導(dǎo)語：如何才能寫好一篇數(shù)字通信的優(yōu)點，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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Abstract: Digital communication is a new industry in the communications industry. Compared with the traditional analog communications, it has a strong anti-interference ability, the communication quality is not influenced by distance, the signal is easy to modulate, the secrecy is high, can discover and control errors, can be connected to a computer, can support a variety of communications business, its equipment requirements is low. This paper introduces the characteristics of digital communication, simulating communication, and makes a compare for them, sums up the advantages of digital communication, in addition, it also introduces the application field of digital communication and development prospect.

關(guān)鍵詞： 數(shù)字通信系統(tǒng)；數(shù)字信號；應(yīng)用

Key words: digital communication system；digital signal；application

中圖分類號：TN919文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1006-4311（2012）09-0145-01

1數(shù)字通信與模擬通訊的介紹及比較

1.1 數(shù)字通信數(shù)字通信是指用數(shù)字信號作為載體來傳輸信息，或者用數(shù)字信號對載波進行數(shù)字調(diào)制后在傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。通俗說來，即是利用數(shù)字信號來傳遞消息?！?”和“1”是數(shù)字通信中運用的兩種符號，數(shù)字通信系統(tǒng)按著一定的規(guī)律，在編碼器中先將消息信號進行采樣，對樣本進行0，1編碼的數(shù)字化處理，使其形成呈一定排列形狀的組合代碼，再進入通信線路將此代碼送到對方。對方收到電碼后，由解碼器還原為原來的電話信號，由此實現(xiàn)通信傳遞的目的。數(shù)字通信的主要技術(shù)設(shè)備包括發(fā)射器、接收器以及傳輸介質(zhì)，具體傳遞流程則為信源－調(diào)制器－編碼器－加密器－信道－解密器－解碼器－解調(diào)器－信宿 。

數(shù)字通信的信息源和接受者可以是人，也可以是機器，因此數(shù)字通信可以實現(xiàn)人與人之問、人與機器之間、機器與機器之間的通信。此外數(shù)字通信具有抗干擾能力強、易于調(diào)制、可加密，還可與計算機連接的特點。

1.2 模擬通信模擬通信是一種以模擬信號傳輸信息的通信方式，將聲音、光等非電的信號輸入到變換器，使其輸出連續(xù)的電信號，電信源碼的不同，其振動頻率或振幅會隨之變化。人們則利用波形圖相位的變化來還原信號信息。模擬通信系統(tǒng)主要由用戶設(shè)備、終端設(shè)備和傳輸設(shè)備等部分組成。模擬通信系統(tǒng)可用來傳遞話音、電報、傳真等低速數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)字通信與模擬通信的比較模擬通信技術(shù)成熟，其信號形成簡單、直觀，系統(tǒng)設(shè)備簡單，占用頻帶也較窄。模擬信號是通過直接調(diào)制的形式形成的，其信號傳播過程中易發(fā)生畸形，一旦受到干擾，隨系統(tǒng)的沖擊是不可修復(fù)的。因此，模擬信號通信質(zhì)量、抗干擾能力較差。電話、無線通訊中運用的則是模擬信號。

1.4 數(shù)字通信的優(yōu)點數(shù)字通信與模擬通信相比具有明顯的優(yōu)點。它抗干擾能力強，通信質(zhì)量不受距離的影響，信號易于調(diào)制、保密性高，能自動發(fā)現(xiàn)和控制差錯，可與計算機相連，能支持多種通信業(yè)務(wù)，具體介紹如下：

其一，數(shù)字通信比模擬通信抗干擾能力強。一方面，數(shù)字信號傳播的形式簡單，只有“0”、“1”兩種區(qū)別鮮明的形式，即是傳播過程中經(jīng)由信號放大器，信號在到達終端接收器時，仍然可重新再生復(fù)原。另一方面，數(shù)字信號是以離散性的形式進行傳播，雖然也不可避免的會受到系統(tǒng)外部以及系統(tǒng)內(nèi)部的噪聲干擾，但是只要噪聲絕對值在一定的范圍內(nèi)就可以消除噪聲干擾，不會出現(xiàn)信號噪聲疊加在一起，并隨著信號被傳輸、被放大，進而將影響通信質(zhì)量的現(xiàn)象。

其二，遠(yuǎn)距離傳輸仍能保證通信質(zhì)量。數(shù)字信號遠(yuǎn)距離傳播時，采取的形式為再生中繼，此方式能夠消除長距離傳輸噪音對數(shù)字信號的影響，而且再生的數(shù)字信號和原來的數(shù)字信號一樣，可以繼續(xù)進行傳輸，通信質(zhì)量便不受距離的影響。

其三，數(shù)字信號易于調(diào)制。雖然數(shù)字信號較模擬信號更加方便快捷，但是在實際生活中，模擬電路占有的通信比例仍然不小。那么，數(shù)字信號能否利用已經(jīng)建立起來的四通八達的模擬電路進行傳輸呢？答案是肯定的，只需在數(shù)字終端設(shè)備和模擬電路之間加裝以調(diào)制、解調(diào)為主體的接口設(shè)備，便可實現(xiàn)。由于數(shù)字信號只存在“0”和“1”兩種狀態(tài)，其信號調(diào)制則相當(dāng)簡單，具有波形變換速度快、調(diào)整測試方便、體積小、設(shè)備可靠性高等特點。一般而言，數(shù)字調(diào)幅、數(shù)字調(diào)頻、數(shù)字調(diào)相十?dāng)?shù)字調(diào)制最常用的三種方式。

其四，數(shù)字信號比模擬信號保密性強。由于無線電波是朝著四面八方的方向傳播的，只要終端接收器對口，每個人都可以接收到傳播內(nèi)容。數(shù)字通信可以將其信號在編碼器與密碼相捆綁，在進入信道傳播，接收方則通過解碼器解除密碼限制，取得信號傳播內(nèi)容，由此避免了傳播信息外漏的現(xiàn)象。數(shù)字信號加密只需通過簡單的“加”、“減”等邏輯運算，按照一定規(guī)律將密碼“加”到語音電碼中去，將包含著語音信息的電碼進行傳播。

此外，數(shù)字通信對其設(shè)備中所用電路的要求較簡單，有著輕巧、故障少、耗電低、成本低的集成電路即可滿足通信需求。數(shù)字信號還便于和電子計算機結(jié)合，由計算機來處理信號，使得數(shù)字通信系統(tǒng)更加靈活通用，也為各類如電話、電報、圖像以及數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)的開展提供了更加便利的條件。

2數(shù)字通信系統(tǒng)的應(yīng)用

編碼、調(diào)制、解調(diào)、解碼以及過濾等都是數(shù)字通信系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)，其中數(shù)字信號的調(diào)制以及解調(diào)更是被廣泛各個行業(yè)廣泛應(yīng)用。當(dāng)前，調(diào)幅、調(diào)相以及調(diào)頻是最為常見的三種調(diào)制方式，數(shù)字調(diào)制可將信號源轉(zhuǎn)換成符合信道傳輸數(shù)據(jù)的格式，通俗說來即是在保證信號傳播安全、信息完整的前提下，通過數(shù)字調(diào)制，將基帶信號轉(zhuǎn)變?yōu)閹ㄐ盘枴?/p>

此外，數(shù)字通信息系統(tǒng)還可為全球數(shù)字化的實現(xiàn)貢獻一份力量。用戶可通過網(wǎng)絡(luò)接口，在一地方、任一時間與現(xiàn)有的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)連接，從中獲取互聯(lián)網(wǎng)、多媒體、通話等服務(wù)。我們?nèi)粘Ｉ钪械碾娔X、手機上網(wǎng)、視頻電話、網(wǎng)絡(luò)會議以及數(shù)字電視等都是通過數(shù)字通信系統(tǒng)來進行信號傳輸。

3結(jié)束語

數(shù)字通信是通信行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，也是萬千用戶的愿望所歸。數(shù)字通信可以大大改善通信質(zhì)量、提高通信傳播速率、豐富通信內(nèi)容。數(shù)字通信也促進了經(jīng)濟的發(fā)展進步，不僅為整個通信連跳帶來了無限商機，其更加快捷、有保障的通信方式也為商業(yè)增添了新的活力。

參考文獻：

[1]數(shù)字通信的特點及作用[J].湖北郵電技術(shù),1995,(04).

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［關(guān)鍵詞］ CPCI；嵌入式；音視頻監(jiān)測；TS流；編碼解碼；POWERPC；FPGA

一、引言

隨著全國各地廣播電視有線網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化整體平臺的轉(zhuǎn)換，有線數(shù)字電視信號已進入千家萬戶，如何保障節(jié)目信號的安全傳輸，是廣電網(wǎng)絡(luò)傳輸部門和廣電監(jiān)管部門必須要考慮的事情，建立一套運行穩(wěn)定、及時準(zhǔn)確、高效率的監(jiān)測系統(tǒng)勢在必行。

目前，我國在對廣播電視信號監(jiān)測方面還廣泛采用的是PCI架構(gòu)的通用工控機與Windows操作系統(tǒng)以及測量板卡組建的專用監(jiān)測系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)存在如下問題：

1.Windows操作系統(tǒng)的安全漏洞、內(nèi)存溢出等問題。

2.通用硬件的穩(wěn)定性、可靠性不能夠滿足長期全天候運行。

3.系統(tǒng)硬盤長時間工作反復(fù)讀寫對硬盤的機械磨損容易損壞磁盤。

4.IPC機的硬件和軟件冗余使系統(tǒng)效率低、可靠性差、功耗大。

5.IPC機內(nèi)的功能板卡不支持熱插拔，維護時，必須要關(guān)機。

為解決PCI架構(gòu)存在的缺陷，當(dāng)前的發(fā)展趨勢是采用CPCI架構(gòu)研究方向發(fā)展。

采用標(biāo)準(zhǔn)的CPCI架構(gòu)，具有如下優(yōu)點：

1.CPCI開放的總線技術(shù)，有利于各類系統(tǒng)集成，可以隨時增加具有不同功能的板卡放入一套機箱。

2.拋棄IPC傳統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)，改用可靠的歐洲卡結(jié)構(gòu)，改善了散熱條件，提高了抗振動沖擊能力，符合電磁兼容性要求。

3.靈活的連接方式，2mm密度的針孔連接器，具有氣密性、防腐性、可靠性、高負(fù)載能力。

4.高效的熱插拔技術(shù)，在系統(tǒng)運行沒有斷電的情況下，插拔功能模塊板，而不破壞系統(tǒng)的正常運行。

CPCI所具有高開放性、高可靠性、可熱插拔的特點，使該技術(shù)除了可以廣泛應(yīng)用在通訊、網(wǎng)絡(luò)、計算機、電話整合，也適合實時系統(tǒng)控制、產(chǎn)業(yè)自動化、實時數(shù)據(jù)采集、軍事系統(tǒng)等需要高速運算、智能交通、航空航天、醫(yī)療器械、水利等模塊化及高可靠度、可長期使用的應(yīng)用領(lǐng)域。由于CPCI擁有較高的帶寬，它也適用于一些高速數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用，包括服務(wù)器、路由器、交換機等。

現(xiàn)在超大規(guī)模的集成電路飛速發(fā)展，嵌入式計算機的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，構(gòu)建基于CPCI嵌入式系統(tǒng)具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高的優(yōu)點。

嵌入式系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計思想，根據(jù)有線數(shù)字電視信號監(jiān)測系統(tǒng)功能及其應(yīng)用環(huán)境的特定要求，制作各種特定功能的板卡，安裝在機箱內(nèi)，通過CPCI總線與主板相連，完成系統(tǒng)功能。

二、廣電有線數(shù)字電視傳輸信號特點

目前我國數(shù)字有線電視系統(tǒng)采用DVB-C標(biāo)準(zhǔn)。在前端編碼器將各種設(shè)備輸出的視音頻信號按照MPEG-2的編碼標(biāo)準(zhǔn)，對A/D輸出信號進行壓縮編碼，送入復(fù)用器完成多套節(jié)目的復(fù)用，通過QAM調(diào)制，形成TS流或PS流 。在一個8MHz電視頻道內(nèi)傳輸多套（目前國內(nèi)采用QAM64調(diào)制方式，最多包含8套）數(shù)字電視節(jié)目。

TS流中業(yè)務(wù)信息具有特殊重要作用，它關(guān)系到嵌入式監(jiān)測系統(tǒng)的頻道調(diào)諧、節(jié)目選擇和定位、電子節(jié)目指南、解碼。

三、系統(tǒng)技術(shù)原理

（一）原理框架圖（圖1）

（二）功能模塊原理分析

本方案由四部分組成，分別是：有線數(shù)字信號接口模塊、碼流分析模塊、解碼模塊、編碼模塊。

1.有線數(shù)字信號接口模塊

該模塊主要由調(diào)諧器（TUNER）和CAM卡及各種內(nèi)部總線組成。

基本原理：調(diào)諧器接收射頻信號并下行變頻為中頻信號，接收的射頻信號的頻率是碼流分析模塊控制設(shè)定要接收的頻率。碼流分析模塊中的CPU（PowerPC）通過外部總線與FLASH、SDRAM相連，從FLASH中讀取應(yīng)用程序指令，如給調(diào)諧器設(shè)置頻率指令，然后從SDRAM讀取所需的數(shù)據(jù)，如頻率參數(shù)，通過I2C總線控制調(diào)諧器。調(diào)諧器輸出的中頻信號，通過QAM解調(diào)成TS流，送入CAM卡專用芯片，得到解CA的TS流。CAM卡芯片通過PCI總線與碼流分析模塊的PowerPC處理器連接。

解CA的TS流通過并行數(shù)據(jù)總線輸入到解碼模塊的8塊解碼芯片，完成一個頻點的8套節(jié)目PES流的分離。

2.碼流分析模塊

該模塊主要由CPU、FPGA、FLASH、SDRAM及各種內(nèi)部總線組成。

FPGA（Field－Programmable Gate Array），即現(xiàn)場可編程門陣列。它是作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。FPGA的基本特點：

（1）采用FPGA設(shè)計ASIC電路(專用集成電路)，用戶不需要投片生產(chǎn)，就能得到合用的芯片。 （2）FPGA可做其他全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。

（3）FPGA內(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和I/O引腳。

（4）FPGA是ASIC電路中設(shè)計周期最短、開發(fā)費用最低、風(fēng)險最小的器件之一。

（5） FPGA采用高速CMOS工藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容。

可以說，F(xiàn)PGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。

碼流分析模塊的主要任務(wù)：

（1）通過執(zhí)行應(yīng)用程序給調(diào)諧器設(shè)置頻率，并讀取調(diào)諧器的數(shù)據(jù)有：翻轉(zhuǎn)狀態(tài)、該頻點的電平值、QAM類型、符號率、制式等。

（2）讀出CAM卡的模式（有無）。 CAM卡座可以同時插2塊CAM卡，碼流分析模塊可以讀出CAM卡的使用數(shù)量及卡的位置。

（3）調(diào)諧器輸出的一路TS流進入FPGA，為了精確分析碼流必須打上100MHz的計數(shù)時鐘，得到TS流的PID包間隔，使PCR（解碼時鐘基準(zhǔn)）的抖動消除、延時得到修正。

（4）碼流分析是此模塊最主要的任務(wù)。在MPEG-2的TS流中，可以包含多個節(jié)目，每個節(jié)目又可以包含多個基本碼流，基本碼流和其他的控制數(shù)據(jù)等都被打成固定長度的包，每個包都有一個包識別符（PID）。MPEG-2用節(jié)目特定信息（PSI）來傳送節(jié)目和PID之間的相互關(guān)系。PSI必須以一定的頻率不斷發(fā)送。PSI使用4個表來定義碼流結(jié)構(gòu)，分別是：節(jié)目關(guān)聯(lián)表PAT、節(jié)目映射表PMT、網(wǎng)絡(luò)信息表NIT、條件接收表CAT。在監(jiān)測方面， PAT和PMT表特別重要。PAT表的PID號為“0x00”，它包含了與多路節(jié)目復(fù)用有關(guān)的控制信息，用于指出TS流中包括哪些節(jié)目，每個節(jié)目的編號及相應(yīng)的PMT的位置PID＝0xXXXX，同時還提供網(wǎng)絡(luò)信息表（NIT）的位置。PAT丟失將導(dǎo)致接收端無法解碼TS流的任何節(jié)目。PMT完整地描述了一路節(jié)目是由哪些PES組成的及它們的PID號，如：某一路視頻PES、音頻PES、PCR的PES。PAT和PMT在傳輸過程中是不加密的。對TS流的分析可作如下簡述：首先從TS流中找到188B，包頭占4B，包頭中的同步字節(jié)為0x47的TS包，再從此包中找出PID＝0x00的PAT表，PAT含有每套節(jié)目相對應(yīng)的PMT的PID，查找到對應(yīng)的一套PMT里的視頻PID、音頻PID、PCR的PID ，最后可以分析出對應(yīng)視頻流的基本數(shù)據(jù)：Aspect、Size、FRate、BRate等；音頻流的基本數(shù)據(jù)：Layer、BRate、Freq。

（5）碼流監(jiān)測方面：根據(jù)ETSI RT 101/290標(biāo)準(zhǔn) 通過執(zhí)行應(yīng)用程序讀取TS流里的信息作出監(jiān)測。一級錯誤有：TS流同步是否丟失；PAT表格是否錯誤；連續(xù)計數(shù)是否錯誤；PMT表格錯誤；PID是否錯誤。二級錯誤有：TS流傳輸錯誤；PCR錯誤；CRC錯誤；PCR錯誤；CAT表錯誤。三級錯誤有：NIT；EIT； TDT； SDT； RST；服務(wù)信息SI重復(fù)周期。

3.解碼模塊

該模塊選用了8塊解碼芯片，屬于硬件解壓縮。支持解碼全高清/標(biāo)清MPEG-2、H.264 、AVS等多種視頻格式。

選擇解碼芯片的型號時，要考慮支持多種解碼格式如：高清、標(biāo)清等。雖然有的解碼芯片能同時解多套節(jié)目，但為了長時間大負(fù)荷的穩(wěn)定運行，還是選擇1塊芯片解1套節(jié)目的方式為好。

有線數(shù)字電視信號在傳輸時，1個頻點（8MHz）最多含有8套節(jié)目，為了同時解出1個頻道里的節(jié)目，在模塊里設(shè)計了8塊解碼芯片，進行節(jié)目的一對一解碼。

原理：有線數(shù)字電視信號模塊輸出的解CA的TS流，通過并行數(shù)據(jù)總線輸入到解碼模塊里的8塊解碼芯片。此頻點的TS流已在碼流分析模塊分析出了每套節(jié)目的視頻、音頻、PCR的PID，并通過程序自動對解碼模塊的每塊解碼芯片單獨配置1套節(jié)目的視頻、音頻、PCR的PID，即可分別解出該套節(jié)目的視頻、音頻數(shù)字信號，并設(shè)定輸出格式為ITU-R BT.656視頻信號和I2S格式音頻信號，用于后續(xù)編碼模塊進一步處理。

4.編碼模塊

該模塊是整個系統(tǒng)最重要的部分。對數(shù)字電視信號的質(zhì)量監(jiān)測，全靠這一部分完成。信號質(zhì)量異態(tài)的判別有：無視頻、無音頻、黑場、彩條、圖像靜止。

芯片部分有：CPU、FPGA、VW2010編碼芯片、FLASH、SDRAM、PCI橋芯片。

工作原理：解碼模塊輸出的ITU-R BT.656格式的視頻信號和I2S格式的音頻信號，輸入到編碼模塊的FPGA芯片進行無視頻、無音頻、黑場、彩條判斷之后分別進入8塊編碼芯片，分別將視頻編碼（壓縮）為MPEG-1、－2、－4、H.263視頻格式，音頻部分可接收雙通道分立I2S格式的數(shù)據(jù)，經(jīng)過濾波，可將每路音頻轉(zhuǎn)換為MPEG-1、－2、－3、AAC、AC-3音頻格式。在編碼的過程中可作圖像靜止判斷。編碼后輸出為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的傳輸流（TS）或為儲存應(yīng)用的節(jié)目流（PS）。CPU將壓縮（編碼）后的音視頻數(shù)據(jù)以文件的形式經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)作存儲或作實時播放。

這部分編碼的特點是：屬于硬件編碼；一對一編碼；編碼的碼率可調(diào)，范圍可在128Kbps到6Mbps。

以下是對黑場、彩條、無視頻（藍場）、無音頻、圖像靜止判斷的原理介紹：

（1）用FPGA判斷黑場的原理

視頻信號輸入到FPGA中，F(xiàn)PGA對輸入的704×576個點的YUV進行掃描，黑點的YUV特征是Y值較小，UV值都是127，當(dāng)此點的YUV值與黑點的YUV差值在一定范圍內(nèi)（范圍可以設(shè)定），就可以認(rèn)為此點是黑點，這樣掃描一遍后，可以獲得黑點數(shù)的百分比，如果大于設(shè)定的閥值，就判斷為黑場。

（2）用FPGA判斷彩條的原理

視頻信號輸入到FPGA中，F(xiàn)PGA對輸入的704×576個點的YUV進行分區(qū)域判斷，按照彩條的特性依次劃分為白、黃、靛、綠、紫、紅、藍、黑八個區(qū)域，當(dāng)獲得一個點后，先判斷屬于那個顏色的區(qū)域，然后根據(jù)此點YUV值跟這個區(qū)域?qū)?yīng)顏色的YUV進行比較，當(dāng)此點的YUV值與這個區(qū)域的YUV差值在一定范圍內(nèi)（范圍可以設(shè)定），就可以認(rèn)為此點符合此區(qū)域顏色，這樣對704×576個點判斷結(jié)束后，可以獲得各個區(qū)域?qū)?yīng)的點數(shù)，如果各個區(qū)域的符合條件的點數(shù)都大于設(shè)定的閥值，就認(rèn)為當(dāng)前是彩條。

（3）用FPGA判斷藍場（無視頻）的原理

判斷藍場與黑場的原理相似，視頻信號輸入到FPGA中，F(xiàn)PGA對輸入的704×576個點陣的YUV進行掃描，所獲得的值與藍點的YUV差值在一定范圍內(nèi)（范圍可以設(shè)定），就可以認(rèn)為此點是藍點，這樣對704×576個點全部判斷結(jié)束后，可以獲得總共的藍點數(shù)，如果黑點數(shù)大于設(shè)定的閥值，就報藍場。

（4）用FPGA判斷無音頻的原理

音頻信號輸入到FPGA中，F(xiàn)PGA對音頻信號進行采樣，每秒鐘獲得一個最大值，上位機應(yīng)用程序獲得這個值后與設(shè)定的閥值比較，當(dāng)此音量值連續(xù)n秒小于設(shè)定的閥值時，就認(rèn)為當(dāng)前處于無音頻狀態(tài)。

（5）判斷圖形靜止的原理

圖像靜止是指在電視節(jié)目正常播出過程中出現(xiàn)的圖像靜止不動的現(xiàn)象。解碼芯片在編碼時，對畫面像素作了特征統(tǒng)計，進行了DCT矩形變換塊為變換編碼單元，對DCT塊內(nèi)圖像的亮度和色度進行特征取樣，提取像素，采用幀間編碼，運動估算技術(shù)，在參考幀內(nèi)DCT編碼的基礎(chǔ)上，對DCT塊內(nèi)圖像的像素特征進行差值預(yù)測編碼。上位機應(yīng)用程序調(diào)用解碼芯片對塊的比較運算結(jié)果，通過設(shè)定閥值來判斷圖像靜止。

四、結(jié)語

本系統(tǒng)基于CPCI架構(gòu)搭建起來，具有熱插拔功能，給維護和調(diào)試帶來極大的便利，比PCI架構(gòu)更具備高可靠、高穩(wěn)定性。系統(tǒng)功能擴展方便快捷，只要開發(fā)不同的監(jiān)測功能的模塊，就可做到多個監(jiān)測（如：有線電視、開路電視、廣播等）系統(tǒng)融入一體，從而做成標(biāo)準(zhǔn)化的監(jiān)測系統(tǒng)，具有很高的推廣價值。

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關(guān)鍵詞：數(shù)字通信；信號處理；優(yōu)點；應(yīng)用

Abstract: Digital communication is the inevitable trend of development of communication industry, but also thousands of users desire to. Digital communication can greatly improve the quality of communication, improve the communication rate, rich communication content. This paper firstly introduces the meaning of digital communication system, and expounds the advantages of digital signal and analog signal compared with the traditional, finally analyses the application method of digital communication system.

Keywords: digital communication; signal processing; advantages; application

中圖分類號：S972.7+6 文獻標(biāo)識碼：文章編號

1、數(shù)字通信系統(tǒng)概述

數(shù)字通信是指用數(shù)字信號作為載體來傳輸信息，或者用數(shù)字信號對載波進行數(shù)字調(diào)制后在傳輸?shù)耐ㄐ欧绞健Ｋ闹饕夹g(shù)設(shè)備包括發(fā)射器、接收器以及傳輸介質(zhì)。數(shù)字通信系統(tǒng)的通信模式主要包括數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)、數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)以及模擬信號數(shù)字化傳輸通信系統(tǒng)三種。

數(shù)字通信研究為信息傳輸和存儲介質(zhì)的設(shè)計帶來了便利。首先它的信源獨立設(shè)計，一旦用信源編碼器將信息轉(zhuǎn)換為比特，信息就可以無差別的存儲或傳輸，只要回復(fù)比特數(shù)據(jù)，就可以將其中蘊含的信息無差別地重構(gòu)回來，也就是存儲和通信媒介可以獨立于信源，這也就意味著多種信源可以共享同意通信媒介，此外信道與信源的獨立性帶來了顯著的經(jīng)濟效益。其次，信道優(yōu)化設(shè)計，對每一個通信鏈路來說，信道編碼器、信道譯碼器、調(diào)制器和解調(diào)器都可以根據(jù)特定的信道特性進行優(yōu)化。由于在每條鏈路上都可以對傳輸?shù)谋忍剡M行再生，所以沒有“噪聲積累”。

要進行數(shù)字通信就必須進行模數(shù)變換，也就是把由信號發(fā)射器發(fā)出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號?；镜姆椒òǎ菏紫劝堰B續(xù)形的模擬信號用相等的時間間隔抽取出模擬信號的樣值。然后將這些抽取出來的模擬信號樣值轉(zhuǎn)變成最接近的數(shù)字值。因為這些抽取出的樣值雖然在時間進行了離散化處理，但是在幅度上仍然保持著連續(xù)性，而量化過程就是將這些樣值在幅度上也進行離散化處理。最后是把量化過后的模擬信號樣值轉(zhuǎn)化為一組二進制數(shù)字代碼，并最終實現(xiàn)模擬信號數(shù)字化地轉(zhuǎn)變，然后將數(shù)字信號送入通信網(wǎng)進行傳輸。而在接收端則是一個還原過程，也就是把收到的數(shù)字信號變?yōu)槟M信號，通過數(shù)據(jù)模變換再現(xiàn)聲音以及圖像。如果信號發(fā)射器發(fā)出的信號本來就是數(shù)字信號，則不用在進行數(shù)據(jù)模變換的過程，可以直接進入數(shù)字網(wǎng)進行傳輸。

數(shù)字通信中還存在以下問題：第一，數(shù)字信號傳輸時，信道噪聲或干擾所造成的差錯，原則上是可以控制的。這是通過所謂的差錯控制編碼來實現(xiàn)的。于是，就需要在發(fā)送端增加一個編碼器，而在接收端相應(yīng)需要一個解碼器。第二，當(dāng)需要實現(xiàn)保密通信時，可對數(shù)字基帶信號進行人為“擾亂”（加密），此時在收端就必須進行解密。第三，由于數(shù)字通信傳輸?shù)氖且粋€接一個按一定節(jié)拍傳送的數(shù)字信號，因而接收端必須有一個與發(fā)端相同的節(jié)拍，否則，就會因收發(fā)步調(diào)不一致而造成混亂。另外，為了表述消息內(nèi)容，基帶信號都是按消息特征進行編組的，于是，在收發(fā)之間一組組的編碼的規(guī)律也必須一致，否則接收時消息的真正內(nèi)容將無法恢復(fù)。在數(shù)字通信中，稱節(jié)拍一致為“位同步”或“碼元同步”，而稱編組一致為“群同步”或“幀同步”，故數(shù)字通信中還必須有“同步”這個重要問題。

2、數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點

數(shù)字通信與模擬通信相比具有明顯優(yōu)點。它抗干擾能力強、通信質(zhì)量不受距離影響、信號易于調(diào)制、保密性高能自動和控制差錯可與計算機相連能支持多種通信業(yè)務(wù)。具體介紹如下：

2.1數(shù)字通信比模擬通信抗干擾能力強。一種數(shù)字信號傳播形式簡單只有“0”、“1”兩種區(qū)別鮮明形式。即是傳播過程中經(jīng)由信號放大器，信號在到達終端接收器時仍然可重新再生復(fù)原。另一數(shù)字信號是以離散性形式進行傳播。雖然也不可避免會受到系統(tǒng)外部以及系統(tǒng)內(nèi)部噪聲干擾，但是只要噪聲絕對值在一定范圍內(nèi)就可以消除噪聲干擾，不會出現(xiàn)信號噪聲疊加在一起并隨著信號被傳輸、被放大進而將影響通信質(zhì)量現(xiàn)象。

2.2更適于遠(yuǎn)距離傳輸。在進行遠(yuǎn)距離的信號傳輸時，通信質(zhì)量依然能夠得到有效保證。因為在數(shù)字通信系統(tǒng)當(dāng)中利用再生中繼方式，能夠消除長距離傳輸噪音對數(shù)字信號的影響，而且再生的數(shù)字信號和原來的數(shù)字信號一樣，可以繼續(xù)進行傳輸，這樣一來數(shù)字通信的質(zhì)量就不是因為距離的增加而產(chǎn)生強烈的影響，所以它也比傳統(tǒng)的模擬信號更適合進行高質(zhì)量的遠(yuǎn)距離通信。

2.3數(shù)字信號易于調(diào)制。雖然數(shù)字信號較模擬信號更加方便快捷但是在實際生活中模擬電路占有通信比例仍然不小那么數(shù)字信號能否利用已經(jīng)建立起來四通八達模擬電路進行傳輸呢?答案是肯定只需在數(shù)字終端設(shè)備和模擬電路之間加裝以調(diào)制、解調(diào)為主體接口設(shè)備便可實現(xiàn)由于數(shù)字信號只存在“0”和“1”兩種狀態(tài)其信號調(diào)制則相當(dāng)簡單具有波形變換速度快、調(diào)整測試方便、體積小、設(shè)備可靠性高等特點一般而言數(shù)字調(diào)幅、數(shù)字調(diào)頻、數(shù)字調(diào)相十?dāng)?shù)字調(diào)制最常用三種方式。

2.4數(shù)字信號比模擬信號保密性強。由于無線電波是朝著四面八方方向傳播只要終端接收器對口每個人都可以接收到傳播內(nèi)容數(shù)字通信可以將其信號在編碼器與密碼相捆綁在進入信道傳播接收方則通過解碼器解除密碼限制取得信號傳播內(nèi)容由此避免了傳播信息外漏現(xiàn)象數(shù)字信號加密只需通過簡單“加”、“減”等邏輯運算按照一定規(guī)律將密碼“加”到語音電碼中去將包含著語音信息電碼進行傳播。此外數(shù)字通信對其設(shè)備中所用電路要求較簡單有著輕巧、故障少、耗電低、成本低集成電路即可滿足通信需求數(shù)字信號還便于和電子計算機結(jié)合由計算機來處理信號使得數(shù)字通信系統(tǒng)更加靈活通用也為各類如電話、電報、圖像以及數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)開展提供了更加便利條件。

3、數(shù)字通信系統(tǒng)的應(yīng)用

數(shù)字通信系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)包括編碼、調(diào)制、解調(diào)、解碼以及過濾等。其中數(shù)字信號的調(diào)制以及解調(diào)是整個系統(tǒng)的核心也是最基本、最重要的技術(shù)。數(shù)字調(diào)制是通過對信號源的編碼進行調(diào)制，將其轉(zhuǎn)換成為能夠進行信道傳輸?shù)念l帶信號，即把基帶信號（調(diào)制信號）轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€高頻率的帶通信號（已調(diào)信號），而且由于在傳輸過程中為了避免信息失真?zhèn)鬏敁p耗以及確保帶內(nèi)特性等因素，在進行信號進行長途傳輸以及大規(guī)模通信活動時必須對數(shù)字信號進行載波調(diào)制。

3.1現(xiàn)階段的數(shù)字信號調(diào)制主要分為調(diào)幅、調(diào)相以及調(diào)頻三種。調(diào)幅即是根據(jù)不同的信號，通過調(diào)節(jié)正弦波的幅度進行信號調(diào)制，目前最常見的數(shù)字信號是幅度取值為0和1為代表的波形，即二進制信號；調(diào)相即是由于載波的相位受到數(shù)字基帶信號的控制，通常情況下載波相位和基帶信號是保持一致的，例如二進制基帶信號為0時，載波相位相應(yīng)也為0；調(diào)頻及是利用數(shù)字信號進行載波頻率的調(diào)制。解調(diào)就是講載波信號提取出來并經(jīng)過還原得到信息的過程，它是調(diào)制的逆過程也被稱為反調(diào)制。目前解調(diào)的類型分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩大類。數(shù)字通信的質(zhì)量通常用信息傳輸速率、符號傳輸速率以及消息傳輸速率這三個指標(biāo)來衡量。對于數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)通常用信息傳輸速率、符號傳輸速率以及消息傳輸速率這三個指標(biāo)來衡量。

3.2通信系統(tǒng)向數(shù)字化時代的轉(zhuǎn)變就是要從有線通信想無線通信，從公用移動網(wǎng)絡(luò)到專用網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)全球化的數(shù)字通信理念。并且，通過現(xiàn)有的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過一個多用途的用戶網(wǎng)絡(luò)接口就可以輕松實現(xiàn)信號發(fā)出端到接收端全程數(shù)字傳輸與交換的新型通信網(wǎng)。利用這種新型技術(shù)可以擴充通信業(yè)務(wù)的范圍，而且還具有更加經(jīng)濟以及靈活的特點，能夠與現(xiàn)有的計算機互聯(lián)網(wǎng)、多媒體信息網(wǎng)、公共電話網(wǎng)以及分組交換數(shù)字網(wǎng)等進行任意轉(zhuǎn)換。隨著數(shù)字通信設(shè)備的發(fā)展和不斷完善，利用微處理技術(shù)對數(shù)字通信系統(tǒng)的信號進行轉(zhuǎn)變，還能夠使設(shè)備更加靈活的應(yīng)用到各種長途以及市話當(dāng)中。由于長途通信線路的投資遠(yuǎn)大于終端設(shè)備，為了提高長距離傳輸?shù)慕?jīng)濟性，未來高度、大容量的數(shù)字通信系統(tǒng)也將成為主流趨勢，而且隨著數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字通信系統(tǒng)的設(shè)備制造也越來越容易，成本更低、可靠性也更高。

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論文摘要：文章介紹了數(shù)字通信系統(tǒng)的技術(shù)特點，并與傳統(tǒng)的模擬信號對比闡述了數(shù)字信號的優(yōu)勢，然后對數(shù)字通信系統(tǒng)的應(yīng)用方法進行淺析。

一、數(shù)字通信系統(tǒng)

數(shù)字通信是指用數(shù)字信號作為載體來傳輸信息，或者用數(shù)字信號對載波進行數(shù)字調(diào)制后在傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。它的主要技術(shù)設(shè)備包括發(fā)射器、接收器以及傳輸介質(zhì)。數(shù)字通信系統(tǒng)的通信模式主要包括數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)、數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)以及模擬信號數(shù)字化傳輸通信系統(tǒng)三種。

數(shù)字信號與傳統(tǒng)的模擬信號不同，它是一種無論在時間上還是幅度上都屬于離散的負(fù)載數(shù)據(jù)信息的信號。與傳統(tǒng)的模擬通信相比其具以下優(yōu)勢：首先是數(shù)字信號有極強的抗干擾能力，由于在信號傳輸?shù)倪^程中不可避免的會受到系統(tǒng)外部以及系統(tǒng)內(nèi)部的噪聲干擾，而且噪聲會跟隨信號的傳輸而進行放大，這無疑會干擾到通信質(zhì)量。但是數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸?shù)氖请x散性的數(shù)字信號，雖然在整個過程中也會受到的噪聲干擾，但只要噪聲絕對值在一定的范圍內(nèi)就可以消除噪聲干擾。其次是在進行遠(yuǎn)距離的信號傳輸時，通信質(zhì)量依然能夠得到有效保證。因為在數(shù)字通信系統(tǒng)當(dāng)中利用再生中繼方式，能夠消除長距離傳輸噪音對數(shù)字信號的影響，而且再生的數(shù)字信號和原來的數(shù)字信號一樣，可以繼續(xù)進行傳輸，這樣一來數(shù)字通信的質(zhì)量就不是因為距離的增加而產(chǎn)生強烈的影響，所以它也比傳統(tǒng)的模擬信號更適合進行高質(zhì)量的遠(yuǎn)距離通信。此外數(shù)字信號要比模擬信號具有更強的保密性，而且與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合的形式非常簡便，目前的終端接口都采用數(shù)字信號，同時數(shù)字通信系統(tǒng)還能夠適應(yīng)各種類型的業(yè)務(wù)要求，例如電話、電報、圖像以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)鹊?，它的普及?yīng)用也方便實現(xiàn)統(tǒng)一的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)，便于采用大規(guī)模集成電路，便于實現(xiàn)信息傳輸?shù)谋Ｃ芴幚恚阌趯崿F(xiàn)計算機通信網(wǎng)的管理等優(yōu)點。

要進行數(shù)字通信就必須進行模數(shù)變換，也就是把由信號發(fā)射器發(fā)出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號?；镜姆椒òǎ菏紫劝堰B續(xù)形的模擬信號用相等的時間間隔抽取出模擬信號的樣值。然后將這些抽取出來的模擬信號樣值轉(zhuǎn)變成最接近的數(shù)字值。因為這些抽取出的樣值雖然在時間進行了離散化處理，但是在幅度上仍然保持著連續(xù)性，而量化過程就是將這些樣值在幅度上也進行離散化處理。最后是把量化過后的模擬信號樣值轉(zhuǎn)化為一組二進制數(shù)字代碼，并最終實現(xiàn)模擬信號數(shù)字化地轉(zhuǎn)變，然后將數(shù)字信號送入通信網(wǎng)進行傳輸。而在接收端則是一個還原過程，也就是把收到的數(shù)字信號變?yōu)槟M信號，通過數(shù)據(jù)模變換再現(xiàn)聲音以及圖像。如果信號發(fā)射器發(fā)出的信號本來就是數(shù)字信號，則不用在進行數(shù)據(jù)模變換的過程，可以直接進入數(shù)字網(wǎng)進行傳輸。

二、數(shù)字通信系統(tǒng)的應(yīng)用

數(shù)字通信系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)包括編碼、調(diào)制、解調(diào)、解碼以及過濾等。其中數(shù)字信號的調(diào)制以及解調(diào)是整個系統(tǒng)的核心也是最基本、最重要的技術(shù)。

數(shù)字調(diào)制是通過對信號源的編碼進行調(diào)制，將其轉(zhuǎn)換成為能夠進行信道傳輸?shù)念l帶信號，即把基帶信號（調(diào)制信號）轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€高頻率的帶通信號（已調(diào)信號），而且由于在傳輸過程中為了避免信息失真、傳輸損耗以及確保帶內(nèi)特性等因素，在進行信號進行長途傳輸以及大規(guī)模通信活動時必須對數(shù)字信號進行載波調(diào)制?，F(xiàn)階段的數(shù)字信號調(diào)制主要分為調(diào)幅、調(diào)相以及調(diào)頻三種。調(diào)幅是根據(jù)信號的不同，通過調(diào)節(jié)正弦波的幅度進行信號調(diào)制，目前最常見的數(shù)字信號是幅度取值為0和1為代表的波形，即二進制信號；調(diào)相是由于載波的相位受到數(shù)字基帶信號（調(diào)制信號）的控制，通常情況下載波相位和基帶信號是保持一致的，例如二進制基帶信號為0時，載波相位相應(yīng)也為0；調(diào)頻是利用數(shù)字信號進行載波頻率的調(diào)制。解調(diào)就是講載波信號提取出來并經(jīng)過還原得到信息的過程，它是調(diào)制的逆過程也被稱為反調(diào)制。目前解調(diào)的類型分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩大類。數(shù)字通信的質(zhì)量通常用信息傳輸速率、符號傳輸速率以及消息傳輸速率這三個指標(biāo)來衡量。對于數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)通常用信息傳輸速率、符號傳輸速率以及消息傳輸速率這三個指標(biāo)來衡量。

通信系統(tǒng)向數(shù)字化時代的轉(zhuǎn)變就是要從有線通信想無線通信，從公用移動網(wǎng)絡(luò)到專用網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)全球化的數(shù)字通信理念。而且通過現(xiàn)有的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過一個多用途的用戶網(wǎng)絡(luò)接口就可以輕松實現(xiàn)信號發(fā)出端到接收端全程數(shù)字傳輸與交換的新型通信網(wǎng)。利用這種新型技術(shù)可以擴充通信業(yè)務(wù)的范圍，而且還具有更加經(jīng)濟以及靈活的特點，能夠與現(xiàn)有的計算機互聯(lián)網(wǎng)、多媒體信息網(wǎng)、公共電話網(wǎng)以及分組交換數(shù)字網(wǎng)等進行任意轉(zhuǎn)換。隨著數(shù)字通信設(shè)備的發(fā)展和不斷完善，利用微處理技術(shù)對數(shù)字通信系統(tǒng)的信號進行轉(zhuǎn)變，還能夠使設(shè)備更加靈活的應(yīng)用到各種長途以及市話當(dāng)中。由于長途通信線路的投資遠(yuǎn)大于終端設(shè)備，為了提高長距離傳輸?shù)慕?jīng)濟性，未來高度、大容量的數(shù)字通信系統(tǒng)也將成為主流趨勢，而且隨著數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字通信系統(tǒng)的設(shè)備制造也越來越容易，成本更低、可靠性也更高。

三、結(jié)束語

數(shù)字通信系統(tǒng)是一種全新的利用數(shù)字信號進行消息傳輸?shù)耐ㄐ拍Ｊ?，伴隨著社會的不斷發(fā)展，數(shù)字通信的應(yīng)用也已經(jīng)越來越廣泛，在我們?nèi)粘Ｉ钪械碾娔X、手機上網(wǎng)、視頻電話、網(wǎng)絡(luò)會議以及數(shù)字電視等都是通過數(shù)字通信系統(tǒng)來進行信號傳輸?shù)?，而且由于社會的發(fā)展人們對各種通信業(yè)務(wù)的需求量也在逐漸增加，在光纖傳輸媒介還沒有完全普及以前，數(shù)字通信系統(tǒng)主要是利用電纜、微波等有限的媒介進行傳輸，但目前光纖技術(shù)的發(fā)展無疑將會推動數(shù)字通信的發(fā)展。隨著數(shù)字通信系統(tǒng)也正在向智能化化、高速度以及大容量的方向迅速發(fā)展，相信在未來數(shù)字通信系統(tǒng)將會取代傳統(tǒng)的模擬通信系統(tǒng)而成為主導(dǎo)。

參考文獻

[1]張英.微處理機實現(xiàn)的數(shù)字通信[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2005.

[2]張曉林.電視數(shù)字通信[J].圖書館雜志，2005.

[3]王金保.通信基本知識[J].華北電力技術(shù)，2005.

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關(guān)鍵詞：衛(wèi)星數(shù)字通信技術(shù)；廣播傳輸；運用

1衛(wèi)星數(shù)字通信的概述

衛(wèi)星數(shù)字通信是航天技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一種新型的通信方式，有著重要的作用。衛(wèi)星數(shù)字通信通過中繼站和終端站來實現(xiàn)通信目的的，具體來說衛(wèi)星數(shù)字通信的中繼站是人造衛(wèi)星，終端站為地面站，可以有多個終端站，來實現(xiàn)兩個或者多個終端站之間的通信，這種通信具有容量大、區(qū)域廣的特點[1]。在衛(wèi)星數(shù)字通信中應(yīng)用的人造衛(wèi)星叫做通信衛(wèi)星，它與地球的自轉(zhuǎn)的周期與方向同步，所以也叫做地球同步衛(wèi)星，通信衛(wèi)星始終固定在天空中某一位置上，方便地面與衛(wèi)星的通信。衛(wèi)星數(shù)字通信技術(shù)是我國廣播電視節(jié)目傳輸中應(yīng)用到的主要技術(shù)之一，隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，它在廣播電視傳輸中的優(yōu)勢更加鮮明。與微波數(shù)字通信傳輸相比其優(yōu)勢具體表現(xiàn)在：一是覆蓋面廣；二是投資成本低且建設(shè)快；三是傳輸信號的質(zhì)量高；四是便于維護；五是運行成本低。與模擬衛(wèi)星廣播相比其優(yōu)勢具體表現(xiàn)為：一是可以節(jié)省衛(wèi)星頻率資源；二是，節(jié)省運行成本；三是節(jié)目信號質(zhì)量高；四是數(shù)字信號處理與開發(fā)更加方便。

2衛(wèi)星數(shù)字通信系統(tǒng)的基本原理

2.1衛(wèi)星數(shù)字通信系統(tǒng)的組成。在廣播傳輸中衛(wèi)星數(shù)字通信系統(tǒng)主要由衛(wèi)星上行發(fā)射站、測控站、星載轉(zhuǎn)發(fā)器以及衛(wèi)星接收站這四部分組成。廣播數(shù)字衛(wèi)星上設(shè)有C波段轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)和Ku波段轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)[2]，上行發(fā)射站的主要作用是發(fā)射C波段信號和Ku波段信號，并接收衛(wèi)星下行轉(zhuǎn)發(fā)的微波信號。具體機制為：上行發(fā)射站將廣播控制中心發(fā)送來的各種信號進行處理與調(diào)制，將上頻率與高功率進行放大后，將上行C波段信號和Ku波段信號通過定向天線發(fā)射給衛(wèi)星。上行發(fā)射站接收衛(wèi)星下行轉(zhuǎn)發(fā)的微波信號的作用是對衛(wèi)星轉(zhuǎn)播節(jié)目的質(zhì)量進行監(jiān)測。星載轉(zhuǎn)發(fā)器的作用是將地面上行站發(fā)送的上行C波段信號和Ku波段信號進行接收，并將接收的上行微波信號進行放大以及變頻處理后，再進行放大，然后將經(jīng)過一系列處理的信號發(fā)射給地面服務(wù)區(qū)。星載轉(zhuǎn)發(fā)器相當(dāng)于中繼站一樣發(fā)揮作用，它的優(yōu)點是保障廣播信號以最低的附加噪聲和失真進行傳送。

2.2衛(wèi)星上行發(fā)射站系統(tǒng)。廣播電視臺的覆蓋性廣的特點，起到最重要作用的部分是衛(wèi)星上行站系統(tǒng)，上行站的設(shè)備一旦發(fā)生故障就會導(dǎo)致整個廣播電視信號的傳輸會全部中斷，這就要求在上行站應(yīng)用的設(shè)備安全性、穩(wěn)定性、以及可靠性要非常高，并且要存有備份。廣播衛(wèi)星上行發(fā)射站可以將一路或者多路信號傳送到衛(wèi)星，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)其在廣播電視衛(wèi)星中設(shè)有C波段信號轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)和Ku波段信號轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)，它的作用是將上行發(fā)射站傳送的信號進行接受，另外也將下行信號轉(zhuǎn)發(fā)給廣播地面接收站。衛(wèi)星上行發(fā)射站的主要由天線分系統(tǒng)、高功率放大設(shè)備、低噪音接收設(shè)備、上下變頻器調(diào)制解調(diào)器、系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備以及附屬設(shè)備構(gòu)成的。其中天線分系統(tǒng)中天線的作用是將發(fā)射功率轉(zhuǎn)化為電磁波能量由上行站傳送給衛(wèi)星，同時也會將及微弱的有空間衛(wèi)星發(fā)出的電磁波能量進行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化成為同頻信號來傳送到接收機。在衛(wèi)星上行站系統(tǒng)中低噪聲接收設(shè)備是進行第一級放大的，高功率放大設(shè)備是進行第二級放大的；上下變頻器的作用是搬移在射頻與中頻之間的頻譜；調(diào)制解調(diào)器的作用是對信號進行調(diào)制，將廣播控制中心發(fā)出的信號調(diào)制后傳輸?shù)娇臻g衛(wèi)星，可以降低信號傳輸?shù)脑胍舾蓴_的影響；系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備的作用是對上行站的所有關(guān)鍵設(shè)備進行監(jiān)控，來方便掌握每臺設(shè)備的工作狀態(tài)以及主要指標(biāo)特性等。

2.3星載轉(zhuǎn)發(fā)器。星載轉(zhuǎn)發(fā)器在數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)中有著重要的地位，起著中繼站的作用，它的性能好壞可以對數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)的工作質(zhì)量造成直接影響。所以星載轉(zhuǎn)發(fā)器在放大和轉(zhuǎn)發(fā)地面站傳送的信號時其附加噪聲以及失真性能應(yīng)該保持最低。星載轉(zhuǎn)發(fā)器的噪聲包括非線性噪聲和熱噪聲，其中非線性噪聲的來源主要是轉(zhuǎn)發(fā)器電路或者器件特性的非線性，而熱噪聲的來源主要是設(shè)備的內(nèi)部噪聲以及通過天線傳來的外部噪聲。轉(zhuǎn)發(fā)器可以分為兩大類：其一是透明轉(zhuǎn)發(fā)器；其二是處理轉(zhuǎn)發(fā)器。其中透明轉(zhuǎn)發(fā)器的作用是將地面發(fā)來的信號進行低噪聲、頻率以及功率放大后進行轉(zhuǎn)發(fā)，它主要應(yīng)用于模擬衛(wèi)星通信系統(tǒng)中。另外處理轉(zhuǎn)發(fā)器不僅可以轉(zhuǎn)發(fā)信號還可以進行信號處理，多應(yīng)用于數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，它可以很好的消除噪聲的積累。

3衛(wèi)星數(shù)字通信系統(tǒng)在廣播傳輸中的應(yīng)用

3.1衛(wèi)星數(shù)字廣播。將衛(wèi)星應(yīng)用到廣播節(jié)目的傳輸中，是為衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)的重大突破，并且衛(wèi)星數(shù)字傳輸在廣播節(jié)目中有著越來越重要的作用。節(jié)目信號到達播控系統(tǒng)后，數(shù)字矩陣被中控機房進行切換，然后將要輸出主路和備路節(jié)目信號分別送到光端機和微波端機，通過光纜以及微波傳輸?shù)皆茘徯l(wèi)星地球站，衛(wèi)星站接接收到來自主路和備路信號后，通過衛(wèi)星上行系統(tǒng)來實現(xiàn)廣播電臺節(jié)目的全面上星[3]。

3.2衛(wèi)星轉(zhuǎn)播車與現(xiàn)場直播車。衛(wèi)星轉(zhuǎn)播車與現(xiàn)場直播車不僅豐富了節(jié)目的傳輸手段，而且保障了直播節(jié)目的安全播出。衛(wèi)星轉(zhuǎn)播車與現(xiàn)場轉(zhuǎn)播車的車系統(tǒng)的作用有：一是，可以傳輸高質(zhì)量無線數(shù)字，提供高質(zhì)量的轉(zhuǎn)播傳輸以及支持節(jié)目直播的制作；二是，還可以解決部分主要節(jié)目的應(yīng)急制作以及傳輸問題；三是，具有采集、傳送以及直播音頻、視頻、網(wǎng)絡(luò)音頻節(jié)目、網(wǎng)絡(luò)視頻節(jié)目的能力。衛(wèi)星轉(zhuǎn)播車和衛(wèi)星直播車不僅可以組合使用，而且可以獨立完成節(jié)目的直播與傳送任務(wù)，它們的存在可以為廣播節(jié)目的直播與傳送提供一個強大而又靈活的移動技術(shù)平臺。其中衛(wèi)星轉(zhuǎn)播車可以通過三種傳送方式實現(xiàn)轉(zhuǎn)播的目的，分別為衛(wèi)星傳送、地面微波傳送、地面電信線路傳送，它主要用在大型轉(zhuǎn)播現(xiàn)場的，為現(xiàn)場提供移動技術(shù)平臺，支持信號的雙向傳輸。衛(wèi)星轉(zhuǎn)播車技術(shù)系統(tǒng)主要包括：車載傳送系統(tǒng)、衛(wèi)星轉(zhuǎn)播車音頻系統(tǒng)、以及固定地面站傳送系統(tǒng)等?，F(xiàn)場直播車主要應(yīng)用在國際臺各調(diào)頻欄目在各直播現(xiàn)場提供一個移動技術(shù)直播平臺。其系統(tǒng)主要包括車載音頻系統(tǒng)、車載視頻系統(tǒng)、傳送系統(tǒng)等?，F(xiàn)場直播車的傳輸能力也很強大，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，并可以進行多業(yè)務(wù)傳輸，現(xiàn)場直播車可以在大多數(shù)的傳輸環(huán)境中進行獨立作業(yè)，能夠很好的完成直播傳輸任務(wù)。

4結(jié)束語

衛(wèi)星數(shù)字通信技術(shù)一定會有更加廣闊的應(yīng)用空間，在廣播電視傳輸?shù)淖饔靡矊絹碓讲豢商娲?，系統(tǒng)功能不斷的完善不斷的強大，會更加有效的推動廣播傳輸?shù)陌l(fā)展，因此我們需要更加重視這一技術(shù)的有效應(yīng)用，讓其在更多的領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮作用。

作者:孫雪柳 單位:國家新聞出版廣電總局763臺

參考文獻:

[1]喻強.數(shù)字衛(wèi)星通信在廣播傳輸中的應(yīng)用[J].科技展望,2015,12:111.

篇6

關(guān)鍵詞軌道交通 數(shù)字化 光纖

中圖分類號：C913.32 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：

研究背景

城市軌道交通供電系統(tǒng)可采用集中供電方式和分散供電方式，而為了節(jié)省綜合成本，現(xiàn)在新建地鐵線路更多地是采用了環(huán)網(wǎng)供電的方式，如圖2所示，一個總降壓站可能要掛接5~6座變電站負(fù)荷。在此種方式下，當(dāng)運行區(qū)間內(nèi)發(fā)生故障時，相鄰的兩個牽引變電所需同時跳開相應(yīng)斷路器切除故障線路，以保證能將故障區(qū)段徹底從運行線路中切除；而在故障區(qū)間外對應(yīng)的保護不應(yīng)誤動作。但是在實際運行中，故障發(fā)生后由于各個變電所開關(guān)保護配合問題往往會發(fā)生越級跳閘以及多級跳閘等現(xiàn)象，而且在永久性故障和瞬時性故障判別方面也存在困難。

針對以上現(xiàn)象如果用傳統(tǒng)的電流選跳保護，則后備過流保護在定值和時限上以及聯(lián)跳方案都要進行配合，而隨著區(qū)間變電站數(shù)量的增加，后備過流的動作時間定值需要相應(yīng)增加，聯(lián)跳方案也需多重考慮；在現(xiàn)有供電系統(tǒng)下，為了減少故障電流對系統(tǒng)的沖擊，不影響上級保護的整定值，往往能夠預(yù)留出的級差時間很短，很容易出現(xiàn)幾個變電所級差時間相同的情況，故而在大區(qū)間供電方式下的后備過流保護的時間級差設(shè)定以及聯(lián)跳閉鎖方案就很難很好地滿足保護選擇性和速動性的要求，很可能在故障時出現(xiàn)誤跳擴大停電范圍甚至引起全線短暫停電的事故。

基于以上分析，我們引入數(shù)字通信電流選跳保護的概念，此保護是基于微機保護裝置間的網(wǎng)絡(luò)通信功能提出的一種新的保護方案。由于采用基于61850規(guī)約的數(shù)字化技術(shù)，區(qū)間內(nèi)變電所保護裝置通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，故當(dāng)任意一臺保護裝置檢測到異常狀態(tài)時，即可向整個網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其余智能設(shè)備皆可即時共享所有實時數(shù)據(jù)，從而可通過邏輯編程，對線路兩端微機保護裝置的電流保護動作與否進行比選，實施邏輯判斷，快速判別線路故障區(qū)段，實現(xiàn)選擇性地快速切除故障線路。

保護系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方案

為實現(xiàn)以上數(shù)字通信保護功能，保護裝置需采用通信方式傳遞過零流和失靈保護的啟動信號，故要求CPU可接入過程層GOOSE網(wǎng)，站控層仍可采用傳統(tǒng)的103規(guī)約。

保護系統(tǒng)組網(wǎng)方案如下圖所示：

圖1 保護系統(tǒng)組網(wǎng)方案

過程層所間網(wǎng)絡(luò)

過程層所與所之間通信采用雙通道模式，架設(shè)專用的2路2芯通信光纜，通信介質(zhì)采用單模光纜，光纜通過所內(nèi)GOOSE網(wǎng)交換機連接，實現(xiàn)所間保護裝置之間的信息共享和閉鎖功能等。

所內(nèi)網(wǎng)絡(luò)

過程層網(wǎng)絡(luò)：支持雙GOOSE網(wǎng)，保護裝置通過GOOSE網(wǎng)實現(xiàn)保護裝置之間的信息共享和閉鎖功能等。

站控層網(wǎng)絡(luò)：采用雙網(wǎng)電口模式，支持103通信規(guī)約。

數(shù)字通信電流選跳保護工作原理

如圖2所示為城市軌道環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)及故障分析示意圖。根據(jù)區(qū)間線路沿線各開關(guān)是否流過故障電流，可判斷出故障區(qū)段。假設(shè)區(qū)間線路上出現(xiàn)單一的故障，則故障區(qū)段位于從電源側(cè)到末梢方向最后一個經(jīng)歷了故障電流的開關(guān)和第一個未經(jīng)歷故障電流的開關(guān)之間的區(qū)段。

圖2 城市軌道環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)及故障分析示意圖

在圖2中，根據(jù)供電方向，當(dāng)d1點出現(xiàn)故障時，1,2,5,6點都檢測到故障電流，而9點未檢測到故障電流。由此就可以判斷，故障點在6,9之間，為電纜故障，則可根據(jù)數(shù)字通信電流保護邏輯跳開6、9號開關(guān)；當(dāng)d2點出現(xiàn)故障時，1,2,5點都檢測到故障電流，而6,20,21,9點未檢測到故障電流。由此就可以判斷，故障點在母線上之間，為母線故障，則可根據(jù)數(shù)字通信電流保護邏輯跳開5,6,21號開關(guān)。

正常故障行為分析

以進出線保護裝置為例：GOOSE網(wǎng)絡(luò)中每一臺保護裝置皆通過配置文件手動分配一個唯一的地址，故而進出線保護裝置可通過GOOSE網(wǎng)接收相鄰變電所同一線路開關(guān)的過電流保護的啟動信號及本變電所同一母線上其它所有開關(guān)的過電流保護的啟動信號，再通過邏輯判斷是電纜故障或者是母線故障。數(shù)字通信電流保護中電纜故障判斷條件為：

本線路開關(guān)過電流保護啟動；

相鄰變電所同一線路開關(guān)的過電流保護未啟動；

數(shù)字通信電流保護延時時間到T1。

數(shù)字通信電流保護中母線故障的判斷條件為：

本線路開關(guān)過電流保護啟動；

相鄰變電所同一線路開關(guān)的過電流保護啟動；

本變電所同一母線上其他所有開關(guān)的過電流保護均未啟動；

數(shù)字通信電流保護延時時間到T1。

當(dāng)保護裝置判斷為電纜故障時跳本線路開關(guān)，并發(fā)信號通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)聯(lián)跳相鄰變電所同一線路開關(guān)。當(dāng)保護裝置判斷為母線故障時跳本線路開關(guān)，并發(fā)信號聯(lián)跳本變電所的其他進出線開關(guān)及母聯(lián)開關(guān)。

異常故障行為分析

在相關(guān)開關(guān)保護裝置出現(xiàn)異常運行情況時，比如保護裝置檢測到與相關(guān)裝置通信異?；蚪邮盏较嚓P(guān)裝置告警閉鎖保護時，保護裝置可通過控制字預(yù)先設(shè)置將數(shù)字通信電流保護延時時間抬升到一個時限再出口或者是將數(shù)字通信過電流保護閉鎖。通過抬升動作時限或者閉鎖數(shù)字通信過流保護功能，可最大限度地避免在異常情況下保護的無序動作。

與傳統(tǒng)方案的比較

傳統(tǒng)電纜聯(lián)跳分為開量和閉量兩種方案，開量方案在正常運行中的聯(lián)跳回路處于閉合狀態(tài)，只有在聯(lián)跳信號發(fā)出時回路才斷開，因而當(dāng)聯(lián)跳回路本身出現(xiàn)故障，比如斷線或者有接觸不良的狀態(tài)時，可能出現(xiàn)誤動作；而閉量方案在正常運行中的聯(lián)跳回路處于斷開狀態(tài)，只有在聯(lián)跳信號發(fā)出時回路才閉合，因而當(dāng)聯(lián)跳回路本身出現(xiàn)故障時，保護可能拒動。而現(xiàn)階段針對于電纜回路斷線或者接觸不良的監(jiān)測還不完善，故而此種誤動或拒動的問題無法很好地解決。

與電纜聯(lián)跳方案比較，基于61850規(guī)約的數(shù)字化方案由于采用光纖通道，故而抗干擾性很好，對不同的環(huán)境都有很好的適應(yīng)性；由于采用數(shù)字通信，取消了大量的電纜連線，減少了保護裝置的輸入輸出接口，大大節(jié)省了成本；而且數(shù)字通信通道可隨時處于監(jiān)測狀態(tài)中，一旦出現(xiàn)異常情況可立即切換故障跳閘方案，防止因為通道異?；蛘哐b置異常造成的保護拒動等現(xiàn)象。

按照傳統(tǒng)的級差配合方案，為了在故障時盡量達到不誤跳的要求，則需通過給每個變電所配置級差延時來達到目的；故而在變電所增多的情況下末端變電所的延時時間增大，不利于保護的速動性要求。而數(shù)字通信電流保護功能無需逐級配合的動作時間，可有目的的直接快速判定出故障區(qū)段，有針對性地切除故障區(qū)段。

數(shù)字通信電流保護方案在工程運用中的難點

GOOSE網(wǎng)路中保護裝置之間通信中斷的判別需要一定的延時。由于數(shù)字通信電流保護是基于IEC61850規(guī)約建立的GOOSE網(wǎng)絡(luò)的，而在IEC61850規(guī)約中，限于數(shù)據(jù)量，通信鏈接報文并不能頻繁發(fā)送，故而通信中斷只能通過延時來判別，這個判別延時一般配置為5s。若在判別通信中斷的過程中發(fā)生故障，則保護不能按預(yù)設(shè)方案正確動作。

在保護裝置本身出現(xiàn)故障的情況下，GOOSE網(wǎng)絡(luò)中的此保護裝置對應(yīng)節(jié)點處于一個不正常運行狀態(tài)，為了防止保護誤動，此時需要與之有聯(lián)系的保護裝置對此情況進行處理。比如要求每一臺保護裝置在正常運行時不間斷的向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送運行正常的報文，而與之有聯(lián)系的保護裝置則可以不間斷的收到此報文；一旦某一個保護裝置有異常，則與之有聯(lián)系的保護裝置接受到的監(jiān)視報文必然有所變化，據(jù)此就可進行相應(yīng)的邏輯判斷，同時執(zhí)行預(yù)先設(shè)定的保護動作方案。

結(jié)語

現(xiàn)如今，大區(qū)間環(huán)網(wǎng)供電方式已經(jīng)成為地鐵供電系統(tǒng)的主要方式，而基于GOOSE網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字通信電流選跳方案由于具有結(jié)構(gòu)簡單，綜合投資少，維護方便，具有更好的選擇性和速動性等優(yōu)點，相比傳統(tǒng)方案更符合大區(qū)間環(huán)網(wǎng)供電方式的要求。在現(xiàn)階段，數(shù)字化技術(shù)的優(yōu)勢已經(jīng)體現(xiàn)了出來，隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，必然會有更多更好的保護方案涌現(xiàn)。

參考文獻：

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譚文恕 變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC61850介紹。電網(wǎng)技術(shù)，2001,25(9):8-11

個人簡介：姚亮，1978年，男，江蘇鹽城人，工程師，從事繼電保護裝置研發(fā)工作。

篇7

一、無線電液控制技術(shù)基本原理

無線電液控制技術(shù)的基本工作原理:首先,無線電液控制系統(tǒng)將操作者或機器的控制指令進行數(shù)字化處理(包括對信號的濾波,A/D轉(zhuǎn)化等處理),變?yōu)橐子谔幚淼臄?shù)字信號;其次,對數(shù)字指令信號進行編碼處理;再次,指令信號在經(jīng)發(fā)射系統(tǒng)進行數(shù)字調(diào)制后,通過發(fā)射天線以無線電波的方式傳遞給遠(yuǎn)處的接收系統(tǒng)。最后,接收系統(tǒng)通過接收天線把帶控制指令的無線電波接收下來,經(jīng)過解調(diào)和解碼,轉(zhuǎn)換為控制指令,實現(xiàn)對各種類型閥的進行控制。

由于無線電液控制技術(shù)在工程機械領(lǐng)域占有重要地位,它也越來越受到各國的重視,都投入了很多的技術(shù)力量和資金進行研究開發(fā)。雖然紅外遙控也可以實現(xiàn)電液控制技術(shù)的遠(yuǎn)程遙控,但是由于紅外遙控存在對工作背景要求高、能耗高、傳輸距離短(一般不會超過10米),且必需在同一直線上,中間不能有任何障礙物以及易受工業(yè)熱輻射影響等缺點,使得無線電液控制技術(shù)成為當(dāng)前研究的主要方向。

二、無線電液控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀及趨勢

(一)無線電液控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀

最初,遙控電液控制系統(tǒng)都是采用有線遙控方式進行的。早在60年代初期,人們就能利用拖纜遙控裝置來控制液壓機械上的手動、電液多路閥,操作時通過拖纜遙控裝置上的雙向單軸搖桿輸出線性比例信號來控制電液比例多路閥,線控盒搖桿的信號完全能模擬液壓多路閥上手動拉桿的動作。雖然這種方式也可以使操作人員在作業(yè)區(qū)外對機械設(shè)備進行操作控制,但是由于控制信號在電纜線中的衰減,使得遙控的距離有限,同時由于電纜線的存在,影響了操作的靈活性,而且數(shù)米長的電纜經(jīng)常是生產(chǎn)事故中的主要根源。[2]

隨著無線電技術(shù)的成熟,把無線電技術(shù)引入電液控制系統(tǒng)成為了可能。由于無線電液控制技術(shù)是通過無線電波來傳遞控制指令,完全消除了拖纜式遙控裝置所帶來的故障隱患。但是一開始的無線電液控制系統(tǒng)都只能發(fā)射簡單的指令,如:打開/關(guān)閉等指令。進入70年代后,隨著大規(guī)模集成電路及專用微處理器的出現(xiàn),開發(fā)出了可靠性更高的手持式無線遙控系統(tǒng)。后來,隨著數(shù)字處理技術(shù)的快速發(fā)展,無線數(shù)字通信技術(shù)的日趨成熟,利用數(shù)字通信技術(shù)的抗干擾能力強、易于對數(shù)字信號進行各種處理等等的優(yōu)點,使得遙控系統(tǒng)的抗干擾性能逐步提高,安全性能大大改善;與此同時,模擬集成電路設(shè)計的迅速發(fā)展,各種高精度的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/D)和數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器(D/A)的研制成功,并把他們應(yīng)用到無線電液控制系統(tǒng)中,使得無線電液控制系統(tǒng)不但能夠傳輸開關(guān)信號,也能夠傳輸模擬控制量并且對控制指令有較高分辨能力,也就是說,無線電液控制系統(tǒng)不但能夠控制普通的電磁開關(guān)閥,而且能夠控制比例閥。由于無線電液控制技術(shù)既有電液控制技術(shù)的優(yōu)點,又有無線技術(shù)的優(yōu)點,因此它有著很廣泛的應(yīng)用,特別是在工程機械領(lǐng)域中。無線電液控制系統(tǒng)的典型應(yīng)用場合如工業(yè)行車、汽車吊、隨車吊、混凝土泵(臂架)車、盾構(gòu)掘進機的管片拼裝機等。

80年代初,美國Kraft TeleRobtics和約翰·迪爾等公司,相繼開發(fā)出無線遙控系統(tǒng),并應(yīng)用于挖掘機中,成功推出遙控挖掘機。其中,比較典型的是約翰·迪爾公司的690CR型遙控挖掘機。

1983年,日本小松制作所研究開發(fā)了各種工作裝置的微動控制和復(fù)合動作的無線電操縱,并成功改裝PC200-2型液壓挖掘機。

1987年,德國HBC公司研制成功應(yīng)用于工程機械領(lǐng)域的工業(yè)無線電遙控裝置。這種遙控裝置采用了先進的數(shù)字化通信技術(shù),傳輸?shù)谋壤刂菩盘柊踩?、可靠和實?并對發(fā)射的指令有很高的分辨率;在接收端使用模擬技術(shù)可以使執(zhí)行機構(gòu)的加速、減速動作與無線電遙控裝置發(fā)射器上的動作完全成比例,從而實現(xiàn)對執(zhí)行機構(gòu)的無級控制。利用它,結(jié)合電液比例伺服驅(qū)動機構(gòu)、液壓比例多路閥和電液比例減壓閥及普通電磁控制開關(guān)閥,就可以實現(xiàn)工程機械的無線遙控。德國HBC無線電遙控系統(tǒng)采用的比例輸出信號(0-5V/10V、4-20mA、PWM0-2A)可與多個廠家電液多路閥信號匹配,可模擬手動操作方式達到與液壓控制系統(tǒng)互相間的協(xié)調(diào)。

與國外對無線電液控制技術(shù)的研究應(yīng)用相比較,國內(nèi)則相對比較晚,技術(shù)相對也落后一些。上海寶山鋼鐵公司于1997年引入HBC無線遙控系統(tǒng)、意大利FABERCOM的比例液壓伺服模塊,對黃河工程機械廠生產(chǎn)的ZY65型履帶式裝載機進行了遙控改造,使其成為一臺遙控裝載機。

(二)無線電液控制技術(shù)研究趨勢

隨著數(shù)字通信技術(shù)和超大規(guī)模集成電路的高速發(fā)展,把數(shù)字通信技術(shù)和高性能、高集成度的集成電路應(yīng)用到無線電液控制技術(shù)中,使得無線電液控制器的性能更加完善,可靠性更加高。它們都推動著無線電液控制技術(shù)的發(fā)展,具體表現(xiàn)在以下幾個方面:(1)超大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展使無線電液控制器硬件電路的可靠性提高,同時為實現(xiàn)更強大的(下轉(zhuǎn)第152頁)(上接第193頁)功能提供了可能性;(2)數(shù)字通信技術(shù)提高了無線電液控制器的性能;(3)糾錯編碼技術(shù)提高了無線電液控制器的抗干擾能力。

三、無線電液控制技術(shù)在盾構(gòu)管片拼裝機中的應(yīng)用

盾構(gòu)管片拼裝機是一六自由度機械手,由電液比例多路閥控制各個方向執(zhí)行器動作,實現(xiàn)管片的拼裝。利用無線遙控系統(tǒng)控制電液比例多路閥的先導(dǎo)級就可以控制進入多路閥的流量。采用電液比例技術(shù)能提高管片機的拼裝速度,有效地降低工程造價。

四、結(jié)語

由于無線電液比例技術(shù)具有多方面的優(yōu)點,在工程機械領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。將無線遙控技術(shù)應(yīng)用于盾構(gòu)管片拼裝機系統(tǒng),將具有重要的工程應(yīng)用意義。

【參考文獻】

[1] 鄭貴源.無線遙控裝置在工業(yè)控制中的應(yīng)用[J].機械與電子,1997,(2).

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關(guān)鍵詞：直接數(shù)字通信；USB；設(shè)計

一、直接數(shù)字通信設(shè)計中應(yīng)用USB技術(shù)的優(yōu)勢

近幾年隨著無線技術(shù)的快速發(fā)展，無線USB接口技術(shù)也應(yīng)運而生。無線USB是基于超寬帶無線通信技術(shù)（Ultra WideBand，UWB）技術(shù)的寬頻帶、低功率譜密度優(yōu)點。隨著各種類型的USB外設(shè)（如USB閃存盤、USB視頻頭、USB鼠標(biāo)等）的陸續(xù)出現(xiàn)，USB通信的優(yōu)點越來越廣泛的被人們所熟知，將外設(shè)連接到計算機時，USB接口成為優(yōu)先的選擇，USB總線主要具有以下優(yōu)點：

（1）使用方便：設(shè)備自動識別，自動安裝驅(qū)動程序，支持動態(tài)接入。

（2）應(yīng)用范圍廣：傳輸速率從幾Kb/s至幾百Mb/s；同一組總線上可以同時支持同步和異步傳輸類型；支持對多個設(shè)備的同時操作（多連接）；支持多達127個物理外設(shè)；支持在主機和設(shè)備間多個數(shù)據(jù)和消息流的傳輸。

（3）靈活性高：可以有很多不同大小的分組，并允許在一定范圍內(nèi)選擇設(shè)備的緩沖區(qū)；通過支持不同的分組緩沖區(qū)和時延要求，支持不同數(shù)據(jù)傳輸速率的設(shè)備。

（4）傳輸可靠性高：協(xié)議中包含錯誤檢測機制。

二、直接數(shù)字通信設(shè)計

（一）USB控制系統(tǒng)設(shè)計

USB接口引擎的芯片僅處理USB標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議包的通信；具有結(jié)構(gòu)相對簡單、靈活性高、設(shè)計復(fù)雜性低的特點。本文遵照USB協(xié)議的定義，參考市場上已有的USB IP核，可以分析出一個USB設(shè)備控制器應(yīng)具有如下主要功能：協(xié)議數(shù)據(jù)翻譯、總線上事件檢測、事務(wù)傳輸控制。

協(xié)議數(shù)據(jù)翻譯：由于USB數(shù)據(jù)傳輸采用反向不歸零（None-Return to Zero Inverted，NRZI）編碼，并有位填充，所以在發(fā)送或接收串行數(shù)據(jù)時需要進行編碼與解碼。數(shù)據(jù)在控制器內(nèi)傳輸時以字節(jié)為單位，因此還需要進行串并轉(zhuǎn)換。USB數(shù)據(jù)以包為單位在總線上傳輸，在進行NRZI解碼后需要識別數(shù)據(jù)包開始、結(jié)束標(biāo)志數(shù)據(jù)校驗采用循環(huán)冗余校驗（Cyclic Redundancy Check，CRC）方法，在接收或發(fā)送數(shù)據(jù)時需要進行相應(yīng)的CRC校驗。

總線上事件檢測：對于USB總線事件需要進行檢測與確定，完成在各狀態(tài)之間正確轉(zhuǎn)換。USB事務(wù)傳輸控制：不同類型的USB事務(wù)有不同的傳輸控制機制，需要根據(jù)USB協(xié)議中所規(guī)定的順序來收發(fā)一系列USB包，完成一次事務(wù)傳輸所以，USB設(shè)備控制器要做到能夠正確識別由主機發(fā)來的各種包，并能根據(jù)傳輸機制做出正確處理。

物理層包括收發(fā)器和UTMI兩部分，其中收發(fā)器采用Agere Systems公司的芯片USS2X1A 8-bit，它的主要功能包括包開始（Start of Packet，SOP）和包結(jié)束（End of Packet，EOP）信號的檢測和產(chǎn)生時鐘恢復(fù)，即時鐘和數(shù)據(jù)的分離和提??；NAZI編碼和解碼；填充位的插入和刪除；串/并和并/串轉(zhuǎn)換；填充位錯誤和EOP錯誤的檢測。UTMI模塊實現(xiàn)總線上事件檢測功能，完成USB設(shè)備各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。該部分對USB數(shù)據(jù)并不進行處理，僅負(fù)責(zé)收發(fā)器和協(xié)議層PL模塊之間的數(shù)據(jù)傳遞。

控制器將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量直接存儲到FIFO存儲區(qū)中，也可以讀取FIFO存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)并輸出到外部I/O接口。從而在單片F(xiàn)PGA上控制伺服系統(tǒng)所有信號。

USB設(shè)備控制器的核心部分是協(xié)議層SIE模塊，它主要完成USB事務(wù)傳輸控制功能。協(xié)議層SIE對于UTMI傳遞過來的USB包要能進行識別和翻譯。

端點控制模塊用于端點的選擇及端點訪問控制，USB核支持多達16個端點，實際使用時端點數(shù)目可設(shè)置。控制器都必須通過對端點寄存器讀寫來進行控制。此模塊是由端點和狀態(tài)寄存器構(gòu)成，存放各種狀態(tài)信息和事件數(shù)據(jù)。

每個端點分別定義一套設(shè)置和功能相同但地址不同的寄存器，以端點0為例，它包括端點0狀態(tài)控制寄存器（EP0_CSR），記錄了端點狀態(tài)，包括端點號、端點類型和傳輸類型等一些狀態(tài)屬性的信息。

USB規(guī)范參照網(wǎng)絡(luò)中的開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型（Open System Interconnect Reference Model，OSI）采用了分層描述。USB規(guī)范把USB系統(tǒng)分為三層，即接口層、設(shè)備層和應(yīng)用層。

（二）物理層面的數(shù)字部分設(shè)計

USB接口的物理層包括數(shù)字和模擬兩部分。本文只實現(xiàn)了物理層的數(shù)字部分。UTMI模塊含有接收狀態(tài)機、發(fā)送狀態(tài)機、接口狀態(tài)引擎和速度識別引擎4部分組成。接收/發(fā)送狀態(tài)機分別為接收和發(fā)送數(shù)據(jù)部分的核心控制邏輯，控制著對數(shù)據(jù)操作的順序，接口狀態(tài)引擎用于跟蹤接口的各狀態(tài)信息，它可以控制串行通信芯片的掛起/恢復(fù)工作模塊，還可以控制芯片的全速/高速通信速率的轉(zhuǎn)換。接口狀態(tài)引擎子模塊采用一個內(nèi)部狀態(tài)機保持各狀態(tài)信息和芯片操作模塊轉(zhuǎn)換的信息。這些信息放在狀態(tài)寄存器中。速度識別引擎用來判斷串行數(shù)據(jù)通信的速率，并處理芯片掛起和復(fù)位操作的數(shù)據(jù)流方向。

（三）串行接口引擎即協(xié)議層設(shè)計

設(shè)備控制器的核心部分是串行接口引擎即協(xié)議層模塊，它主要完成USB事務(wù)傳輸控制功能。協(xié)議層對于UTMI接口傳遞過來的USB包要能進行識別和翻譯。同時該模塊判斷出當(dāng)前的傳輸事務(wù)是何種類型，根據(jù)USB事務(wù)傳輸機制適時發(fā)送正確的USB包，由收發(fā)器傳遞給UTMI模塊處理。該模塊的結(jié)構(gòu)主要包括：打包模塊、解包模塊和協(xié)議引擎模塊。協(xié)議層中的打包模塊專門負(fù)責(zé)組裝USB包，如果有需要發(fā)送的USB包，則送往打包模塊組裝，先組裝包頭，插入適當(dāng)?shù)腜ID，然后加入數(shù)據(jù)字段和校驗字段。

如果有UTMI模塊傳遞過來的USB包，則送往解包模塊拆裝，先解碼出PID，八位PID的低四位得到PID，通過USB2.0協(xié)議的PID類型定義譯出PID，再對其后的數(shù)據(jù)字段進行校驗并和包中校驗字段比較。

（四）控制設(shè)備傳輸層面設(shè)計

應(yīng)用層不負(fù)責(zé)具體的傳輸，它控制設(shè)備傳輸哪些數(shù)據(jù)，由主機的用戶軟件和設(shè)備的功能單元組成，功能單元是用戶軟件對USB設(shè)備的抽象。設(shè)備的功能主要在這一層上實現(xiàn)。功能單元提供每個USB設(shè)備所需的特定功能，主機端包括用戶軟件和設(shè)備驅(qū)動程序，設(shè)備端的功能由功能單元來實現(xiàn)，他們之間的聯(lián)系看作是邏輯上的數(shù)據(jù)流。

數(shù)控系統(tǒng)的性能一定程度上是由系統(tǒng)參數(shù)決定，如何正確傳輸和設(shè)置這些參數(shù)是也是實現(xiàn)直接數(shù)字通信的關(guān)鍵問題，參數(shù)的正確傳輸與否直接影響機床正常的工作及其性能的發(fā)揮。通常一個數(shù)控系統(tǒng)都有大量參數(shù)，少則幾十個，多則上千，這里我們僅選取一個關(guān)鍵參數(shù)的傳輸來說明數(shù)據(jù) 如何在這一層上進行傳輸。

在完成以上物理層和協(xié)議層的設(shè)計后，首先根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)把由一組指令實現(xiàn)的某種功能對應(yīng)的程序存入存儲器中，用一個命令代表這些功能。編寫控制程序時只要寫出該代表命令，就能實現(xiàn)這些功能。

參數(shù)的存儲由于數(shù)控機床的參數(shù)是需要根據(jù)機床的狀況進行更改的，所以參數(shù)都保存在可讀寫的存儲區(qū)內(nèi)。本文設(shè)計了16個端點，每個端點的存儲區(qū)都可以存參數(shù)、程序、參數(shù)等數(shù)據(jù)。系統(tǒng)當(dāng)前的數(shù)據(jù)可以存放在任何一個區(qū)中，也可以從任一區(qū)域讀數(shù)據(jù)作為當(dāng)前使用的數(shù)據(jù)。

三、結(jié)語

本文首先介紹了USB系統(tǒng)的邏輯體系結(jié)構(gòu)，接著講述了USB協(xié)議規(guī)定的數(shù)據(jù)通信機制，數(shù)據(jù)傳輸格式，信息包的組成和分類，數(shù)據(jù)傳輸?shù)?種方式，本文結(jié)合本系統(tǒng)選擇中斷和控制傳輸方式，講述和USB設(shè)備控制器設(shè)計相關(guān)的一些基本概念，描述符的具體設(shè)置及通信配置。根據(jù)USB協(xié)議先對USB設(shè)備控制器進行功能模塊劃分，對各部分進行說明。完成對物理層和協(xié)議層的設(shè)計，給出了設(shè)計生成的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，接口信號，數(shù)據(jù)傳輸流程。

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【關(guān)鍵詞】現(xiàn)場總線；可編程控制器；水處理行業(yè)

1、現(xiàn)場總線的概念

國際電工委員會IEC61158對現(xiàn)場總線（fieldbus）的定義是：安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點通訊的數(shù)據(jù)總線稱為現(xiàn)場總線。現(xiàn)場總線是一種用于底層工業(yè)控制和測量設(shè)備，如變送器、執(zhí)行器和本地控制器之間的數(shù)字式、串行、多點通信的數(shù)據(jù)總線。

對現(xiàn)場總線的概念的理解和解釋還存在一些不同的表述。例如，現(xiàn)場總線一般是指“一種用于連接現(xiàn)場設(shè)備，如傳感器、執(zhí)行器及像PLC、調(diào)節(jié)器、驅(qū)動控制器等現(xiàn)場控制的網(wǎng)絡(luò)：現(xiàn)場總線是一種串行的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信鏈路，它溝通了生產(chǎn)過程領(lǐng)域的基本控制設(shè)備之間以及更高層次自動控制領(lǐng)域的自動化控制設(shè)備之間的聯(lián)系：現(xiàn)場總線是連接控制系統(tǒng)中現(xiàn)場裝置的雙向數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)：現(xiàn)場總線是用于過程自動化和制造自動化的現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表互連的現(xiàn)場數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，是現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的集成；現(xiàn)場總線是從控制室連接到現(xiàn)場設(shè)備的雙向全數(shù)字通信總線：在自動化領(lǐng)域，“現(xiàn)場總線”一詞是指安裝在現(xiàn)場的計算機、控制器以及生產(chǎn)設(shè)備等連接構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)：現(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場、在測量控制設(shè)備之間實現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)通信、形成開放型測控網(wǎng)絡(luò)的新技術(shù)，是自動化領(lǐng)域的計算機局域網(wǎng)，是網(wǎng)絡(luò)集成的測控系統(tǒng)。

2、現(xiàn)場總線的組成與體系結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場總線技術(shù)包括三個部分：1）物理層；2）通訊棧；3）用戶層

和計算機系統(tǒng)一樣，現(xiàn)場總線系統(tǒng)也是由硬件和軟件兩大部分組成。硬件包括通信線、連接在通信線上的設(shè)備。軟件包括：組態(tài)工具軟件、組態(tài)通信軟件、控制器編程軟件、用戶程序軟件、設(shè)備接口通信軟件、設(shè)備功能軟件、監(jiān)控組態(tài)軟件。

3、現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)場總線是20世紀(jì)80年代開始發(fā)展起來的。由于現(xiàn)場總線所具有的本質(zhì)技術(shù)特點和一系列優(yōu)點及其所呈現(xiàn)的極為誘人的發(fā)展前景，也由于在現(xiàn)場總線的生產(chǎn)和發(fā)展過程中人們對現(xiàn)場總線的理解有所不同，現(xiàn)場總線出現(xiàn)了雜亂紛呈的局面。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前國際上有40多種現(xiàn)場總線。目前國際通用標(biāo)準(zhǔn)IEC61158共有三個不同版本。此外還有IEC62026、ISO11898及ISO1519。

中國現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)化工作的現(xiàn)狀：對國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158的文本結(jié)構(gòu)作適當(dāng)調(diào)整，形成多種總線的標(biāo)準(zhǔn)文本，并根據(jù)中國用戶應(yīng)用和產(chǎn)品開發(fā)的需要建立相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。2001年，中國將FF、PROFIBUS、HART等立項為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其中PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)已于2001年11月批準(zhǔn)為中國的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

4、現(xiàn)場總線技術(shù)優(yōu)點

1）節(jié)省硬件成本

現(xiàn)場總線使用標(biāo)準(zhǔn)功能塊完全控制策略。功能塊是標(biāo)準(zhǔn)的自動化函數(shù)。許多控制系統(tǒng)功能塊，諸如模擬輸入、模擬輸出、PID控制等功能都可以通過使用功能塊由現(xiàn)場設(shè)備完成。以模塊為基礎(chǔ)，設(shè)計一致的功能塊，使來自不同廠家的設(shè)備可以無縫的集成在一起。

2）設(shè)計組態(tài)安裝調(diào)試簡便

現(xiàn)場總線允許多臺設(shè)備掛接在一對電纜上。這樣可以減少電纜、安全柵和安裝盒。

3）系統(tǒng)的安全可靠性好，減少故障停機時間

在傳統(tǒng)的自動化系統(tǒng)中，除了過程參數(shù)外沒有更多的有用信息。在基金會現(xiàn)場總線中，由于采用了數(shù)字通訊，信息量大大增加。除此之外，現(xiàn)場總線提高了精度，減少了失真（不需A/D和D/A轉(zhuǎn)換），使控制更為可靠?？刂品植荚诂F(xiàn)場設(shè)備中，提高控制質(zhì)量?，F(xiàn)場總線允許從變送器中傳送多個變量到系統(tǒng)中來，進行諸如存檔、趨勢分析、過程優(yōu)化、產(chǎn)生報表等。高精度、不失真的數(shù)字通訊特點可以提高控制能力，因而提高產(chǎn)量。帶有微處理器的現(xiàn)場總線設(shè)備具有自診斷和通訊能力，因而減少了系統(tǒng)停車時間，提高了工廠安全。一旦發(fā)現(xiàn)不正常情況或設(shè)備需要預(yù)維護，操作工和維修人員會被通知，從而采取及時正確的行動。

4）系統(tǒng)維護設(shè)備更換和系統(tǒng)擴充方便

5）用戶對系統(tǒng)配置設(shè)備選型有最大的自

現(xiàn)場總線是開放的協(xié)議，這意味著來自不同生產(chǎn)廠家的經(jīng)過基金會認(rèn)證的設(shè)備互可操作，在同一系統(tǒng)中，不依賴某一個廠商，而又可運行多種設(shè)備，同時沒有任何功能喪失。

6）完善了企業(yè)信息系統(tǒng)為實現(xiàn)企業(yè)綜合自動化提供了基礎(chǔ)。

5、現(xiàn)場總線在水行業(yè)中的應(yīng)用

由于水資源的緊張及環(huán)保意識的提高，給水工程及污水處理工程已經(jīng)成為新興的重要行業(yè)。尤其是污水處理工程，目前國內(nèi)外許多有實力的公司開始在國內(nèi)投資建設(shè)污水處理廠。企業(yè)目的是為了少投入，多贏利，因此企業(yè)會根據(jù)不同地點、不同水質(zhì)采用不同的水處理工藝。而先進的工藝都離不開先進的電氣自動化設(shè)備，因此自動化的先進程度很大程度上決定了工藝能否順利運行，也決定了水廠日后的運行費用，同時也決定了投資成本的回收期限。自控產(chǎn)品的快速發(fā)展使各種復(fù)雜的水處理工藝得以實現(xiàn)，根據(jù)污水處理的所采用的工藝不同，其自動化的復(fù)雜程度也不同現(xiàn)場總線促使現(xiàn)行的現(xiàn)場設(shè)備和儀表的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)將發(fā)生重大變革?，F(xiàn)場總線把自動控制系統(tǒng)和設(shè)備帶進了信息網(wǎng)絡(luò)之中，形成為企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的底層從而為實現(xiàn)企業(yè)信息集成和企業(yè)綜合自動化提供了可行的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的信號制將由4-20mA模擬信號制轉(zhuǎn)換為雙向數(shù)字通信的現(xiàn)場總線信號制。

在我院設(shè)計的“大慶市西城區(qū)污水處理廠”工程設(shè)計中，部分控制系統(tǒng)采用了現(xiàn)場總線。如污泥脫水系統(tǒng)及曝氣系統(tǒng)的高速離心風(fēng)機采用了現(xiàn)場總線的通訊方式，目前看來，無論是通訊速率，還是可靠性都充分顯示了現(xiàn)場總線的優(yōu)越性。

6、結(jié)束語

現(xiàn)場總線在水處理行業(yè)的應(yīng)用，目前還處于嘗試階段，為形成主流。水處理中的主要設(shè)備有水泵、風(fēng)機及閥門，電壓等級為10KV和0.4KV。10KV設(shè)備保護主要采用綜合保護器，目前的保護器均有自己的通訊協(xié)議，并且水廠內(nèi)不同廠家提供的設(shè)備不能采用統(tǒng)一的總線標(biāo)準(zhǔn)。因此，整個控制系統(tǒng)不能完全做到兼容。但隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，將會有更多的廠家采用標(biāo)準(zhǔn)的總線通訊協(xié)議，那時，現(xiàn)場總線會使水廠真正實現(xiàn)系統(tǒng)的智能化、分布化、數(shù)字化。

參考文獻

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[2]周明編著.現(xiàn)場總線控制.北京：中國電力出版社，2002

篇10

智能化低壓配電系統(tǒng)由低壓開關(guān)設(shè)備具有通信功能的智能化元件經(jīng)數(shù)字通信與計算機系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接,實現(xiàn)變電站低壓開關(guān)設(shè)備運行管理的自動化、智能化。系統(tǒng)可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集、數(shù)字通信、遠(yuǎn)程操作與程序控制、保護定值管理、事件記錄與告警、故障分析、各類報表及設(shè)備維護信息管理等功能。針對低壓電氣系統(tǒng)直接面向控制終端,設(shè)備多、分布廣,而且現(xiàn)場條件復(fù)雜,系統(tǒng)本身及設(shè)備頻繁操作、故障脫扣等產(chǎn)生的強電磁及諧波干擾等特點,智能化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能實現(xiàn)面向?qū)ο蟮牟僮髂Ｊ?具有強抗干擾能力,主要控制功能由設(shè)備層智能化元件完成,形成網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng),以滿足系統(tǒng)運行的實時、快速及可靠性的要求。系統(tǒng)中的低壓智能化元件就其功能而言總體上可分為:電能質(zhì)量監(jiān)測、開關(guān)保護與控制及電動機控制等。由于現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用,系統(tǒng)中智能化元件可不依賴計算機網(wǎng)絡(luò)而獨立運行,極大地提高系統(tǒng)運行的實時性和可靠性,滿足低壓電器設(shè)備運行管理的需要及工廠生產(chǎn)過程控制的要求。

現(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場、在微處理器測控設(shè)備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信的系統(tǒng),也被稱為開放式、數(shù)字式多點通信的底層網(wǎng)絡(luò)。20世紀(jì)80年代中期,隨著微處理器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,DCS系統(tǒng)4～20mA的模擬量傳輸方式逐漸被數(shù)字網(wǎng)絡(luò)傳輸方式所取代,現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(Fieldbus Control System,FCS),迅速發(fā)展并在自動化領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。FCS既是一個開放式通信網(wǎng)絡(luò),又是一種全分布式控制系統(tǒng)。它作為智能設(shè)備的聯(lián)系紐帶,把掛在總線上作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的智能設(shè)備連接為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),并進一步構(gòu)成自動化系統(tǒng),實現(xiàn)基本的控制、計算、參數(shù)設(shè)置、報警、顯示、監(jiān)控及系統(tǒng)管理等綜合自動化功能。在FCS中,各種部件用通信網(wǎng)絡(luò)連接起來,數(shù)據(jù)傳輸采用總線方式,系統(tǒng)信號的傳輸完全數(shù)字化。系統(tǒng)內(nèi)不存在嚴(yán)格意義上的主控部件,資源共享,各智能化部件可以不依賴計算機而獨立運行。FCS完全淘汰了4～20mA的模擬量傳輸方式,減少了大量的現(xiàn)場敷線;FCS的控制調(diào)節(jié)過程在現(xiàn)場部件,有效地提高了系統(tǒng)控制的實時性和可靠性,并避免了系統(tǒng)因主機故障而陷入癱瘓。

幾種有影響的現(xiàn)場總線技術(shù)包括FF、Profibus、LonWorks、CAN、DeviceNet等。它們的通信模型各不相同,其應(yīng)用具有各自的特點,已形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)并在特定的應(yīng)用領(lǐng)域顯示了自己的優(yōu)勢?，F(xiàn)場總線技術(shù)的優(yōu)點主要有:

(1)節(jié)省硬件投資。現(xiàn)場總線系統(tǒng)的智能設(shè)備分散在現(xiàn)場,能直接執(zhí)行控制和計算功能,可減少大量的變送器及調(diào)節(jié)器、計算單元等,也不再需要DCS系統(tǒng)的信號傳輸處理單元及其大量復(fù)雜的硬線連接,節(jié)省了可觀的硬件投資,并可減少控制室的占地面積。

(2)節(jié)省安裝費用?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)的接線十分簡單,一條通信總線上可掛接幾個甚至上百個設(shè)備,節(jié)省安裝附件,安裝工作量大大減少,設(shè)計及接線校對的工作量也大大減少。資料顯示,與DCS相比,現(xiàn)場總線系統(tǒng)的安裝費用可節(jié)省60%以上。

(3)減少維護費用。由于現(xiàn)場控制設(shè)備具有自診斷及一定的故障處理能力,并通過數(shù)字通信將相關(guān)信息送往控制室,用戶可實時監(jiān)測及查詢所有設(shè)備的運行,及時了解維護信息,以便早期分析與排除故障,縮短維護停工時間。同時,由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化、接線簡單,減少了維護工作量。

(4)系統(tǒng)集成更簡單、靈活。用戶可選擇不同制造商的產(chǎn)品來集成系統(tǒng),避免或減少系統(tǒng)集成中因不兼容的協(xié)議和接口帶來的麻煩。