传输功能范文（精选7篇）
传输功能 第1篇
1 资料与方法
1.1 一般资料 选取2012 年3 月—2014 年7 月我院就诊的40 例便秘患者与同期40 例自愿接受功能性便秘流行病学调查的人员作为研究对象, 将40 例便秘患者设为观察组, 40例自愿接受功能性便秘流行病学调查的人员设为对照组。其中观察组男21 例, 女19 例, 年龄最小16 岁, 最大57 岁, 平均年龄 (34.5±2.35) 岁, 病程最短5 个月, 最长2 年, 平均 (10.45±3.6) 个月, 40 例患者均伴有排便困难、反复间断性腹痛、大便带血等症状[1];对照组男16 例, 女24 例, 年龄最小17 岁, 最大58 岁, 平均年龄 (38.5±3.23) 岁。2 组患者年龄、性别等一般资料无明显差异 (P>0.05) , 具有可比性。
1.2 方法 ①对受试对象进行全面系统的检查, 且试验前3 d禁止服用任何与胃肠道相关的药物和刺激性食物, 停止一切影响胃肠道动力的检查治疗措施。试验时间一般选择排便过后。②80 例参与研究人员均予以口服1 颗装有20 粒不透X射线的标记物胶囊, 于不同时段摄腹部X线平片, 拍摄时段一般设为:24, 48, 72, 96 h后, 也可每隔24 h拍摄一张腹平片, 直至标志物排出80% (即16 粒) , 如果前一张腹平片中所见标记物小于20% (即4 粒) , 便停止拍摄[2]。③检查结束后, 对比观察2 组X线片标记物的数目及分布情况。
1.3 观察指标 参照汪志杰和喻德洪提出的诊断标准[3], 将评估指标分为轻度传输迟缓、中度传输迟缓、重度传输迟缓、正常传输4 个级别。其中轻度传输迟缓为96 h后标记物>4 粒;中度传输迟缓为96 h后标记物>15 粒;重度传输迟缓为120 h后标记物>15 粒;正常传输为72 h后标记物≤4 粒[4]。
1.4 统计学方法 计数资料采用 χ2检验, P<0.05 为差异具有统计学意义。
2 结果
观察组40 例患者中32 例传输功能迟缓, 比率为80.0%;对照组中4 例传输功能迟缓, 比率为10.0%, 2 组比较差异具有统计学意义 (P<0.05) 。见表1。
3 讨论
慢性功能性便秘是一种常见病、多发病, 主要是指排便次数减少、粪便干结、排便费力等, 形成原因主要为饮食结构不合理、药物影响、大肠病变、排便动力不足、经常拖延大便时间、精神压力等。常见的诊断手法为结肠传输功能试验, 经口摄入特定的标记物, 然后定时观察和计算标志物在结直肠的运行和分布情况以及排出的时间等, 该试验能有效判断患者便秘情况。结肠传输功能试验的意义:①判断患者有无传输型便秘。②区分出口梗阻型便秘、慢传输型或正常型便秘[5]。
本文通过对2012 年3 月—2014 年7 月我院就诊的40 例便秘患者与同期40 例自愿接受功能性便秘流行病学调查的人员进行结肠传输功能试验, 探讨结肠传输功能对慢性功能性便秘的诊断作用。结果显示, 观察组40 例患者中32 例传输功能迟缓, 比率为80.0%;对照组中4 例传输功能迟缓, 比率为10.0%。结果表明结肠传输功能试验对慢性功能性便秘诊断评估具有一定的价值。
参考文献
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传输功能 第2篇
关键词 SSL协议；数据传输安全；实现
中图分类号 TP 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)121-0034-01
随着计算机网络技术特别是Internet技术的发展，基于Internet的在线应用持续增加。与传统方式相比，远程办公、远程学习等在线应用更加高效、经济，且不受地域的制约和限制。但Internet是一个完全开放的环境，通过Internet的在线应用，需要考虑如何实现在此应用信息在计算机网络上的安全传输问题，计算机信息的安全传输包括信息的保密性、信息的完整性、通信双方的身份认证等多个方面，论文重点将SSL技术应用于在线应用系统的数据传输中，保障系统数据传输安全。
1 SSL安全传输协议原理
SSL（Secure Sockets Lays）协议是由Netscape公司设计的网络安全协议，主要目标是使用TCP来提供一种可靠的端到端的安全服务，已被广泛地用于Web浏览器与服务器之间的身份认证和加密数据传输。SSL协议可分为两层，如图1所示。
图1 SSL协议结构
SSL记录协议位于可靠的运输层协议之上，如它对各种更高层协议进行封装，为不同的更高层协议提供了基本的安全服务，特别是为Web客户/服务器的交互提供的HTTP协议可以在SSL上面运行。三个更高层的协议被定义为成SSL的一部分：握手协议、修改密文规约协议、告警协议，这些协议用于管理SSL的交换。
1）SSL记录协议。SSL记录协议可以为SSL连接提供保密性业务和报文完整性业务。保密性业务是通信双方通过握手协议建立一个共享密钥，完整性业务则是通过用于计算报文鉴别代码MAC的共享密钥。SSL记录协议操作首先是对数据进行分片和压缩，然后在压缩数据上计算报文鉴别代码，最后将压缩数据和MAC进行加密后传送出去。其中，MAC的计算是关键步骤。
2）SSL握手协议。SSL中最复杂的部分是握手协议。这个协议使得服务器和客户能够相互鉴别对方的身份、协商加密和MAC算法以及用来保护在SSL记录中发送的加密密钥。在传输任何应用数据之前，必须先使用握手协议。当在进行握手协议或者传输数据时，任意一方有异常状况，都可以用告警协议通行对方；当任意一方想要更换密钥时，可以通过修改密文规约协议来更换密钥。
SSL是在Internet基础上提供的一种保证私密性的安全协议，使客户/服务器应用之间的通信不被攻击者窃听，并且始终对服务器进行认证，还可选择对客户进行认证。SSL协议的优势在于它是与应用层协议独立无关的，高层的应用层协议能透明的建立于SSL协议之上。
2 基于SSL的系统架构设计
在线应用系统在设计时首先需要考虑信息在Internet传输过程中的安全性，具体体现为信息的机密性和完整性，将SSL应用于系统设计中可以大大提高信息安全性，基于SSL的系统架构设计如图2所示。
1）SSL代理服务器的组成部分。SSL代理服务器有三个组成部分：客户代理、服务器代理、访问控制。需要注意的是：与客户代理相连的客户是来自外部网上的主机，与服务器代理相连的是外部主机想访问的内部服务器。因此，只能在客户与客户代理之间增加对SSL协议的支持，即将原来的客户与客户代理之间的请求、应答转发置于SSL协议的保护之下。
图2 基于SSL的系统架构设计
2）SSL代理服务器的工作原理。采用SSL协议传输数据之前，必须先进行SSL握手，即SSL安全代理服务器与客户之间先进行SSL握手，建立SSL安全连接，然后发送普通的服务请求、接收由代理服务器转发的应答。在结束连接之前，还要断开SSL连接以保证连接的安全。
浏览器通过SSL安全代理与服务器建立安全连接，SSL安全代理接管了浏览器的安全功能，可以提供高强度加密算法的支持，数据的安全传输不受浏览器所能提供的安全能力的限制。采用安全代理方式，客户端需要安装代理服务器，浏览器的数据通过代理传送。SSL代理先对传送的数据进行加密，再传送给服务器。Web服务器可以与客户的浏览器之间进行高强度的SSL身份认证、数据通信加密。
3 基于SSL技术的系统数据传输安全功能实现
基于以上设计架构，主要包括身份认证模块、握手消息处理模块、记录层处理模块，其中握手消息处理、记录层处理两个核心模块具体设计实现如下。
1）握手消息处理模块。客户端的握手过程和服务器端的握手过程是相互交叉的，要经过多次的信息交互，才能完成整个握手过程。通信双方在握手过程中进行协商生成密钥过程的实现如下：当客户收到服务器的Server_hello_done的消息之后，如果服务器要求对客户方进行身份认证，客户方将自己的证书发送给服务器方，然后发送Client_Key_Exchange消息。客户方产生一个随机数作准密数Pre_master_secret，并用对方的公开密钥加密后作为Client_Key_Exchange消息的内容发送给服务器方。服务器方收到该消息后用自己的私钥对加密数据进行解密，从而客户方与服务器方具有相同的准密数Pre_Master_Secret，然后双方以此准密数为基数，经过算法计算出密数Master_Secret，计算公式如下：
master_secret=MD5（pre_master_secret+SHA（‘A’+pre_master_secret+
Client_hello.randon+Server_hello.random））+
MD5（master_secret+SHA （‘BB’+master_secret+
Server_hello.random+Client_hello.random））+
MD5（master_secret+SHA （‘CCC’+master_secret+
Server_hello.random+Client_hello.random））
上述计算过程将不断进行，直到生成的Key_block的字节数足够生成所有所需要的最终密钥。然后对Key_block进行分切，从而得到所需要的最终密钥。
2）记录层处理模块。记录层处理模块主要完成数据的分段/组装、填充/恢复，以及数据的完整性检查。在SSL中，所有来自上层的数据，包括握手消息、改变密码参数消息、报警消息、应用数据等都首先被分段和填充，每一数据段作为一个记录，对每个记录计算其MAC值并附加在该记录的末尾，然后将整个记录进行加密，在加密后记录首部再添加一个记录头。记录头包括数据类型、数据长度和协议版本信息。每一个SSL记录都包括记录头、实际数据、填充数据和MAC这几部分。记录层对数据进行分段的原则是是每段不超过214字节，加密后段的长度不变。在记录层对数据进行分段后每个记录的数据结构为：
struct{
ContentType type；//消息类型
ProtocolVersion version；//版本信息
Unit16 length；//数据段长度
SSLopaque fragment[SSLPlaintest.length]；//数据段
}SSLPlaintext；//明文记录
上述的明文记录结构在计算MAC并且加密后，就变成了与上述明文结构对应的密文结构，且密文的结构随加密算法类型的不同而有所不同。
4 结束语
SSL协议提供的安全信道有以下三个特性：①在握手协议定义会话密钥，所有的消息都被加密。②通信双方的身份确认，服务器端始终是被认证的。③信息的完整性，握手协议定义了共享的、可以用来形成信息鉴别码的密钥。论文基于SSL协议实现在线应用系统数据传输安全功能，具有较强的实际参考价值。
参考文献
[1]S.Kent, R.Atkinson, Security Architecture for the Internet Protocol,RFC 2401,November 1998
[2]张曜,卢涛,张青.加密解密与网络安全技术.北京:冶金工业出版社2002.,7/
[3]谭毓安.在Java中实现SSL端到端的加密,计算机应用,2002,Vol19(8)/
作者简介
传输功能 第3篇
传统煤矿安全监控系统使用的传输分站是煤矿监控系统的数据传输节点,分站采集各监控传感器数据上传到监控主机,并执行监控主机的控制指令,系统通常采用中心控制架构,存在执行协议单一,通信接口单一等问题。当分站数较多、巡检站点多、采用轮询方式工作时,巡检信号占用信道,信道使用效率低,系统控制响应时间较长,如果主通信出现故障时控制设备将失控,对煤矿安全存一定的隐患[1],因此,建立可靠的分布式控制系统具有十分重要的意义。本文采用分布式结构设计了一种矿用本安、传输分站,不仅可以提高系统的响应速度,并且可以更好地对监控分站和监控数据进行管理,当主通信故障时,分支系统仍可对监控设备执行安全监控,确保监控系统的可靠运行,并且信道使用效率高。该传输分站还具有10/100 Mbit/s自适应以太网接口,可以接入普通屏蔽网线,也可接入光纤网络,极大地提高了数据通信速度。
1 分站总体结构
矿用本安传输分站的总体结构如图1所示。① 分站自带16路全隔离模拟信号输入端口或16路开关量输入端口,可以接入多路传感器;② 分站具有4路全隔离RS485总线接口,设置为主口时每个通信口最多可接入32个监测分站;每个通信口兼容多种协议,用户可以自由定义协议类型,并且分站中所有数据透明传输,数据地址可自由编辑,各设备可自由共享传输分站中数据;③ 分站具有8路控制输出,可接入类似PLC或组态屏等智能设备,以进行逻辑计算[2]。
2 传输分站硬件设计
2.1 处理器
矿用本安传输分站核心板设计选用LPC1768,LPC1768为第二代Cortex-M3内核[3],运行速度高达120 MHz,采用纯Thumb2指令集,代码存储密度高,内置嵌套向量中断控制器(NVIC),极大降低了中断延迟;具有不可屏蔽中断(NMI)输入,存储器保护单元、内嵌系统时钟、存储器保护单元(MPU);96 KB片内SRAM包括64 KB SRAM,可供高性能CPU通过本地代码/数据总线访问 ;2个16 KB SRAM模块,带独立访问路径,可进行更高吞吐量的操作。这些SRAM模块可用于以太网、USB、DMA存储器以及通用指令和数据存储;具有在系统编程(ISP)和在应用编程(IAP)功能的512 KB片上Flash程序存储器;AHB多层矩阵上具有8通道的通用DMA控制器(GPDMA),结合SSP、I2S、UART、AD/DA转换、定时器匹配信号和GPIO使用,可用于存储器到存储器的传输。
2.2 频率/开关量采集模块电路
针对煤矿监控系统周边参数采集设备等各个传感器数据多采用调制的频率信号传输,本设计中接入16路频率输入口以满足大部分煤矿井下设备的需求,其频率采集电路如图2所示。
电路采用光耦器件TLP521进行隔离,隔离后频率信号经整形电路后接入处理器的外部中断管脚。
传输分站既可以接入频率信号,也可接入开关量信号,开关量可以是无源节点信号,也可以是有源开关信号。
2.3 RS485通信电路
分站具有4路全隔离RS485通信电路,4路独立串口,每路串口可以兼容多种协议,协议类型由用户选择。RS485通信电路如图3所示。
信号隔离采用磁耦ADUM2582,该芯片内部集成了1个单通道磁隔离器件和1个半双工RS485收发器,隔离电压为2 500 V,传输速率为500 kbit/s。 ADUM2582具有通信速率高、功耗小的特点。该电路是按EMC,EMI设计[4]。
2.4 以太网接口电路
以太网接口电路采用HR601680芯片,该电路的设计可使传输分站自由、灵活地构建分布式监控系统,如图4所示。
传输分站采用1路真以太网信号,兼容TCP/IP协议和UDP协议,接入以太网的设备是对等的,不分主从,避免了主从结构导致的巡检周期过长问题,同时以太网传输速率更高。
3 传输分站软件设计
PC机由专用配置软件通过以太网将配置数据下发到分站中,配置数据存于分站的Flash数据池中,分站程序将访问指针指向配置数据的首地址,从而通过分站程序可以方便地查询配置内容。
3.1 配置软件主界面及网关设置
传输分站采用配置软件进行配置操作,该配置软件可通过以太网自动捕获连接传输分站,并可对分站各端口类型、端口协议、16路频率信号数据地址、控制数据地址以及所有站点数据的类型以及地址进行定义。
选择和网关物理通路连接的网卡,则所连网关的信息将显示在界面中,如192.168.10.68,MAC:0.168.8.188.88.99。选择相应的网关信息则可启动对该网关的设置和监视。网关设置界面如图5所示。
3.2 通信端口配置及数据监视
在传输分站进行数据通信及监视过程中,必须设置网关对应串口的功能参数,如图6所示。
(1) DIS:显示柜设置,网关每个串口可以管理32个显示板。
(2) MdlRTU:设置RTU分站,网关每个串口可以管理32个RTU分站或虚拟成32个RTU从站。
(3) KJ95:设置KJ95N/F分站,网关每个串口可以管理32个KJ95N/F分站或虚拟成32个KJ95N/F从站。
(4) PLC RTU:与MdlRTU不同的是,PLC RTU最多可以设置8个读写块。
(5) 数据监控:可以监视和修改网关信息,地址范围:400001—404092(参照Modbus地址定义)。
(6) 以太网站点:可以在此通过UDP 实现网关和 最多8个以太网设备进行数据交换,这些设备可以是网关、各类PLC、计算机等。
(7) 语音报警操作:可以设置报警分站的报警信息,每个站最大具有63个汉字,127条报警信息。
(8) 可以对网关进行时钟同步。
3.3 数据池配置及数据监视
数据池仅支持寄存器。初始地址范围:400001—404092,如要监视400100,则在初始地址右框中输入400100,然后回车即可;如要设置400100为100,则输入400100=100,然后回车,寄存器的数值范围为0—65535(本软件观测总认为是无符号整数),设置数值时也可16进制输入,如400100=0X64,然后回车;浮点数据设置占用连续2个4X寄存器,如设置400100,400101 为0.126 8,则输入400100=0.126 8,然后回车即可。
上述配置步骤完成之后,分站根据配置信息对相应的物理接口进行操作,操作流程如图7所示。
在传输分站执行程序时,会对分站的4个RS485通信口逐个扫描,查询判断协议类型,如果串口是从口,执行主口的协议指令。如果串口设置为主口,按协议类型下发巡检指令,当巡检指令下发后等待串口下游设备的回送,如果回送超时或错误时,再次对该站点设备发送巡检数据,当连续3次通道错误或数据回送正确时,巡检下个站点。如果数据回送正确,分站将传输的数据按配置要求存放到对应设置的数据池地址中。
4 结语
相比传统的传输分站存在执行协议单一,通信接口单一以及外接分站较多时,控制响应滞后等缺点,该传输分站在软件方面优化了多种协议程序、多种通信接口程序,更好地实现了数据采集、数据融合和数据传输功能,实现了监控现场多设备的无缝兼容和松耦合,通信端口的协议类型可自由定义,传输数据可自由分配,并不需要针对特定的监控现场对设备进行二次开发。当通信端口设定为主口时,最多可以管理32个子设备,便于构建分布式控制系统。该传输分站在煤矿安全监控系统、瓦斯抽放监控系统、水泵监控系统以及工作面监控系统中作为数据采集、数据融合以及数据传输节点都具有突出的优势,可有效简化系统拓扑结构,降低系统建设成本,提高系统维护、应用的灵活性和便捷性。该分站前期试验取得了明显的效果,并将投入实际应用。
摘要：针对传统矿用传输分站存在执行协议单一、通信接口单一的问题,设计了一种具有网关功能的矿用本安传输分站,详细介绍了该分站的硬件和软件设计。该传输分站采用分布式结构,具有多种通信接口,通信端口可以自由定义协议类型、自由编辑数据地址、自由共享网关中数据,具有数据采集、数据融合和数据传输等功能。试验结果表明,该分站兼具网关和分站的作用,实现了监控现场多设备的无缝兼容和松耦合,具有很高的工程实用价值。
关键词：煤矿监控,网关,传输分站,本安分站,数据采集,信号隔离
参考文献
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呼吸道黏液纤毛传输系统功能的评估 第4篇
1 呼吸道黏液纤毛传输系统的组成
顾名思义, MTS由纤毛和黏液两部分组成。呼吸道黏膜主要由纤毛柱状上皮细胞和杯状细胞构成。每个呼吸道纤毛上皮细胞表面约有100~200根纤毛, 纤毛平均长约6μm, 直径0.1~0.2μm[1]。纤毛由称为轴丝的结构单位组成, 从细胞膜下的基粒发出, 细胞膜延伸覆盖在表面。正常的纤毛轴丝横断面在电镜下呈圆形, 中心有2个独立的中心微管, 其外周均匀地环绕着9个由A、B两个单微管组成的二联体, 形成所谓"9+2"结构。A微管发出放射辐与中央微管相连, 同时向B微管发出富含ATP酶的外动力臂和内动力臂。中心微管和二联微管之间分别由连接丝和连接蛋白相连。
2 呼吸道黏液纤毛传输系统功能的评估
MTS功能取决于纤毛和黏液两个方面的因素: (1) 纤毛的数量、纤毛摆动的幅度、频率和相互间的协调性。 (2) 黏液的质、量及流体力学性质, 纤毛间液的深度[2]。因此, 对其功能评估可以分为三个部分 (1) 纤毛的结构和运动; (2) 黏液的生成量、化学成分和物理学特性; (3) 黏液和纤毛联合作用的性能[3]。尽管可以检测出黏液的不同特性, 但其尚未精确的和确定生理功能相对应, 黏液的采集、存储可能导致其化学及流变学性质的改变, 尚无具备临床实用性的黏液性质的分析方法[4]。目前对MTS功能的评估, 主要是评估其整体功能及纤毛的结构和功能两个方面。
2.1 黏液纤毛传输系统的整体功能的评估
一般以黏液纤毛清除率 (mucociliary clearance, MCC) 或黏液纤毛传输率 (mucociliary transport rate, MTR) 来表示黏液纤毛传输 (清除) 功能。黏液纤毛传输时间 (mucociliary transport time, MTT) 和支气管黏液传输速度 (bronchial mucous transport velocity, BTV) 是分别反映上、下呼吸道MCC的常用指标。
2.1.1 放射性同位素法
是目前测量呼吸道黏膜纤毛传送速度最为精确的方法。采用99mTc或131I标记的已知大小的、不能透过气道上皮, 而只能被MTS清除的物质颗粒 (如白蛋白) , 以吸入、喷入等不同方式进入呼吸道, γ-照相机连续摄片以追踪标记颗粒在呼吸道的运动情况。该方法精确度高, 所拍摄图像可长期保存, 并可对比、动态观察。不但可以研究颗粒大小对传输功能的影响[5], 还可以观察不同应用方式对传输功能的影响, 以及颗粒在呼吸道中不同部位的传输速率等, 在药物开发研究中起重要作用[6]。且喷嚏及咳嗽等动作对实验结果无影响[7]。也可直接将用99mTc标记的人血清白蛋白通过纤维支气管镜放置于支气管, 再应用γ-照相机监测单位时间内放射性颗粒在气道内的移动距离[8]。缺点是有放射性损伤, 且设备昂贵。
2.1.2 放射照相法
Teflon小片表面包被放射性无法透过的三氧化铋, 将其置于下鼻甲的表面, 或通过纤维支气管镜放置于气管内, 利用荧光透视影像增强仪观察其移行情况, 从而计算出MTR。由于操作复杂、且有放射性损伤, 临床很少应用。
2.2 纤毛的评估
分为纤毛结构及功能评估两方面。前者一般采用扫描和透射电子显微镜观察纤毛的超微结构, 后者主要是利用显微镜观察纤毛的摆动频率及运动模式, 纤毛摆动频率 (ciliary beat frequency, CBF) 是最常用的纤毛功能评估指标, 且被认为是决定MCC的最重要因素[9], 有研究显示CBF的中度减少即可能产生较大的MTT下降[10]。因此, 如何准确测量CBF, 成为了研究MTS功能的热点之一。由于迄今为止尚没有一种成熟的在体、原位CBF的检测方法[4], 目前只能在体外分离、培养的细胞上观察CBF。
2.2.1 视觉法和声觉法
是20世纪70-80年代使用的观察CBF的简便方法。前者仅在相差显微镜下对对纤毛的活动度和运动的不协调性进行主观分度。其中纤毛的活动度分为0~3度, 0度代表不活动, 3度为剧烈活动。纤毛运动的不协调性分为0~5度, 0度代表纤毛运动完全同步, 5度代表纤毛运动完全不协调[11]。后者是通过将声音的敲击频率与所观察的纤毛摆动频率相同步的方法测量纤毛运动[12]。这两种方法结果准确性差, 受主观因素影响大, 目前已不再使用。
2.2.2 摄影法
采用摄影机记录纤毛运动状况, 慢速回放计算CBF。传统摄影机采样频率慢 (每秒30帧) , 经过不断发展, 高速摄影机采样频率可达每秒500帧, 通过高速采样、慢速回放, 可以观察纤毛摆动的频率、方向、协调性等多项指标[29], 但设备复杂, 数据存储量大, 且需费力的逐个分析每帧图像。
2.2.3 高速数字化显微成像技术
传输功能 第5篇
传统的农田信息监测主要靠农业技术人员实地现场采集数据、A/D 转换、通过PC保存和分析数据, 或者通过数传电台的方式进行数据传输。但由于农业环境相对恶劣, 严寒、高温、高湿等气候因素很容易导致PC无法正常工作;PC机因其体积较大、费用较高、功耗显著造成性能价格比低;使用数传电台、CDMA等方式进行远程监测, 成本较高, 信息传输方式单一。因此, 笔者研制了基于嵌入式实时操作系统和ARM微处理器的集多种数据传输手段为一体的新型农田数据采集装置。
本文提出基于ARM微处理器, 采用GSM远程无线传输、CF卡本地存储、以太网网络传输的设计方案, 一机多用, 降低功耗和成本, 可靠性强, 易于升级。本文将μC/OS-II实时操作系统内核移植到高性能嵌入式微处理器S3C44B0上, 重点分析了各任务间的通信, 实现了多任务调度, 实时性满足了预期目标。
1 装置原理
数据采集与传输装置共有3部分组成:嵌入式数据采集部分、数据传输部分和信息监控中心主机。嵌入式数据采集部分通过传感器组把研究对象转化为模拟量, 再通过微处理器A/D转换并经过数字滤波等处理, 得到研究对象的数字信号。数据传输部分通过3种 (可通过参数设置选择) 途径进行数据存储或共享, 也可以接收监控中心指令并解析指令, 执行相应动作。信息监控中心主机负责接收信息、数据存储、数据显示、网络发布和远程控制。
2 硬件平台设计
系统硬件框图如图1 所示。
2.1 微处理器
采用S3C44B0作为嵌入式微处理器, 内含一个由ARM公司设计的16/32 位ARM7TDMI RISC 处理器核。ARM7TDMI为低功耗、高性能的16/32核, S3C44B0在此基础上集成了丰富的外围功能模块, 便于低成本设计嵌入式应用系统。ARM微处理器具有传统的微控制器—单片机无可比拟的优势[1], 因此大大减少了设计的复杂度和工作量, 从而保证了系统的稳定性和集成性。
2.2 传感器组
农业环境中对作物生长起决定作用的要素有:气温、土壤湿度、光照强度等因素。农田环境信息采集模块由以上各因素相应的传感器组构成。由于黑龙江省全年温差较大, 在选用传感器时应注意适宜传感器工作的温度范围, 温度范围在-40～100℃的传感器较好。本系统用到的传感器有美国Dallas半导体公司数字化温度传感器DS1820, SC0058土壤湿度传感器和Honeywell照度传感器。
2.3 GSM技术及GSM模块
信息传输是利用GSM方式发送的。GSM是目前全球最成熟的数字移动通信标准。GSM提供的服务, 可以使得人们不受空间、地域的限制, 随时随地获取所需信息, 为在恶劣的现场环境中营造相对平稳、安全、有效的各种监测系统提供了可能和方便。
短信息服务 (SMS) 是GSM技术应用的一项重要内容, 它具有以下突出的优点:一次可传输140个字节的数据;短信息通过短消息中心 (MSC) 转发到最终目标;在短消息传送过程中, 不进行呼叫连接建立和释放的过程;传输距离不受限制, 只需要按照AT指令对串口操作即可实现相应功能, 实现方便。
系统采用的短信模块型号为西门子TC35, 采用AT指令集进行控制, 短信息格式为文本格式, 波特率设置为9600bps。
2.4 CF卡
CF卡包含了单片控制器和闪存模块, 集成了控制装置、Flash Memory阵列和读写缓冲区, 可以提供相当可观的存储容量和标准的电气接口协议, 控制器和主机接口允许闪存模块的数据被读写。CF卡由于具有体积小、兼容性强、价格相对低廉等优点, 作为海量存储介质在嵌入式设备上的应用越来越广泛。
本系统采用KingSton公司的1G的CF卡, 工作模式为TrueIDE。
2.5 网卡CS8900单元
CS8900A是Cirrus公司生产的一种高集成度的全面支持IEEE802.3标准的以太网控制器。CS8900A支持8位、16位的微处理器, 可以工作在I/O方式或Memory方式。片内集成了ISA总线接口, 可以直接和有ISA总线的微处理器系统无缝连接。片内集成了4kB容量的PacketPage结构的RAM, 这4kB存储器映像结构的RAM包括片内各种控制、状态、命令寄存器, 以及片内发送、接收缓存。用户可以以I/O方式、Memory方式或DMA方式访问它们。
3 系统软件设计
由于本系统程序相对复杂, 各个模块间需要频繁地通信。为了简化编写和调试难度及节省软硬件资源, 在系统中引进多任务嵌入式实时操作系统。
3.1 操作系统的移植
μC/OS-II是一个源码公开、可移植、可裁减、抢占式多任务调度的实时操作系统内核, 最多可支持64个任务, 任务之间可以通过信号量、邮箱、消息队列等通信机制, 实现任务间的通信与同步。利用操作系统提供的API函数, 可简化应用程序的编写, 提高系统的稳定性。S3C44B0微处理器完全满足μC/OS-II移植的前提条件[2], 只需要遵循以下移植步骤即可移植成功。
1) 基本的配置和定义。这一步需要完成的基本配置和定义全部集中在OS_CPU.H头文件中, 包括定义与编译器相关的数据类型、定义允许和禁止中断宏、定义栈的增长方向、定义OS_TASK_SW宏。
2) 移植OS_CPU_A.ASM汇编代码文件。OS_CPU_A.ASM汇编代码文件需要移植的4个汇编函数是:OSStartHighRdy函数、OSCtxSw函数、OSIntCtxSw函数、OSTickISR函数。
3) 移植OS_CPU_C.C标准C代码文件。这个源文件中的6个函数中, 必须移植的是OSTaskStkInit () 函数, 其它5个钩子函数主要是为了扩展μC/OS-Ⅱ功能。由于本系统不需要这些函数实现特定的功能, 所以只需声明即可[3]。
移植成功后, 需要对操作系统进行配置, 操作系统的裁减可以在OS_CFG.H文件中完成。把实际用不到的功能去掉, 以最大限度地节省用户存储空间, 提高系统性能。
3.2 以太网通讯协议的移植
为了满足嵌入式数据采集系统与以太网的数据传输, 需要移植以太网的通讯协议。经过笔者对多个适用于μC/OS-II的协议栈的对比, 最终选用了应用较为广泛的源码公开的LwIP网络协议。该协议的特点有:支持多网络下的IP转发;支持ICMP协议;包含用户数据报协议UDP;包括阻塞控制、RTT估算、快速恢复和快速转发的传输控制协议TCP;提供专门的内部回调接口rawAPI。LwIP可以很容易地在μC/OS-II的调度下为系统增加网络通信功能[4]。
3.3 任务的划分与任务间的通信
μC/OS-II是一个可剥夺型的内核。各个任务是通过抢占CPU的使用权来运行的, 高优先级的任务总能最快地获得CPU的使用权, μC/OS-II的实时性由此体现。为实现RTOS多任务调度, 根据实际需求, 根据系统各功能模块进行任务划分, 为每个任务指定优先级[5]。本系统任务划分见表1所示。
系统中的各个任务并不是彼此孤立的, 不同任务间存在着一定的逻辑关系, 彼此互相影响。μC/OS-II内核模块中可以使用邮箱、信号量、消息队列等功能实现多任务间的通信和同步[6]。
在以上任务中, 参数设置任务和参数存储任务都是单次执行任务, 由按键创建, 完成特定功能后将自行删除。数据采集任务完成后, 通过OSQPostOpt () 向消息队列广播一条消息。3种方式的数据传输任务都是事件驱动任务, 当得到数据采集任务广播的消息后立即投入运行, 执行相应的数据传输操作。显示任务是周期性任务, 每隔1s读取一次RTC内容, 并实时显示在LCD上。
GSM模块是通过串口进行命令操作和传输数据的, 该任务又可视为串口发送任务。本任务是事件驱动任务, 在得到数据采集任务发送的消息后即投入运行。通过GSM模块远程控制系统运行的任务是由串口接收中断服务子程序发送一个信号量后唤醒的。
4 结论
与传统的数据终端相比, 本装置具有多种通信方式, 从而实现了一机多用的功能, 增加了网络功能。由于采用了实时性特别突出的μC/OS-II作为操作系统, 业界公认的性能优良的S3C44B0作为CPU, 使得整个系统成本低、体积少、速度快、实时性强、便于升级等, 对其他涉及到数据采集与传输的系统设计有一定的参考价值。笔者下一步将考虑使用CAN总线或者ZigBee总线实现多点多类型传感器数据采集。
摘要：以影响农作物生长较大的因素:温度、湿度、光照强度作为研究对象, 研制了一种具有多种通信功能的嵌入式数据采集传输装置。该装置可通过短信息 (GSM) 、以太网、本地存储 (CF卡) 3种方式与数据监控中心通讯。同时, 给出了硬件原理图, 移植了μC/OS-II实时操作系统和LwIP协议栈, 详细分析了任务的划分和任务间通信。实验证明, 该系统实时性强、可靠性高。
关键词：数据采集与传输,GSM,以太网,CF卡,μC/OS-II,LwIP
参考文献
[1]胥静.嵌入式系统设计与开发实例详解—基于ARM的应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2005.
[2]黄燕平.μC/OS-IIARM移植要点详解[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2005.
[3]任泰明.TCP/IP协议与网络编程[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2004.
[4]Richard Stevens W.TCP/IP详解.卷1:协议[M].范建华, 译.北京:北京机械工业出版社, 2000.
[5]任哲.嵌入式实时操作系统μC/OS-II原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2005.
传输功能 第6篇
1 民航气象数据库通讯分系统
1.1 民航气象数据库通讯分系统
通信分系统是民航气象数据库系统工程中基础系统之一, 它主要实现航站内各类气象资料的接收、质量检查、格式转换处理, 并根据事先确定的规则向航站内其它系统和地区中心分发资料, 同时实现地区中心与航站之间的数据交换。
1.2 通讯分系统的业务处理流程
通讯系统中主要有11个进程来进行业务处理, 分别是:m fc公报处理程序 (业务处理规则, 本文涉及到的配置文件) 、rfc报告处理程序 (R SB) ;B C编辑处理程序 (迟到报, 缺报) 、rm qtxt (m q的报文处理程序) 、rm qprd (m q产品文件处理及发送) 、put (报文发送至中心) 、m dp (报文发送至数据库) 、M put (ftp资料接收处理以及外部资料接收处理) 、m on_server (cm ts程序服务进程) 、ftpp (ftp线路处理进程) 。
1.3 通讯分系统中与报文转发相关的控制数据和配置文件
1.3.1 控制数据
“控制数据”作为通信分系统的核心配置文件, 包含了三种控制文件:B SB (公报说明块) 、R SB (报告说明块) 、TO L (时间处理表) 。B SB用于决定气象公报的处理原则。通信分系统根据控制数据B SB将收集到的报文资料分成两路, 一路经A FTN线路转发到局域网服务器, 一路通过M Q线路转发给数据库分系统。
1.3.2 收电地址表 (flight.dat)
收电地址表是用来确定通信分系统向A FTN转发时附加的发电地址和收电地址。收电地址表又分为永久收电地址表 (即每日都有效) 和临时收电地址表 (即本身包含了有效日期, 过期自动作废) 。
1.3.3 线路表 (m ssini.ini)
在通讯分系统中, 为了能够按数据来源进行留底和记录统计信息, 线路表中线路的含义已经超出其物理含义, 即在线路表中定义的线路, 有物理上连接到路由器上的, 有通过M Q通信队列进行连接的, 还有通过网络协议ftp连接的。
2 通讯分系统相关配置的修改和控制数据的制作
2.1 配置mssini.ini
连接一条从气象数据库通讯机到航管信息系统的A FTN物理线路, 在m ssini.i Ini中配置如下:
在参数表上线设置一条有固定编号的线路类型, 并设置好端口通信参数, 示例的14号线路类型, 通讯参数为1200、7、n、1;在定义表中设置相关参数:定义线路号LC N, 图2示例中为50;定义线路类型LT, 对应参数表中的线路类型号, 示例中为15;FN U M:配置文件号 (与flight.dat有关, 后文会提到) 。
2.2 配置flight.dat
FLIG H TZSW ZY M Y XN ZD
TT=FTFC SA SP#报文类型
C C C C=ZSW Z#报头四字
ZSW ZZPZX 0-0-24#收电地址星期几-小时上限-小时下线 (U TC)
C C C C=X X X X#所有地方的报文都转发至ZSW ZZPZX
ZSW ZZPZX 0-0-24
如上图所示, ZSW ZZPZX是给航管信息系统设置好的收报地址, 前一段定义向其转发温州本地的FT、FC、SA报, 后一段定义将所有地方的向其转发且两者均不限时。
2.3 修改bsb
在相关报文的9 store/Forw ard (是否进行立即转发) 设置为Y, 16channel_N o (线路号) 后加上要转的线路号50。并用命令m ake_bsbbsb.client, 生成m ss001.dat和m ss004.dat两个文本文件, 拷贝上述两个文件到/hom e/com m/m sdat目录下, inicold后可发现/hom e/com m/history下有文件STX Txxxxxx.50生成 (xxxxxx代表具体的年月日) 。
3 接受终端的设置
这里我们以航管信息系统为例:运行有气象报路连接的电脑上的气象电报接收处理软件 (Tele D ispose.exe) , 该软件具备解析报文功能。对照m ssini.ini参数表中的设置配置其串口参数:1200、7、N、1。
4 结束语
掌握民航气象数据库系统报文转发功能后, 能将气象报文通过A FTN线路转发至各类系统, 使气象数据库系统应用更为广泛。另一方面, 配置文件m ssini.ini中可以定义各类线路, 而其线路的含义也已经超出其物理含义, 通过M Q通信队列进行连接的, 通过网络协议ftp连接的均可以定义, 所以报文转发还可以通过网络线路实现。
参考文献
[1]刘小魏.数据库应用系统设计与开发培训教材.天译计算机科技开发公司, 2005.
传输功能 第7篇
温度作为一种重要的热工参数,在工业生产中的很多场合要求实现实时自动监测和控制温度[1]。传统的接触式测温方式因反应速度慢、测温时间长、干扰物体的温度场等缺点而使其应用范围受到很大限制。随着红外技术的发展,非接触红外测温作为一门新技术迅速崛起,在工业生产、产品质量监测、设备在线故障诊断、安全保护以及节约能源等方面发挥着重要作用[2]。
基于红外测温技术设计的测温仪具有非接触测量、测量范围广、测温速度快、准确度高、灵敏度高、使用方便、寿命长等特点。目前,国内外非接触红外测温技术的发展极为迅速,德国IMPAC公司生产的数字式红外测温仪IS5系列很受用户欢迎,美国雷泰公司的红外测温仪在市场上也占有很大份额。国内生产红外测温仪的厂家和研究所有:上海自动化仪表三厂、云南仪表厂、中国科学院自动化所、杭州无线电厂等,产品也都具有良好的性能。
1 红外测温原理
在自然界中,一切温度高于绝对零度的物体都不停地向周围空间发出红外辐射能。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布都与物体表面温度有十分密切的关系。因此,可以通过测量物体自身的红外辐射能来准确测定其表面温度。这就是红外测温的理论基础[1]。
普朗克定律描述了绝对黑体的辐射能力与波长和温度之间的关系。其数学表达式为:
从式(1)可以看出只要我们测出了黑体的辐射出射度M(λ,T),对其在全波长范围内进行数学积分就可以得出黑体的温度。这就是设计红外测温仪的理论依据。
普朗克定律是以“黑体”作为研究对象分析得出的。但是,自然界中存在的实际物体都不是黑体,所有实际物体的辐射能量除依赖于辐射波长及物体的温度外,还与构成物体的材料性质、生产工艺以及物体表面状态、周围环境等因素有关。因此,为了使普朗克定律适用于所有实际物体,必须对其进行修正。引入比例系数(即发射率),表征实际物体的热辐射与黑体辐射的接近程度,它与材料性质及表面状态有关,其值为0(极光滑的镜面)~1.0(黑体)。
2 红外测温仪
红外测温采用逐点分析的方式,即把物体一个局部区域的热辐射聚焦在单个探测器上,并通过已知物体的发射率,将辐射功率转化为温度。由于被检测的对象、测量范围和使用场合不同,红外测温仪的外观设计和内部结构不尽相同,但基本结构大体相似,主要包括光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成,其基本结构如图1所示。
光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量,视场的大小由测温仪的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号。由于该电信号十分微弱,因此要经过放大处理后再送入信号处理电路,同时为了消除环境温度的影响,增加了补偿电路,然后经仪器内部的算法和目标发射率校正后换算为被测对象的温度值,最终通过传输线路显示到输出终端。
2.1 光学系统设计
光学系统是红外测温仪的重要组成部分,其作用十分类似于用于接收目标回波的雷达天线,就是汇聚辐射能量。常用的红外光学系统有三种结构形式,即透射式光学系统、反射式光学系统、组合式光学系统(由透射式和反射式系统组合而成)。
对大多数光学系统而言,由于加工、检测等原因球面反射镜和透镜的使用最为广泛。综合考虑各种因素本课题采用透射式红外光学系统(见图2)。同时为了消除杂散光的影响,在焦距前方安装孔径光阑,并且要保证红外探测器位于透镜焦点处。
图2光学系统和光学电路(参见下页)
2.2 红外探测器
红外探测器是将入射的红外辐射信号转变成电信号输出的器件,它是红外测温仪的核心组成部分。红外探测器大致可以分为热探测器和光子探测器两大类。热探测器吸收红外辐射后,探测材料由于温度升高产生温差电动势、电阻率变化;自发极化强度变化;或者气体体积与压强变化等,测量这些物理性能的变化就可以测定被吸收的红外辐射能量或功率。光子探测器吸收光子后,本身发生电子状态的改变,进而引起内光电效应和外光电效应等光子效应,通过测定光子效应的大小可以确定被吸收的光子数。
本系统的光电传感器采用美国雷泰公司生产的Raytek CM型红外测温头。雷泰新一代CM高性能迷你型红外测温头温度范围广、精度高、体积小、多种输出模式、性价比高,是系统集成、设备配套的最佳选择。CM型红外测温头专为工业设备用户的多种应用需求选择。测温范围-20~500℃,满足一般工业用测温仪的温度要求。光谱响应范围8~14μm,应用于工业现场的被测物的辐射波长主要在2.5~15μm之间,峰值波长在9.5μm处,其中8~14μm波段辐射能占总辐射能的半数以上。光学分辨率为13:1,响应时间150ms满足本课题的技术要求。
3 具有无线通信功能的红外测温系统
典型的红外测温系统由被测对象、红外测温主机、发射传输装置及接收装置组成。本文采用测量主机与无线通信从机的双机模式实现。图3为测量主机原理框图,测量主机完成红外温度数据的采集处理,由红外探测系统和单片机MSP430F149组成。采用多路AD芯片(MSP430内部AD)实现模拟量到数字量的转换,并且留有其它模拟量的测量通道,可扩展诸如湿度等其他模拟量的监控。为了补偿环境温度可连接环境温度传感器DS18B20。采用无线收发模块PTR8000实现数据的无线传输,PTR8000带有内置环形天线,可直接与单片机连接,无须外接其他器件,实现数据的无线收发。
无线通信从机实现数据的接收。为了完成PTR8000与PC机的数据交换,在无线通信从机中使用RS232接口。在监控PC机上,采用C++开发上位机的人机接口界面。系统电路(见图4)分为测温及发射板(测量主机)、接收板(无线通信从机)。
该系统中主机的任务是完成数据采集与处理,包括进行A/D转换、环境温度补偿,对即将传送来的数字信号进行组织处理。发射端的PTR8000将单片机的信息调制成射频信号发出,接收端的PTR8000模块将接收到的信息解调成为TTL电平,由单片机处理后经由RS232接口送到PC,供计算机后期处理。
系统的整体框图如图5所示。由于被测物体的发射率难以准确确定,在系统设计中,为了尽可能地提升系统精度,获得较为满意的增益,把放大器最后一级的放大倍数设计成可调的。
我们研制了以CM测温头为探测元件的红外测温系统,如图6所示。测温仪的工作流程:经聚焦后的红外辐射能入射到探测器上,为保证测量精度,输出信号首先经过前置放大、后级放大,然后经过滤波、积分电路恢复为探头所接收的红外辐射功率信号,最后经峰值保持电路检测出红外辐射的最大功率,此数据加上温度传感器的补偿值进行AD转化,在CPU中依据一定的算法计算并显示出被测物的绝对温度。在需要时,可以将温度数据通过无线的方式发送出去。
4 系统试验与结论
考虑到系统的测温范围在500°C以下及其它因素,实验采用干体炉作为热源,该热源最高可达850°C左右,环境温度选为18°C,即291.15 K。假定发射率为0.97。表1为系统测温数据。图7为实验数据图表,数据源来自表1。
实验表明,本测温仪能够实现温度测量,并在计算机上实时显示测量结果,还可进行无线数据传输。测量范围为0~500°C,测量精度为±3°C或1%,测量重复性为0.3%。完全满足一般工业检测标准要求。
由于实验环境和条件的限制,还有一些方面有待完善:
(1)物体发射率是一个不定因素,直接影响到系统的测量精度。改善软件智能度,使发射率可以调节;
(2)抑制环境干扰、提高抗干扰能力是以后努力的方向。
参考文献
[1]郑子伟.红外测温仪概述[J].计量与测试技术,2006,33(10):122-124.
[2]孙晓刚,李云红.红外热像仪测温技术发展综述[J].激光与红外,2008,38(2):101-103.