效控制和減少；通過將資源整合轉(zhuǎn)化為服務(wù)，有效降低運營成本；縮短線上服務(wù)時間，使大型基礎(chǔ)設(shè)備的有效管理工作得到保證。虛擬化技術(shù)應(yīng)實現(xiàn)服務(wù)器虛擬化、動態(tài)資源分配等，通過存儲共享，使數(shù)據(jù)備份得以實現(xiàn)，對故障進行自動檢測，數(shù)據(jù)自動恢復(fù)，使資源泉的安全性得到有效保障[4]。

4.2云存儲技術(shù)

此技術(shù)在應(yīng)用過程中，能夠?qū)I(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行分散分布，在多個獨立的設(shè)備中進行存儲。與集中式存儲方式不同的是，此技術(shù)通過運用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用磁盤空間將分散存儲資源進行統(tǒng)一鏈接，使虛擬磁盤得以構(gòu)建形成。在廣電監(jiān)測系統(tǒng)中，主要采用資源云和視頻云的存儲形式。

4.3云計算技術(shù)

云計算在廣電監(jiān)測系統(tǒng)中主要具有對播出內(nèi)容進行監(jiān)控分析的功能，通過應(yīng)用云計算技術(shù)能將內(nèi)容中冗余的部分刪除，對流程進行分析優(yōu)化。在電視節(jié)目播放過程中，應(yīng)用云計算技術(shù)的監(jiān)測系統(tǒng)可對相關(guān)節(jié)目進行分析，與數(shù)據(jù)庫中儲存信息相結(jié)合，對播放內(nèi)容進行定位；系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)播放廣告時實時對觀看數(shù)據(jù)以及收視率的信息進行采集，作為評估廣告效果的重要依據(jù)。

4.4大數(shù)據(jù)技術(shù)

傳統(tǒng)的技術(shù)模式對于廣電監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展需求已無法滿足，需要通過云計算技術(shù)對監(jiān)測系統(tǒng)中大數(shù)據(jù)處理提供有效的解決方案[5]。大數(shù)據(jù)技術(shù)具有可靠性高、性能高、結(jié)構(gòu)多樣、變動性強、數(shù)據(jù)容量大等特征和優(yōu)勢，數(shù)據(jù)復(fù)制可以通過多種方式實現(xiàn)，并分布在整個集群系統(tǒng)中；通過應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，可進一步優(yōu)化和改進系統(tǒng)服務(wù)器的性能，也極大地豐富了監(jiān)測系統(tǒng)所采取的數(shù)據(jù)形式，其中包括圖片、視頻、文本、音頻等，使信息的多元化展示得以實現(xiàn)，充分發(fā)揮了數(shù)據(jù)存儲的價值和作用。另外，當(dāng)存儲過程中設(shè)備出現(xiàn)故障時，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的自動復(fù)制、故障檢測以及數(shù)據(jù)自動恢復(fù)等，無須人工操作，同時對其他數(shù)據(jù)的正常訪問不產(chǎn)生影響。

廣告監(jiān)測系統(tǒng)范文第4篇

一、緊密結(jié)合省局中心工作，充分利用業(yè)務(wù)專網(wǎng)平臺，有效推進行政權(quán)力網(wǎng)上公開透明運行信息系統(tǒng)、廣告監(jiān)測系統(tǒng)等重點業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)

堅持貫徹信息化建設(shè)“統(tǒng)籌規(guī)劃、資源共享、應(yīng)用主導(dǎo)、安全可靠、務(wù)求實效”的發(fā)展方針，緊緊圍繞省局中心工作，以需求為導(dǎo)向，以應(yīng)用促發(fā)展，加快推進信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)協(xié)同應(yīng)用。

1、認(rèn)真研究省政府關(guān)于行政權(quán)力網(wǎng)上公開透明運行系統(tǒng)建設(shè)要求，結(jié)合本部門實際，完成全省食品藥品監(jiān)管系統(tǒng)行政權(quán)力網(wǎng)上公開透明運行系統(tǒng)建設(shè)方案規(guī)劃、資金立項和軟件系統(tǒng)開發(fā)、監(jiān)理招投標(biāo)工作

根據(jù)省政府關(guān)于行政權(quán)力網(wǎng)上公開透明運行信息系統(tǒng)建設(shè)要求，積極研究、部署省局相關(guān)工作，派員參加了全省行政權(quán)力網(wǎng)上公開透明運行信息系統(tǒng)建設(shè)培訓(xùn)班，廣泛調(diào)研，精心謀劃，按照省有關(guān)部門的建設(shè)規(guī)范、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和時間進度要求，研究制定全省食品藥品監(jiān)管系統(tǒng)行政權(quán)力網(wǎng)上運行系統(tǒng)建設(shè)實施方案和技術(shù)框架方案，聯(lián)合監(jiān)察室、政策法規(guī)處落實分解任務(wù)，共同推動系統(tǒng)建設(shè)。XX年，配合省政府采購中心完成了軟件開發(fā)項目招標(biāo)工作;在辦公室的大力支持下，中標(biāo)單位江蘇國盾科技有限公司開發(fā)人員已進駐現(xiàn)場，抓緊開展系統(tǒng)開發(fā)相關(guān)工作。為有效控制項目質(zhì)量和進度，根據(jù)國家電子政務(wù)建設(shè)項目管理規(guī)定，報經(jīng)局領(lǐng)導(dǎo)同意，在該項目建設(shè)過程中推行第三方監(jiān)理制度，已完成監(jiān)理招標(biāo)方案制定和監(jiān)理招標(biāo)工作。

2、全力配合市場處，做好國家局指定項目“廣告監(jiān)播系統(tǒng)”建設(shè)調(diào)研，招標(biāo)方案制定和招標(biāo)、實施等工作

根據(jù)國家局要求，配合市場處認(rèn)真開展“廣告監(jiān)播系統(tǒng)”建設(shè)方案調(diào)研，結(jié)合我省廣告監(jiān)測工作管理需要，以監(jiān)測資源共享為目標(biāo)，以全省業(yè)務(wù)專網(wǎng)平臺為載體，細(xì)化、優(yōu)化“廣告監(jiān)播系統(tǒng)”建設(shè)方案，精心組織招標(biāo)工作，協(xié)調(diào)推進系統(tǒng)建設(shè)。通過與市場處的共同努力，在省政府采購中心已完成項目招標(biāo)并落實了供應(yīng)商，南京、南通、蘇州、無錫等8個市已完成監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備安裝集成和軟件聯(lián)調(diào);在南京對全省13個市局市場處使用人員和系統(tǒng)維護人員50多人開展了專題培訓(xùn)，為更好地開展藥品違法廣告監(jiān)測工作，尤其是規(guī)范藥品市場秩序、保護人民群眾的用藥安全有效奠定了良好基礎(chǔ)。

3、做好醫(yī)療器械生產(chǎn)許可審批系統(tǒng)試用和完善工作

繼續(xù)協(xié)調(diào)國盾公司做好醫(yī)療器械生產(chǎn)許可審批系統(tǒng)試用和完善工作，組織器械處、受理中心、認(rèn)證中心開展了一次培訓(xùn)工作。

4、協(xié)調(diào)業(yè)務(wù)處室認(rèn)真做好全省藥品電子監(jiān)管專項檢查匯總工作，并及時報送國家局。

根據(jù)國家局《關(guān)于開展藥品電子監(jiān)管工作專項檢查的通知》精神，我們統(tǒng)一思想，提高認(rèn)識，嚴(yán)格按照國家局要求協(xié)助市場處、安監(jiān)處對全省血液制品、疫苗、中藥注射劑及第二類精神藥品電子監(jiān)管實施專項檢查。督促各市局及時與相關(guān)企業(yè)溝通，加大了對轄區(qū)內(nèi)相關(guān)藥品生產(chǎn)、經(jīng)營企業(yè)的入網(wǎng)、賦碼、核注、核銷等工作的督促檢查力度。同時對未按要求操作的企業(yè)，及時給予必要的指導(dǎo)和幫助，督促其按要求做好實施電子監(jiān)管的相關(guān)工作。

5、協(xié)助省局各處室積極推進應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)和維護，提升監(jiān)管效率。

廣告監(jiān)測系統(tǒng)范文第5篇

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：iOS；iPhone；BLE；氣象監(jiān)測

DOIDOI：10.11907/rjdk.161944

中圖分類號：TP319

文獻標(biāo)識碼：A 文章編號文章編號：16727800（2016）011010303

0 引言

越來越多的手機及可穿戴設(shè)備使用藍(lán)牙4.0技術(shù)。該技術(shù)優(yōu)點：①低功耗：在靜態(tài)狀態(tài)，一節(jié)鈕扣電池可支持?jǐn)?shù)年之久；②低成本：藍(lán)牙技術(shù)逐步成為智能手機標(biāo)配；③開放性：以2.4GHz頻段全球開放。藍(lán)牙4.0技術(shù)使可穿戴設(shè)備炙手可熱，小米手環(huán)、蘋果公司的iBeacon等產(chǎn)品受到大眾歡迎，加速了物聯(lián)網(wǎng)革命的發(fā)展進程[1]。

1 BLE協(xié)議架構(gòu)

氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)采集模塊使用Nordic自主研發(fā)的nRF51822藍(lán)牙低功耗2.4GHz片上系統(tǒng)。nRF51822采用優(yōu)化的32位ARM Cortex-M0處理器，使BLE模式達到-92.5dBm 敏感度，最高達+4dBm的輸出功率，支持256KB片上閃存和16KB RAM，成為行業(yè)領(lǐng)先者。

藍(lán)牙低功耗（BLE）協(xié)議棧分為應(yīng)用程序、主機和控制器3個部分，如圖1所示[2]。應(yīng)用程序負(fù)責(zé)與實際用例相關(guān)的邏輯、用戶界面和數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)產(chǎn)品特定功能；主機包含GAP、GATT、SMP、ATT、L2CAP以及HCI層，可管理兩個或多個BLE設(shè)備相互間的通信；控制器主要用于收發(fā)編碼過的無線信號，并通過解碼這些信號獲取內(nèi)部信息包[3]。

（1）物理層（PHY）。包含模擬通信電路，負(fù)責(zé)調(diào)制解調(diào)，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號[4]。

（2）鏈路層（LL）。負(fù)責(zé)管理設(shè)備協(xié)議棧狀態(tài)，此層定義4個角色：①廣告者（Advertiser）：發(fā)送廣告包的設(shè)備；②掃描儀（Scanner）：掃描廣告包設(shè)備；③主人（Master）：啟動連接并對連接進行管理的設(shè)備；④奴隸（Slave）：接受連接請求并與控制者時間同步[5]。

（3）主機控制接口（HCI）是一個標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。允許主機和控制器在串行接口進行通信[6]。

（4）邏輯鏈路控制和自適應(yīng)協(xié)議（L2CAP）。是一個協(xié)議多路復(fù)用器，負(fù)責(zé)將上層的多個協(xié)議封裝成標(biāo)準(zhǔn)的BLE數(shù)據(jù)包格式，它支持分段和重組。

（5）安全管理協(xié)議（SMP）。既是一個協(xié)議也是一系列安全算法，負(fù)責(zé)為藍(lán)牙協(xié)議棧提供生成和交換安全密鑰能力，讓各節(jié)點通過加密鏈接安全交流，信任遠(yuǎn)程設(shè)備身份[7]。

（6）屬性協(xié)議（ATT）。是一個簡單的客戶端/服務(wù)器無狀態(tài)協(xié)議，在BLE中，每個設(shè)備是一個客戶端或一個服務(wù)器，或者兩者兼有。

（7）通用訪問配置（GAP）。允許BLE設(shè)備相互操作。它提供一個框架，任何BLE實現(xiàn)必須允許設(shè)備發(fā)現(xiàn)彼此、廣播數(shù)據(jù)、建立安全連接以及執(zhí)行其它基本操作標(biāo)準(zhǔn)。

（8）通用屬性協(xié)議（GATT）。它是基于屬性協(xié)議（ATT），添加了一個層結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)抽象模型，定義數(shù)據(jù)如何在應(yīng)用程序之間組織和交換 [8]。

2 藍(lán)牙無線通信原理

對BLE網(wǎng)絡(luò)中的角色、藍(lán)牙通信過程中廣告包類型及通信模式介紹如下。

2.1 BLE網(wǎng)絡(luò)中的角色

通用訪問配置（GAP）定義了BLE網(wǎng)絡(luò)中4個角色，每個特定設(shè)備可同時扮演一個或多個角色。

（1）廣播角色（Broadcaster）：定期發(fā)送廣告包數(shù)據(jù)，不建立連接，使用鏈路層（LL）廣告角色。

（2）觀察角色（Observer）：優(yōu)化了廣播設(shè)備收集數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序，觀察者角色偵聽從廣播端嵌入在廣告包中的數(shù)據(jù)，使用鏈路層（LL）掃描儀角色。

（3）中心角色（Central）：相當(dāng)于鏈路層（LL）主人角色，能夠建立多個連接設(shè)備，是連接的發(fā)起者。中心角色通常由智能手機或平板電腦扮演。

（4）角色（Peripheral）：相當(dāng)于鏈路層（LL）奴隸角色，這個角色通過廣告包使中心角色找到它，隨后建立連接[9]。

2.2 廣告包分類

藍(lán)牙通訊廣告包分3種類型：①是否可連接。掃描儀在接收廣告包時是否可開啟連接，如果不能，則這個包只用來廣播；②是否可掃描。在收到廣告包時掃描儀是否可發(fā)起掃描請求；③是否定向。定向的廣告包只包含廣告者和目標(biāo)掃描儀的藍(lán)牙地址，不允許負(fù)載用戶數(shù)據(jù)，所有的定向廣告包都可連接，不定向廣告包不針對任何特定掃描儀，可包含用戶數(shù)據(jù)[10] 。

3 系統(tǒng)搭建

軟件整體設(shè)計基于MVC（Model-View-Controller），即模型-視圖-控制器，簡稱MVC。模型提供應(yīng)用程序所需數(shù)據(jù)資源。視圖是用戶可以看到并與之交互的界面?？刂破黜憫?yīng)視圖傳遞的用戶事件，調(diào)用模型和視圖資源滿足用戶需求。MVC模式分工明確，降低了模塊之間的耦合性，是一種非常流行的設(shè)計模式[11]。

3.1 系統(tǒng)框架設(shè)計

系統(tǒng)通過藍(lán)牙4.0傳輸協(xié)議接收氣象數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，在iPhone上進行氣象數(shù)據(jù)處理分析及顯示，系統(tǒng)框架如圖2所示。

3.2 模型處理

本系統(tǒng)主要對溫度、濕度、氣壓數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測，并繪制相應(yīng)的變化趨勢圖，提供氣象預(yù)測功能。通常，氣壓隨時間增加預(yù)示晴天，氣壓不斷減小則更接近陰天或下雨，模型如表1所示。采用滑動均值濾波算法，采樣間隔為30分鐘。

3.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫采用蘋果自帶的Core Data框架，它提供了對象-關(guān)系映射（ORM）功能，能夠?qū)C對象轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)，保存在SQLite數(shù)據(jù)庫文件中，也能夠?qū)?shù)據(jù)還原成OC對象。本方案創(chuàng)建了兩個實體對象：WeatherFob（氣象設(shè)備對象）和WeatherReading（數(shù)據(jù)對象），是一對多關(guān)系，如圖3所示。

3.4 藍(lán)牙模塊設(shè)計

BLE氣象設(shè)備信號采集與處理采用CoreBluetooth框架，與第三方藍(lán)牙4.0設(shè)備交互。為了減少數(shù)據(jù)傳輸開銷，方案采用不可連接的藍(lán)牙通信模式，將用戶數(shù)據(jù)封裝在廣告包中進行廣播，過程如圖4所示。本方案創(chuàng)建了一個ConnectionManager對象，繼承自NSObject類，遵守CBCentralManagerDelegate協(xié)議，實現(xiàn)協(xié)議中兩個方法：

4 系統(tǒng)測試

方案將原始廣告包打印在Xcode中的控制臺，如圖5所示，設(shè)備名稱是WS，其中氣象設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)包含在KCBAdvDataManufactureData對應(yīng)關(guān)鍵字中，KCBAdvDataIsConnectable = 0代表該氣象設(shè)備不可連接。系統(tǒng)將原始數(shù)據(jù)進行拆分解析顯示在iPhone手機上，如圖6所示。

5 結(jié)語

本方案充分利用了iOS設(shè)備強大的計算能力、靈活的

可編程性、足夠的存儲空間、網(wǎng)絡(luò)連接功能、便攜性等特點，使用藍(lán)牙4.0技術(shù)很好地解決了設(shè)備能耗問題，使本方案成本更低、速度更快、距離更遠(yuǎn)，在花費較少的情況下，實現(xiàn)了便攜氣象監(jiān)測系統(tǒng)功能。

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