数据中继器范文

数据中继器范文（精选11篇）

数据中继器 第1篇

关键词：就绪表算法,中继器,电子技术,串口转Wi-Fi,STM32F103

0 引言

医疗物联网技术在医院中的应用是通过医院感知设备之间相互联通,自动采集患者的医疗健康信息,经过射频、蓝牙、Wi-Fi、Zigbee等传输技术,将医疗健康信息智能化传输至应用层,最后对数据进行全局化决策分析[1]。各个医院利用物联网技术对患者的生理参数采集、传输、存储的流程和方式可能不一,但每天都需要至少一次定时采集病区所有患者的生理参数,并进行实时存储。因受物联网无线射频通信距离的限制、医院病房的构造对射频信号的衰减和其他医疗仪器对射频信号的干扰,需利用中继器来实现患者生命体征数据的射频信号远距、实时、精确、高效地从医院病房终端传送至护士工作站,供医护人员进行迅速的决策分析。

该文实现的产品功能属于物联网的传输层,是物联网技术的神经中枢,其将感知层获取的信息进行传递和处理。笔者利用STM32F103、n RF905和串口Wi-Fi模块设计出一款中继器,保证了医疗健康信息进行稳定、实时、高效地无误差传递。

1 系统总体设计

系统总体设计方案如图1所示,整个系统由基于n RF905芯片的射频接收模块、STM32F103控制模块和串口转Wi-Fi模块组成。射频接收模块负责接受医疗健康信息并对其进行校验存储。STM32F103控制模块负责控制n RF905芯片和串口转Wi-Fi模块。串口转Wi-Fi模块负责将医疗健康信息在Wi-Fi的环境下传给上位机。

2 系统硬件设计

系统的硬件设计主要是基于n RF905芯片的射频接收模块、STM32F103控制模块、串口Wi-Fi模块。

2.1 STM32F103控制模块

设计选用S T M 3 2 F 1 0 3 单片机作为中继器的核心部件。该器件是由意法半导体公司专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式设计制造的32为ARM Cortex-M3微控制器,片内集成了内核、嵌套向量中断控制器(NVIC)、存储器保护单元、总线接口单元和跟踪调试单元等[3]。

2.2 射频接收模块

系统的射频接收模块使用n R F 9 0 5 模块, 工作在433/868/915 MHz的ISM(Industrial Scientific Medical)频段,内部集成了调制和解调器、功率放大器和低噪声放大器等模块。采用曼彻斯特编码,传输速率可以达到100 kbps。

芯片的TRX_EN管脚和TX_EN管脚与微控制器的IO口进行连接就可以实现数据通信。数据发射时,STM32F103可以低速的将数据发送给通信模块;接收数据时,数据包到达通信模块后,通信模块通知STM32F103。射频模块的电路图[4]如图2所示。

微控制器对n RF905的操作是通过配置寄存器、设置发送模式和接收模式实现的,所有的配置都是通过SPI接口传送给n RF905。

2.3 串口转Wi-Fi

串口转Wi-Fi的功能选用USR-Wi-Fi-232模块来实现,其用于实现串口到Wi-Fi数据包的双向透明转发,用户无需关心具体细节,模块内部完成协议转换。串口一侧是串口数据透明传输,Wi-Fi网络一侧是TCP/IP数据包,通过简单的设置便可指定工作细节,设置可以通过模块内部的网页进行,也可以通过串口使用AT指令进行,一次设置永久保存。为了高可控性,本设计采用AT指令进行设置。图3是模块与STM32F103的硬件连接。

3 系统软件设计

通过STM32F103控制n RF905模块和USR-Wi-Fi-232模块实现中继器功能的程序流程,如图4所示。

为了提高通信效率,采用就绪表查表法[5]进行数据传输。由实际的情况出发,我们定义一个64个内存地址单元的数据缓存池来盛放接收到数据,为了调高整个系统的效率,待有数据放在数据缓存池以后,必须以尽快的速度,定位到缓存数据的位置,然后取出发送到上位机。其工作流程如图5所示。

为了快速定位到接收数据池中的接收数据内存

单元的位置,我们依据实时操作系统任务查找的机制,遵从哈希列表的思想,实现了数据的快速定位。

u8 const OSUn Map Tbl[256] = {0u, 0u, 1u, 0u, 2u,0u, 1u, 0u, 3u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 4u, 0u, 1u, 0u,2u, 0u, 1u, 0u, 3u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 5u, 0u, 1u,0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 3u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 4u, 0u,1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 3u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 6u,0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 3u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u,4u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 3u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u,0u, 5u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 3u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u,1u, 0u, 4u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 3u, 0u, 1u, 0u, 2u,0u, 1u, 0u, 7u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 3u, 0u, 1u, 0u,2u, 0u, 1u, 0u, 4u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 3u, 0u, 1u,0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 5u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 3u, 0u,1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 4u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 3u,0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 6u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u,3u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 4u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u,0u, 3u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 5u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u,1u, 0u, 3u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 4u, 0u, 1u, 0u, 2u,0u, 1u, 0u, 3u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u}; // 偏移量查找表

u8 const OSMap Tbl[]={0x01, 0x02, 0x04, 0x08,0x10, 0x20, 0x40, 0x80}; //屏蔽字

u8 OSRdy Grp=0x00; // Y方向定位标志项

u8 OSRdy Tbl[8]={0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,0x00, 0x00, 0x00}; //X方向定位标志项

获取数据并将数据放入数据池以后,改变相应标志:

OSRdy Grp |= OSMap Tbl[prio>>3];

OSRdy Tbl[prio>>3]|=OSMap Tbl[prio&0x07];

由X方向定位标志、Y方向定位标志、偏移量查找表定位数据池中有效数据的位置:

将查找到的优先级最高的有效数据脱离数据池,进入发送就绪状态。

使用数据池、优先级查找的程序结构可以很大程度上保证通信的稳定与效率,若直接使用轮询的方法,数据的每一次查找都需要遍历整个数据池,这样会同时降低系统的效率以及系统通信的实时性。该查找的算法使用的数据池最大可容纳64个数据结构,在此基础上,也可通过扩展偏移量表、X方向定位标志项、Y方向定位标志项,来扩展数据池可容纳的数据量。经试验,采用轮询的方式转发数据时大约2~3 s上传一个数据结构,而采用该快速查表算法后时间缩短为0.2 s左右,极大的提高了数据通信效率。

4 结语

CAN中继器设计及其应用 第2篇

摘要：阐述了CAN中继器的重要作用，详细分析了CAN中继器的软、硬件设计方法，并对其在食堂售饭系统中的应用作了分析说明。

关键词：CAN总线 CAN控制器 CAN中继器

CAN总线是Bosch公司为现代汽车应用而推出的一种总线，与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。CAN 总线现已广泛应用于工业现场控制、小区安防、环境监控等众多领域中。CAN总线为多主方式工作，网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主从，通信方式灵活，且无需站地址等节点信息。

CAN中继器是CAN总线系统组网的关键设备之一，在稍大型的CAN总线系统中经常会用到中继器。本文所讨论的中继器除了具有中继功能以外，还具有一定的网桥功能。因为只要对中继器的初始化参数进行适当配置，就能使中继器既具有报文转发功能，又具有报文过滤功能，这里只是借用了中继器的名称而已。

使用中继器的优点主要表现在以下几方面：

(1)过滤通信量。中继器接收一个子网的报文，只有当报文是发送给中继器所连的另一个子网时，中继器才转发，否则不转发。

(2)扩大了通信距离，但代价是增加了一些存储转发延时。

(3)增加了节点的最大数目。

(4)各个网段可使用不同的通信速率。

(5)提高了可靠性。当网络出现故障时，一般只影响个别网段。

(6)性能得到改善。

当然，使用中继器也有一定的缺点，例如：

(1)由于中继器对接收的帧要先存储后转发，增加了延时。

(2)CAN总线的MAC子层并没有流量控制功能。当网络上的`负荷很重时，可能因中继器中缓冲区的存储空间不够而发生溢出，以致产生帧丢失的现象。

(3)中继器若出现故障，对相邻两个子网的工作都将产生影响。

(本网网收集整理)

1 CAN中继器硬件电路设计

图1所示为CAN中继器硬件结构框图。CAN中继器主要由89C52和两路CAN控制器接口组成。89C52作为CAN中继器的微控制器，负责整个中继器的监控任务。两路CAN控制器接口电路基本相同，都是由CAN通信控制器SJA1000、光电耦合电路和CAN总线驱动器82C250组成。CAN总线驱动器都采用带隔离的DC/DC模块单独供电。这样，不仅实现了两路CAN接口之间的电气隔离，也实现了中继器与CAN总线的隔离。虽然这在一定程度上增加了中继器硬件的复杂性和成本，但却是值得的。采取隔离措施可使故障局限在某一网段内，而不至于影响其它网段，既便于维护，又保证了系统设备的安全。

中继器硬件除了以上主要部分以外，还有EEPROM、看门狗和LED指示等部分。几个LED分别用于中继器上电指示和CAN接口当前的接收和发送状态指示，以及接口的通信故障(如总线关闭)指示。看门狗采用MAX1232。MAX1232具有高电平、低电平上电复位和看门狗功能。EEPROM采用具有1K字节容量的24LC08，可用于保存中继器的配置参数等信息，便于系统的灵活配置。

2 CAN中继器的软件设计

CAN中继器的主要任务是在两个CAN网段之间实现报文的过滤和转发。由于通信实时性的要求以及CAN中继器CPU中缓存容量有限(89C52内部RAM容量为256个字节)，所以在进行软件设计时，要求做到存储转发时间尽量短。为了达到这一要求，CPU采用中断方式接收两个CAN控制器的报文，同时尽量精简CPU收发子程序的代码长度。为了节省内存并对内存实行有效管理，CPU采用了FIFO机制管理内部RAM。为了保证通过中继器传输报文的通信双方数据的可靠性，唯有使用通信双方应用层的端端差错控制才能满足要求，但在中继器的软件设计中不宜加入过多的差错控制和流量控制功能，因为这不仅达不到目的，反而还降低了中继器的运行效率，增加了故障隐患。

图2 接收中断子程序流程图

CAN中继器软件主要包括以下一些子程序：初始化子程序、主监控程序、接收中断子程序和发送子程序等。初始化子程序的编写方法与一般的CAN总线系统智能节点的初始化子程序的编写方法基本相同，只是在对两个CAN控制器进行初始化时应采用不同的初始化参数。下面主要对主监控程序和接收中断子程序进行介绍。

2.1 主监控程序的设计

主监控程序负责对两路CAN控制器的接收FIFO缓冲区进行监视，如某一路缓冲区非空则向另一路转发。两路缓冲区的容量大小可采用不对称配置。采用这种不对称配置的一个好处在于可以将容量更大的缓冲区分配给通信任务更繁忙的一方，从而尽量避免缓冲区出现溢出。FIFO缓冲区共有两个指针：接

收数据指针和发送数据指针。当两指针不相等时即证明缓冲区中存有有效数据。缓冲区接收数据指针的调整是通过接收中断子程序实现的，而发送数据指针的调整则通过发送子程序实现。在主监控程序中，还用到了一个请求状态标志，该标志在接收中断子程序中建立，用于中继器及时返回本身故障状态或响应上位机的状态查询命令。当该标志为1时，主监控程序会向上位机发送本身状态，并清除该标志。

2.2 接收中断子程序的设计

中继器接收中断子程序流程图如图2所示。在进入中断后，首先判断中断类型。若为错误警告中断，则进行相应处理并建立标志，若为接收中断则接收报文。在报文接收前，要根据接收报文的长度判断接收缓冲区是否会溢出。若会溢出，则判断是否为状态查询命令，是则置位请求状态标志，对于接收的其它报文则丢弃。若缓冲区不会溢出，则接收该报文。接收报文后取出命令字节，判断是否是中继器状态查询命令，若是则置位请求状态标志，不进行缓冲区参数调整(因为是上位机发送给中继器的命令，只要求中继器作出响应而不要求其转发，所以不能放入缓冲区中)。若不是中继器状态查询命令，则不作处理，只进行缓冲区参数调整，接收报文有效。随后进行释放CAN接收缓冲区、恢复现场和中断返回等工作。

3 CAN中继器在食堂售饭系统的中应用

按上述方法设计的中继器现已成功应用于东华理工学院的食堂售饭系统中。根据学院食堂及各营业网点的实际分布情况，设计的学院食堂售饭系统网络结构如图3所示。从图中可以看出，中继器是组网的关键设备，它将窗口机等终端与服务器连接起来。在该网络结构中，中继器共分两级。中继器1～4为一级中继器，一端与服务器相连，另一端则与各个食堂窗口机等终端构成的子网相连;中继器5为二级中继器，一端与一级中继器相连，另一端与浴室、小卖部等窗口机相连。采用两级中继器的设计，使系统的通信距离可达5km以上，网络终端数目几乎不受限制。

数据中继器 第3篇

来一些简约风

首先，我们来对750做一个简要的介绍。它是一款无线信号的增强设备，可以在提高家中Wi-Fi的覆盖范围的同时，增强信号强度，改善用户家中Wi-Fi的使用环境。

打开750的外包装，我们可以发现它采用了纯白色的简约式设计，整个机身由天线、主体和可拆卸式插头三个部分组成。在天线收折的状态下，750的体积和一个香皂盒差不多，比较方便携带。在天线方面，两根5dBi全向天线垂直方向可以旋转90度，水平方向能够旋转270度，基本保证了信号的360度全覆盖。在750的机身正面，除了各种状态指示灯之外，还配置了5G和2.4G两种网络模式的WPS一键式中继开关，可以与带有WPS功能的路由器配合实现一键式中继扩展。而在机身背面，750为用户配备了一个可拆卸式电源插头，无需线材即可在普通插座上直接使用。同时，可拆卸式的插头设计也保证了750能兼容不同国家的插座标准，以及对110V～240V宽频电压的支持。除此之外，750还在机身底部配置了一个标准的RJ45网线接口，可以进行无线网络和有线网络之间的快速转换。

使用简单，效果不差

在外观上，750的简约式设计能很好地适应现代的家居装修风格，放在家中并不显得突兀。而在功能上，750也提供了多种中继设置模式供用户选择，让Wi-Fi信号的扩展更加方便。

浅谈中继数据的设置背景与方法 第4篇

关键词：中继数据,背景,方法

1 中继数据的设置背景

华为CC08数字程控交换机的中继数据分话路数据和信令数据两部分, 话路数据是用于本局建立话路用, 信令数据用于与其他局建立话路用, 比如:局间开TUP时, 路由、子路由等数据属于本局建立话路用, 而MTP数据用于与其他局建话路用。中继数据涉及的概念有:局向、目的信令点、路由、子路由、路由选择源码和路由选择码等。

如图l所示:本局为222局, 实线部分为话路通路, 虚线部分为信令链路通路, 本局与555局、666局之间有直接的物理连接, 可以同时进行话路和链路的通讯。到888局的链路通过STP转接, 话路通路可直达。相关概念介绍如下。

局向:当某交换局与本交换局之间存在直接话路相连时, 则称之为存在一个局向。对于一个交换局的各个局向进行统一编号, 称为局向号。

目的信令点:目的信令点是从本局信令点的角度出发, 在本局信令点所在的所有信令网络中可见的信令点。

子路由:两个交换局之间有直达的中继线 (话路) 相连, 则认为两个局之间存在一条子路由, 如图1所示:222局和555局之间有直达的中继话路相连, 则认为存在一条从222局到555局的子路由, 并给这条子路由编号。

路由:指某局到达某一指定局的所有子路由的集合, 该指定局可以为相邻或不相邻的局。对这样一个集合编号, 就是路由号。路由也是全局编号。一个路由可以包含多个子路由, 不同的路由中可能包含相同的子路由。

路由选择源码:不同的呼叫源在出局路由选择策略上的分类号, 不同的用户拨打相同的字冠走不同的路由的情况下需要用多个路由选择源码。

路由选择码:呼叫不同的字冠在出局路由选择策略上的分类号。

2 中继数据的设置

2.1 中继链、话路建立的基本流程

如图2所示。

2.2 中继数据设置基本方法

中继数据的设定原则为:先做链路部分数据, 再做话路数据。并且中继数据不论话路部分还是链路部分数据, 都需要注意其设置的先后顺序。

删除或者修改一个目的信令点数据时, 应事先先断开 (去激活) 去往该目的信令点的所有信令链路, 从而使该目的信令点不可达。然后再去删除或修改目的信令点所用数据, 然后再激活去往该目的信令点的链路。

2.3 中继准备数据设置

在设置中继数据之前, 应先设置相关准备数据, 否则将无法进行中继数据的设置。中继准备数据包含呼叫源和时间索引的设置。

设置呼叫源:有着相同呼叫属性的用户或者中继可归为一类呼叫源, 呼叫源可以是用户也可以是中继群的集合。呼叫源的分类是以主叫用户的属性来分类。呼叫源数据描述了呼叫源的共同属性。相关命令:ADDCALLSRC设置时间索引:时间索引在路由分析中参与路由的选择, 从而达到动态选择路由的目的。

相关命令:A D DT M I D X。

2.4 中继链路的数据设置

配置七号MTP数据必须严格按照如下顺序进行:设置本局信息 (SET OFI) -增加目的信令点 (ADD N7DSP) 一增加MTP链路集 (A D DN 7 L K S) 增加M T P路由 (A D D N7RT) -增加MTP链路 (ADD N7LNK) 。删除的顺序和增加的顺序相反。

2.5 中继话路数据设置

中继话路数据的设置顺序为:增加局向、子路由、中继群、中继电路、路由、路由分析、被叫字冠。

增加局向:增加一个局向时, 必须知道对端局的类型、级别、网标识、目的信令点编码等数据。增加一个局向后, 通常应为其分配一条子路由。该局向是七号目的信令点时, 应该增加目的信令点数据。

增加子路由:该子路由指向的局向必须已知。增加子路由后, 应该增加中继群指向该子路由。命令如下:ADDSRT:SR=1, DOM=1, SRN=“555局”, TSM=CYC, MN1:1;SR为子路由号, DOM局向号, MIN第一搜索模块, TSM中继群选择方式, SRN子路由名。

增加七号中继群:增加中继群时, 该中继群所属的子路由必须已知。增加中继群后, 应该增加该中继群的中继电路。命令如下:A D D N 7 T G:M N=1。T G=1, G=I N O U T, SRC=1, TGN=“T555”, GSM=CRTL, NIF=TURE;在此命令的相关参数中, MN (模块号) 、TG (中继群号) 、G (群向) SRC (子路由号) , 为必选参数。如果没有特殊需要, 其他参数可以取默认值。

增加七号中继电路:增加时, 该中继电路所属的中继群必须已知, 否则应该增加中继群。

如中继电路所在的单板不存在, 根据中继群的电路类型, 增加中继电路所需的单板, 并由电路号可知单板的逻辑号。增加中继电路时, 在指定的范围内不能有电路号相同的中继电路存在。对于7号中继电路在指定的范围内也不能有CIC值相同的中继电路存在。

增加路由:增加路由时, 该路由使用的子路由必须已知。增加路由后, 一般需要增加指向该路由的路由分析数据。命令如下:

ADD RT:R=1, RN=“T0555”, SR1=1;R为路由号, RN为路由名, SR15为子路由编号。

增加路由分析:增加相应路由分析数据时, 要先确定对应的时间索引数据存在。命令:

A D D R T A N A:R S C=1, R S S C=0, R U T=A L L, A D I=A L L, C L R I N=A L L, T R A P=A L L, T M X=0, R=1;其中R S C路由选择码, RSSC路由选择源码, RUT主叫用户类别, ADI地址信息指示语, CLRIN主叫接入的类别, TRAP传输能力, TMX时间索引, R路由号。

增加被叫字冠:有了路由数据和路由分析数据后, 只有具有实际的呼叫字冠指向该路由时, 该路由和路由分析数据才有实际意义。

命令如下:

A D D C N A C L D:P F X=K’5 5 5, C S T P=B A S E=L C, R S C=1, M I D L=7, M A D L=7。

3 结语

中继教培训总结 第5篇

学习、学习在学习，学无止境，作为一名教师，要不断的学习，更新知识，才能在教育教学中工作中不断的成长，不断的法展，只要这样才能搞好自己的本职工作。为此我积极响应上级有关部门的号召，积极参与了中继教的各种培训，努力提升自己的业务能力和业务水平。现将我这些年来的培训学习作如下总结：

一、指导思想：

以上级教育主管部门的各种文件精神及学科培训的要求为指导，努力完成在中继教期间的各学科培训的同时做好自己的教育教学工作，在教育教学工作中不断地参与各种教研活动，力求培训活动达标，使自己的业务能力和业务水平更强，更高。

二、学习内容：

在这五年的中继教培训学习中，我参加了学科培训，远程教育培训，校本教研、师德师风等更方面的培训学习。

三、学习方式：

由于我们身处农村学校，受许多方面因素的限制，学习方式主要是采取自学和走出去参加培训和通过网络的方式进行。

四、学习成果

无线WiFi中继哪家强？ 第6篇

TOTOLINK EX300 v2

TP-LINK TL-WA832RE

三款中继器横向评测

上网已经成为移动互联网时代人们生活的一部分，即使在家里也希望在每个角落都能随心畅享WiFi。然而，由于路由器信号强度限制、墙壁阻隔、距离过大等因素常常阻碍人们在家随处畅享WiFi的惬意。不过幸好有一款非常实用的无线产品能帮助广大家庭用户解决家里WiFi覆盖面的问题，它就是WiFi中继器。本期《消费电子》杂志评测室迎来了腾达A301/TOTOLINK EX300v2/TP-LINK TL-WA832RE三款WiFi中继器，到底哪一款更强更实用？下面就让我们一起来评一评，测一测。

TOTOLINK EX300 v2 99元

TOTOLINK EX300 v2这款产品的主体采用白色配色，整体设计简洁。机身呈长方体，在正面设计有一个按键、LOGO以及两个彩色指示灯，指示灯包括电源指示灯和信号延伸指示灯，可以明确地显示使用状态；而在侧面则设计有两根信号天线以及散热孔，天线也支持自由旋转，较为便捷；在背面则设计有电源插销和散热孔；而在底部放置了一颗LAN口和一个针孔隐藏式的重置按钮。

在散热方面，TOTOLINK EX300 v2表现不错，这得益于其散热孔的科学设计，背面和左右两侧均设计有宽大的散热口，有效地保障了散发运行时产生的热量，在长时间使用时机身温度均控制得不错。

在信号传输速率方面，TOTOLINK EX300 v2也采用了主流的传输速率，支持300M传输速率。而且，在功能方面，其独具一键智能设置功能和弹窗设置，当中继器连接WiFi后会自动进入设置页面。并支持用户按一下路由器的WPS键和EX300 v2的WPS键即可完成繁琐设置，实现快速连接，非常便捷。

腾达A301 79元

腾达A301外观设计较为精巧可爱，采用全白设计，正表面光滑明亮，手感颇为顺滑舒适。该机设计了智能指示灯，能够发出黄绿颜色的灯光，当安放的位置过远或过近时指示灯会显示黄色，当安放的位置适中时指示灯会显示绿灯，这很明了地告知用户最佳的摆放位置，这个设计非常人性化，实用性强。而且在机身底部提供了一个LAN接口和Reset重设按钮。

腾达A301外置2根全向智能天线，天线采用圆柱形设计，可以自由转动，有助于用户自行调整天线的角度，这样可以有效地增强接收信号的强度，保障信号的稳定性与传输距离。而且这个天线的设计与主机身相互映衬，使得整体感觉像个可爱的机器人。

在配置方面，腾达A301内置了与苹果一样的芯片，采用了美国BROADCOM芯片，能有效地保障设备运行的稳定性！同时支持300M传输速率，具备速度快信号好的特点。由于腾达A301采用了低功耗设计，而且在机身背面特别设计有栏栅散热孔，且散热孔处采用了超薄设计，使得在腾达A301插入电源时能保证散热口与墙面有一点距离保证散热效果。

TP-LINK TL-WA832RE 85元

在外观设计方面，TP-LINK TL-WA832RE更为简洁时尚，机身也采用了白色配色，而且机身线条感更强；除此之外，梯形式机身的设计也颇有亮点，配合其倾斜的散热孔线条，使得整个机身犹如一栋颇有几何元素味道的建筑模型。该机将散热口设计成长条形不但增强了机身的美观度，也增大了散热口的面积，有助于机身散热。此外，该机在正面设计有一个智能指示灯，能发出橙色与绿色灯光，可指引用户找到正确的安放位置。

在按键设计方面，TP-LINK TL-WA832RE将按键设置在机身底部，分别设计有一个QSS快速安全设置和Reset重设按钮，而且按键采用细圆式设计，照顾了美观度，但是按键手感却有所牺牲。该机采用的是插墙式设计，基本兼容主流的路由器设备。

TP-LINK TL-WA832RE采用双天线式设计，但是其天线设计较为特别，扁长式的天线仅支持一个方向旋转，不能向两边展开，这一定程度限制了天线指向的方向设定。该机在速率方面也支持300M传输，速度有保障，而且该机采用了无缝漫游技术，能够自动切换信号源，在使用时较为方便。

设置界面对比

对于WiFi中继器，很多用户会感觉设置连接比较复杂麻烦，对于这个痛点，各大中继器品牌也在不断地完善这方面的软肋。此次评测对比的最重要的一个项目就是这三款中继器的设置过程，看看哪款更加人性化，更加便捷。

配置界面对比

此次评测的三款中继器均支持在手机浏览器进行配置，而且界面均进行了优化。通过实际使用，可以发现三款中继器的配置界面有所相似但也有各自的特色。

腾达A301使用体验：

腾达A301的配置界面采用了橙色配色，视觉上较为亮眼，不过其界面功能较为单一，并没有设置过多的功能，而是直接过渡到信号扫描界面供用户快速地选择连接，操作非常简单。

TOTOLINK EX300 v2使用体验：

TOTOLINK EX300 v2的界面采用了较为文艺的设计风格，天蓝色的配色让界面较为清新，其设计与腾达A301的界面设计理念差不多，撇除了多余的设置功能，直接引导用户连接需扩展的WiFi。因此从其界面截图中也可以看出其功能也比较专注。

TP-LINK TL-WA832RE使用体验：

TP-LINK TL-WA832RE的设计界面较为注重设置功能，不但提供手机版界面供用户使用，而且也支持切换体验传统的电脑设置界面。这可以满足用户对多种功能设置的使用需求，这也凸显了TP-LINK较为强大的设置系统。

设置流程对比：TOTOLINK EX300 v2配对过程最顺畅

从设置流程来看，三款中继器的设置过程均大同小异，相差不大。只是TP-LINK TL-WA832RE的功能稍微强一些，支持更多功能设置供用户使用。不过在实际配对体验中，小编发现搭载了一键智能设置功能的TOTOLINK EX300 v2配对过程更加顺畅快速，过程中几乎没有出现什么意外；但是TP-LINK TL-WA832RE对于扩展的网络则有些挑剔，其对不同的网络设置过程稍显不稳定，有些时候容易设置成功，但是有时候却不能设置扩展。腾达A301设置扩展的实际表现介于二者之间，发挥较为稳定。

信号增强效果对比

对于中继器而言，能否有效地扩展WiFi信号的强度才是最重要的。因此，小编特别地对于这三款中继器的信号增强效果进行了测试对比，希望通过简单明了的测试结果展现这三款中继器对于信号增强的效果，给用户在购买时提供一个选购参考。

路由器是TP-LINK TI-WVR450G；采用iPhone6作为接收终端；利用简单明了的测网速APP对其信号增强效果进行测试，主要通过其信号上传下载速率进行对比。

测试前，小编先采用了测网速APP对二楼测试点的信号进行了测试，在测试点处，接收终端iPhone6的WiFi信号显示为1格，信号较为微弱；测网速APP的测试结果显示该点下载速率为5.03Mbps；上传速率为0.14Mbps。

测试环境说明：

小编在二层独栋楼房中进行测试，路由器位于一楼角落，测试点则位于二楼的客房浴室，二者相隔15m，相隔三道墙与一扇门。

从测试结果来看，三款中继器均能大幅提升测试点的WiFi信号强度，在实际测试中，测试终端iPhone6的信号强度均由1格微弱的信号转为满格强信号，足见这三款中继器的有效性。在具体的测速结果中可以看出，腾达A301的表现相当抢眼，是三款中继器中信号提升最强的中继器，大幅提升了测试点处的下载与上传速率；其次是TOTOLINK EX300 v2，其将测试点处的下载速率达到了12.42Mbps，表现也不错；排在最后的是TP-LINK TL-WA832RE，其将测试点处的下载速度仅提升到了10.74Mbps，稍显逊色。不过在上传速度方面，TOTOLINK EX300 v2和TP-LINK TL-WA832RE的表现均一般，二者在上传速度方面的提升较为有限。

总结：腾达A301信号强度提升最给力；TOTOLINK EX300 v2设置最快捷

数据中继器 第7篇

RS-485总线是测控领域广泛采用的一种现场总线形式, 由于采用了平衡发送和差分接收的方式, 可以有效地克服共模干扰, 并具有较高的数据传输速率和传输距离。RS-485总线传输的最大距离为1200米, 使用中继器可以突破这个距离限制, 扩展RS485网络。本文通过对常用RS-485总线接口器件MAX3471工作原理深入分析的基础上采用光电耦合隔离和自动双向切换技术, 设计了一种简单实用的RS-485总线光耦隔离中继器。与传统RS-485中继器相比, 本文设计的中继器传输信号稳定可靠, 具有防雷击、电气隔离传输信号等独特优点, 可广泛应用于各种大型测控系统。

二、总体设计

结构上采用双信号端对称设计, 分别称为信号1端和信号2端, 它们都可以作为发送端和接收端使用。由于RS-485采用半双工方式, 同一时刻只允许一个作为发送端, 另一个作为接收端。光耦隔离芯片是信号端之间的传输媒介, 隔离前后的信号摆脱了电气连接, 对系统安全起到了防护作用。外部电源采用+5V或+9V~+24V直流电源。由于通信网络各点地相位差异较大, 采用隔离电源分别给信号端供电, 使得信号1端GND、信号2端GND和电源端GND三者之间相互隔离, 这样即使在某一端短路的情况下也不会危及整个网络, 对网络及其设备起到了很好的保护作用。

三、工作原理与分析

1. 隔离电源与信号隔离

系统采用+5V直流电源直接供电或+9~+24V的直流电源供电。采用+9~+24V直流电源供电时, 需要将输入电压转换为+5V直流电。LM2576是五端稳压器, 五个端口分别是输入端、输出端, 使能端 (低电平有效) , 反馈端和地端。按典型电路输入+9~+24V直流电, 将从输出端将得到+5V直流电。

5V直流电通过隔离电源芯片U8和U9后得到两个与输入相隔离的电源VCC1和VCC2, 分别给两个光耦供电。隔离电源芯片采用了耀华电子生产的二次集成芯片, 该产品具有体积小、效率高、高隔离电压、高可靠性和低价格等显著优点, 适用于数字信号处理电路和对电压稳定度要求不高的模拟电路, 特别适用于分布式电源供电系统及使用小功率电源供电。

信号隔离采用了光耦隔离方式。光耦隔离器的结构相当于把发光二极管和光敏管封装在一起, 发光二极管将输入的电信号转换为光信号传给光敏管, 再由光敏管转换为电信号输出。由于没有直接的电气连接, 既耦合传输了信号, 又具有隔离作用。

2. 中继器工作原理

中继器的核心为中继器收发芯片, 这里选用了MAX3471。它采用8管脚封装, 其中为接收控制端, 低电平有效;DE为发送控制端, 高电平有效。将和DE连接在一起, 可以保证芯片任一时刻只工作于一种模式。RO和DI分别为数据接收端和数据发送端。

信号1端和信号2端在结构上互为对称, 因此仅就信号1端输入数据, 信号2端输出数据进行分析。中继器分为空闲和数据传输两种状态, 下面分别就这两种情况分析:

(1) 系统空闲:

系统上电后如果没有数据传输, VCC1、VCC2分别通过R15和R21将U1_DI和U2_DI上拉至高电平, 两个光耦都处于关闭状态, U1_RO和U2_RO都处于高电平的状态。为了避免信号干扰产生误动作, 采用施密特触发器对波形进行整形处理。HEF4093为四通道双输入施密特触发器, U1_DI高电平信号经过施密特触发器的整形和反向后得到一个低电平信号, 将该信号接至U1的和DE端表示允许接收。

因此总线上若为空闲, 受上拉和下拉电路的影响, 差分信号为高电平, RO数据接收端也始终为高电平。

(2) 数据传输:

RS-232或TTL串口传输数据时, 数据格式通常是起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。空闲时发送口为高电平, 当有数据时总线由高电平跳至低电平, 这个低电平就作为起始位。

当差分信号变为低电平 (起始位) 时, U1_RO变为低电平, U1_RO经过光耦隔离后同相输出为U2_DI。可以看到U2_DI信号除了作为数据外又经过施密特触发器的整形、反向后作为U2的发送控制端。由于控制信号此时为高电平, 表示发送允许, 故U2将U2_DI的低电平信号通过A2, B2差分输出。

四、系统测试

采用VB语言编写中继器收发测试软件, 将RS-485总线光电隔离中继器通过双绞线将两台计算机相连, 距离约1500m, 传输速率设置为19.2kbit/s, 分别在两台计算机上运行测试软件。通过计算机1发送数据, 设置“发送文本”为123456789, “发送次数”为100000次, 点击“发送”按钮发送数据。在计算机2的“接受文本”框里显示了计算机1发送过来的内容, 点击“显示测试结果”, 误码率为0, 达到了设计要求。

五、结束语

数据中继器 第8篇

煤矿井下通信可称为“井下神经”, 是承载井下各类重要数据信息的传输通道。井下环境复杂, 尤其是在发生一氧化碳或其他气体爆炸、塌方等灾难后, 井下地理环境发生未知变化, 井下通信系统遭到严重破坏, 为煤矿救援机器人进入井下实施救援工作带来严重影响。保证通信设备在复杂环境中稳定运行, 研发安全、可靠的无线通信设备, 是实现将井下救援机器人监控系统采集的环境信息传输出来[1,2], 以及快速搭建无线通信系统, 解决救援指挥中心与救援探测机器人、机器人与机器人等之间实时通信的重要硬件基础之一。可见, 适合复杂环境的通信设备成为井下应急无线通信网络覆盖的桥梁, 是救援机器人开展危险环境下有效救援工作的重要保证。

针对煤矿救援机器人在井下施救过程中, 由于地理环境的变化导致通信系统受到很大局限, 使机器人采集的数据受到传输威胁, 搭建无线通信网络就是一种很好的解决方法之一[3]。本文对组建通信系统的无线设备结构进行研究, 提出适应事故井下复杂地理条件及环境的不倒翁型无线中继器。借助理论力学分析和有限元方法对该结构在井下环境中的运动进行分析, 了解不倒翁型中继器在井下的适应能力, 并提供优化结构的方法, 为井下煤矿救援机器人在井下实施救援工作时的无线通信网络搭建提供可靠通信设备, 是快速救援与机器人安全运行的重要保证。

1 应急通信无线中继器设计

无线通信设备完成多个设备之间的各种数据传输, 实时接入网络设备进入通信网络, 扩大网络覆盖[4]。灾难环境下巷道地形发生未知变化, 中继器摆放条件不理想, 严重影响到中继摆放位置姿态, 导致建立应急通信网络的中继器通信能力不足, 影响到救援工作的效率。针对此类问题, 本文研究了一种适应井下复杂环境, 保证井下通信终端在未知环境中远距离通信的正常工作, 为快速、有效地开展灾难井下救援工作提供重要通信网络支持。如图1所示, 为“不倒翁”型无线中继器结构示意图。该“不倒翁”型无线通信中继器本体结构是由重心调解仓、无线通信模块放置仓、不倒翁颈部、天线夹持头及天线五个部分组成。

1.通信天线;2.天线夹头;3.不倒翁外壳;4.橡胶垫;5.重心调节区;6.重心调节块;7.本安通信模块;8.通信模块安装仓

其各部分主要功能结构为:

1) 重心调解仓, 由不倒翁球形外壳和重心调解块组成, 完成布放下落出仓过程以及受到外力发生重心偏移后恢复姿态, 实现通信天线始终能够保持最佳姿态。

2) 无线通信模块放置仓, 由Wi-Fi通信模块、供电电池、本安壳、减震片及安装板组成, 完成安全安装通信模块, 并用上球体过渡颈部上盖连接不倒翁下球体, 将无线通信模块安装在放置仓内, 并与外部环境尽可能隔离, 以保证安全运行。

3) 不倒翁颈部, 为空心圆柱杆, 下连接无线通信模块放置仓外壳体, 上连接天线夹持头。杆身长度由井下有效通信信号距离地面的高度决定, 以保证在距离地面合适高度的情况下, 能够正常通信。同时, 将经过颈部的天线延长线, 从无线通信模块处连接至天线夹持头上处天线。

4) 天线夹持头, 为带孔半球形, 下连接不倒翁颈部, 并将天线夹持在夹持头上。

5) 天线, 由无线通信模块及井下通信参数要求, 设计通信天线的尺寸及类型, 保证在煤矿井下的复杂环境中, 正常接受与发送通信数据。

2 “不倒翁”型无线通信中继器力学分析

“不倒翁”型无线通信中继器需要完成在布放、外力冲击等过程中, 在未知地形环境的情况下, 恢复最佳通信工作姿态的任务。因此, 需要对不倒翁在井下的受力过程进行分析, 为设计不倒翁在井下环境适应性的能力提供重要理论依据。

2.1 不倒翁基本受力情况

不倒翁稳定平衡点CG在整个机构中是变化最为慢的位置。不倒翁顺时针或倾斜逆时针摆动时, CG点离开垂直平衡位置, 通过新的支撑点, 使得CG点垂直距离回复过来。重力返回到其稳定的位置[5]。如图2所示。

根据不倒翁原理, 不倒翁的位置姿态分为三种, 如下:

1) 不倒翁平衡状态

此状态下, 不倒翁受到两个力:重力和支持力。

2) 不倒翁倾斜状态

此状态下, 不倒翁倾斜时受到两个力矩:外力形成干扰力矩和重力形成的抵抗力矩。

3) 不倒翁复原状态

此状态下, 从势能角度考虑, 势能低的物体比较稳定, 物体一定会向着势能低的状态变化。

在以上的整个过程中, 建立新的平衡是其中主要的问题, 因为只有如此才能抵制外力的干扰, 而恢复原有的平衡则是次要问题, 因为此时外力的干扰已经去除。在整个过程中不倒翁始终保持平衡的属性, 这便是“平衡的稳定性”。

2.2 中继器在井下倾斜地形中的受力情况

当中继器被布置在有坡度的地形中时, 存在2种运动状态, 包括:不下滑, 原地倾斜状态, 以及下滑后倾斜状态。第一种情况相比在平面时的倾斜状态, 多了接触面的坡度α。第二种情况中继向下滑动, 则在中继静止前无需考虑其姿态变化, 直至中继滑动到静止位置时, 对中继进行倾斜位置受力分析。如图3所示, 为“不倒翁”型中继器在坡度地形上的倾斜受力分析。

当中继下落静止或滑动至静止位置时, 倾斜状态的受力分析为:

上式中, 为配重C相对于原来接触点O的位置矢量;α为矿井坡度倾角, 为定值。其中, “+”和“-”分别代表配重C在圆心E上方或者下方。因此, 当中继下落静止或滑动至静止 (还在斜坡上) , 此时的受力状况依然由θ决定, 当配重C在圆心E上方时, ︱θ︱值不断增大, 不倒翁不断偏离平衡位置;当配重C在圆心E下方时, θ值不断减小, 不倒翁不断恢复到平衡位置。

2.3 中继器复原位置受力情况

对于上重下轻的物体来说, 重心越低越稳定。而从势能角度考虑, 势能低的物体比较稳定, 物体一定会向着势能低的状态变化。然而, 从力矩平衡角度来讲, “不倒翁”型中继器倾斜摆动时, 重心被抬高, 产生力矩, 该力矩是用来克服外力所造成的倾斜摆动, 使中继器恢复到平衡状态[6]。如图2所示, 为“不倒翁”型中继器在布放过程或受外力情况下恢复姿态位置的受力分析图。

图4中, 重心为C点, E被称为稳心点, 当下落或受外力时, 出现O转至O’, 产生了力偶距, 在重力的存在下, 同时产生恢复力矩M, 即:

式中, G为重力;d为重心到稳心距离, 即稳心高度;θ为重心偏移角度。该式为外力影响下产生的恢复力矩, 并在该力矩的作用下, “不倒翁”型中继器逐渐恢复到平衡位置。

2.4 中继器在井下地理环境下的受力情况

一般情况下, 不倒翁在较平整地形, 例如, 坚实平地、沙地、煤块堆积较密集的地形中受力情况正如上述分析。但在煤块或其他大块障碍物散落地形, 即地面松散, 间隙较大的情况下, “不倒翁”型中继器在大缝隙地面的受力情况会因受到多接触点的影响, 使中继器恢复姿态的能力受到一定的影响。

这里以两支点为例, 如图5所示, 在大缝隙地面上, “不倒翁”型中继器出现的几种情况, 从产生力矩的角度简单分析, 对该地形环境中的倾斜情况。

当地面存在碎石等不平整的情况下, 由于石缝距离过大, 使得“不倒翁”型中继器在布放或者受冲击后, 落在石缝之间。此时, 在打破不倒翁平衡的同时, 产生了力偶距, 由于出现了两个支撑点O和O’, 且O、O’点在重心C点两侧时, 不倒翁在倾斜情况下, 由重力G产生的恢复力矩M为:

其中, l1=dsinθ, θ为倾斜角度。

但是, 重力在产生恢复力矩, 使不倒翁具有恢复状态的同时, 由于O点支撑造成外力干扰力矩M2为:

其中, l2=r·sinθ, r为重心到下半球底的距离。

此时, 若θ<90°时, 恢复力矩M>M2, 并且由于不倒翁下部为半球形表面, 在重力作用下沿切线滑动, 逐渐进入平衡位置。

若θ = 9 0°时 , 支点O处力矩为 上式所示 , 若0<2<lr时, 理想状态下, 不倒翁能够恢复稳定位置;若l2=r时, 由于左侧被支点阻碍, 将被卡死, 不能恢复位置。

若θ>90°时, 将被卡死, 不会进行恢复状态的运动。

当不倒翁所在地面石缝间隙的两个支点都出现在重心C点的右侧时, 理想情况下, 可将两点简化为一点支撑的情况, 此时的受力与“不倒翁”型中继器在地面较好的环境中的受力情况类似。

3 有限元模型的建立及结果分析

“不倒翁”型中继器在井下环境完成搭建通信网络过程中的受力情况, 需要先借助有限元仿真软件ABAQUS多体系统建立进行“不倒翁”型中继的几何模型, 并在建立材料模型时, 初步确定在井下灾难环境中适应各种突变和危险环境的材料, 分析“不倒翁”型中继器在不同地形、布放下落、受到外力冲击等环境下的动力学情况, 为保证后期设计实体中继器时提供可靠设计依据, 以及验证方法。适应井下灾难环境, 需要以耐高温、耐火、隔潮防水、耐冲击等方面为前提, 选择较轻的耐火性、耐冲击较高的聚碳酸酯 (工程塑料) , 便于减小不倒翁头部、颈部重量。同时, 选择铅块为不倒翁调整重心的重力块。聚碳酸酯和铅块的材料属性[7], 如表1所示。

不倒翁在地面上运动过程中, 可以假设不倒翁与地面的接触为多体接触类型, 对多体系统的仿真环境进行设置, 为观察“不倒翁”型无线通信中继器与煤矿井下地面的瞬态接触, 设置连接单元、连接单元关系及连接单元属性, 并在接触设置中, 设置接触方式及接触属性, 完成多体连接关系设置, 并划分不倒翁与地面的有限元网格[8~10]。

本研究旨在设计“不倒翁”型中继器原型, 应用ABAQUS有限元软件对其进行动力学研究, 提出正确仿真计算方法, 为研制“不倒翁”型中继器实体提供可靠且重要依据。本文将在加载1000N、2000N、3000N三种集中力的情况下, 对“不倒翁”型中继器在煤矿井下布放或者外力冲击下运动恢复平衡过程的仿真。

3.1 速度仿真分析

图6为在三种载荷力下, 速度在相对位移方向上的速度变化, 曲线最低点左端为不倒翁从最右端恢复姿态过程, 当到达最低点时恢复姿态, 又在其惯性力作用下向左端摆动, 由于摩擦力及恢复力的存在, 速度无法达到最右端的大小, 依次在恢复过程中, 速度不断减小, 最终达到平衡状态。

3.2 加速度仿真分析

图7为在三种载荷力下, 加速度在相对位移方向上的加速度变化, 曲线最低点左端为不倒翁从最右端恢复姿态过程, 当到达最低点时恢复姿态, 又在其惯性力作用下向左端摆动, 由于摩擦力及恢复力的存在, 加速度无法达到最右端时的大小, 逐渐在恢复过程中, 加速度不断减小, 最终达到平衡状态。同时, 加速度反映速度随时间的变化关系, 当加速度由于外界力的变化使得速度随时间越来越小, 最终恢复到平衡状态。

三种不同外界载荷的冲击下, 倾斜在同一角度时的速度不同, 外力越大, 速度越大;当通过最小速度, 进入恢复姿态运动时, 速度衰减最快是外界载荷最大的, 但是最先停止的可以预测为受外界载荷最小的。可见, 外界载荷是影响不倒翁恢复的重要因素之一。

4 结论

通过研究事故井下复杂环境中的潜在危险, 为降低井下通信设备安全威胁, 研发可靠的无线通信设备, 是实现快速搭建煤矿救援探测机器人无线通信系统, 解决救援指挥中心与救援探测机器人、机器人与机器人等之间实时通信的重要硬件基础之一。本文通过对“不倒翁”应用特点及事故井下中继器适应性的分析, 设计出“不倒翁”型中继器的具体结构、装配关系及在井下的工作关系;通过对“不倒翁”型无线中继器在三种状态及不同环境下受力情况的动力学分析, 从理论角度上得出“不倒翁”型无线中继器在事故井下的可行性、安全性和可靠性等特点;应用有限元仿真软件ABAQUS建立“不倒翁”型无线中继器的有限元几何模型、材料模型、力学模型等, 得出“不倒翁”型无线中继器的运动学分析结果, 为研制实体提供重要计算手段和验证方法。

摘要：针对煤矿井下事故发生后, 通信系统遭受毁灭性的破坏, 搭建安全可靠地无线通信系统成为井下救援机器人实施救援工作的重要问题。组建可靠地通信网络就需要适应井下复杂环境的稳定通信装置, 结合理论分析, 基于ABAQUS软件, 借助有限元分析方法对井下“不倒翁”无线通信中继器动力学分析。通过仿真实验表明, 不倒翁型无线中继器结构满足事故井下复杂多变的环境, 有效的提高了通信设备在井下运行的安全性。

关键词：煤矿应急,不倒翁,无线中继器,有限元分析

参考文献

[1]马宏伟, 王川伟.煤矿救援探测机器人转向及避障机理研究[J].制造业自动化.2014 (04) .

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[6]曹春梅, 张晓宏.不倒翁的力学分析[J].物理与工程, 2002, 12 (1) :10-11.

[7]王忠保, 等.机械工程材料性能数据手册[M].北京:机械工程出版社, 1995.

[8]赵腾伦.ABAQUS6.6在机械工程中的应用[M].北京:水利水电出版社, 2007.

[9]庄茁.基于ABAQUS的有限元分析和应用[M].北京:清华大学出版社, 1998.

数据中继器 第9篇

控制器局域网 (controller area network, CAN) 是德国BOSCH公司从20世纪80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信总线[1,2]。与一般的通信总线相比, CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。CAN总线为多主方式工作, 网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息而不分主从, 通信方式灵活, 且无需站地址等节点信息。

CAN中继器是CAN总线系统组网的关键设备之一, 可以成倍地提高CAN通讯距离、增加CAN节点数目。适用于CAN主网与CAN子网的连接, 或者2个相同通讯速率的平行CAN网络进行互联;可广泛应用在工业现场控制单元、智能网络节点、智能楼宇单元、矿业控制通讯、远程通讯节点等控制领域, 是非常有效的CAN接口工具。

1 硬件设计

CAN中继器集成有2个电气隔离的CAN接口, 实现2路CAN通道的数据“透明”转发, 其系统硬件结构框图如图1所示。

CAN中继器由MC9S12DG128微处理器和两路CAN控制器接口组成。MC9S12DG128微控制器作为CAN中继器的控制核心, 负责整个中继器的监控任务。两路CAN控制器接口电路基本相同, 都是由MC9S12DG128微控制器内部自带CAN通信控制器、光电隔离器件6N137和CAN总线收发器TJA1050组成。同时, CAN总线收发器与控制器之间采用高速光电隔离器件6N137实现信号隔离;采用隔离型DC-DC变换器实现电源隔离。

中继器硬件除了以上主要部分以外, 还有CPU监控器、参数配置开关和接口以及LED指示部分组成。LED分别用于中继器电源指示、CAN接口当前的接收和发送状态指示以及接口的通信故障 (如总线关闭) 指示。CPU监控器采用通用看门狗芯片MAX708实现上电复位功能。参数配置开关决定了中继器当前处于参数配置还是正常运行状态。本系统利用MAX232将MC9S12DG128微控制器内置的串行口转成RS232接口, 与计算机相连, 用于设置CAN中继器的相关参数。CAN中继器的所有参数存放在MC9S12DG128微控制器内置的EEPROM中。

2 软件设计

CAN中继器的主要任务是在两个CAN网段之间实现报文的过滤和转发。在软件设计时, 采用中断方式接收两个CAN控制器的报文, 同时尽可能精简CPU收发过程。为了对内存实行有效管理, 采用了循环队列机制管理数据存储器。

CAN中继器软件主要包括以下子程序:初始化子程序、主监控程序、接收中断子程序和发送子程序等。初始化子程序完成CAN总线系统智能节点的初始化, 下面主要介绍接收主程序和CAN中断程序。

2.1 主程序的设计

主程序比较简单, 负责对两路CAN控制器的接收循环缓冲区进行监控, 如某一路缓冲区非空则向另一路转发。缓冲区接收数据指针的调整是通过接收中断程序实现的, 而分析指针的调整则通过主监控程序实现 (图2) 。

当CPU复位后, 首先检查参数配置开关, 如果处于参数配置模式则初始化串行口, 等待上位设置CAN参数, 如参数解析正确则将参数保存在MC9S12DG128微处理器的EEPROM中, 其流程如图2 (a) 所示;如果处于正常运行状态, 则完成CAN数据转发功能, 其流程如图2 (b) 所示。

2.2 接收中断程序的设计

接收中断程序主要完成数据的接收及标志位的设置, 如图3即为中继器接收中断子程序流程图。

在进入中断后, 首先判断中断类型。若为错误警告, 则进行读取CAN状态寄存器并作相应处理及建立标志位。若为接收中断则接收报文至相应的FIFO缓冲区, 并置位接收状态标志等待主程序进行数据解析或转发, 随后进行释放CAN接收缓冲区、恢复现场和中断返回等工作。

3 应用实例

新民印染厂原设计的CAN总线网络系统如图4所示。布线时, 采用0.15mm2的屏蔽双绞线, 组成的CAN总线从控制室一直接到车间2的最后两个缸之间, 形成CAN总线主干线 (粗黒线) ;然后再由主干线上分别接线到每个染缸的印染自动化控制器;主干线约为150m, 所以两个节点之间的最大距离不超过200m。CAN总线设计的位速率为20kbps, 理论最大传输距离为3.3km。当安装完毕后, 调试时只有34台染缸能联上CAN网络, 与理想结果有很大的差距。

经多次试验、测试后发现, 由于CAN总线是与强电线缆放在同一桥架中, 所以受到了强电的干扰, 远端信号产生了失真;另随着距离的增加, CAN总线信号也产生了衰减。

针对调试时出现的现象, 采取了一系列的现场抗干扰、抗衰减的措施:1) 在CAN总线首、未端加了120Ω的匹配电阻;2) CAN总线换用0.5mm2的屏蔽双绞线;3) 在两个车间采用CAN中继器。

通过以上的措施, 所有48台染缸才真正联上CAN网络, 其中CAN中继器的使用所带来的效果最为明显。

参考文献

[1]阳宪惠.网络化控制系统—现场总线持术[M].北京:清华大学出版社, 2009.

数据中继器 第10篇

1 概述

目前,所研究的RN的选择问题主要为:如何对参与协作的RN进行分配和管理,即RN协作时机的选取问题、参与协作的RN的选择问题以及中继协作方式(中继转发策略)的选择问题等[2]。现阶段所研究的RN的选择问题包括单中继选择(从多个RN中选取最优的一个)和多中继选择(从多个RN中选取多个满足条件的RN)两大类,这两种中继选择各有自己的特点,并在一定程度上都能改善系统的性能。因此,如何合理有效地选择RN及其相应的协作方式来进行数据的传输是一个十分关键的问题。

理论上讲,中继技术可以实现两跳/多跳、协同发送/接收、网格连接等更为复杂的传输模式和网络结构,但在研究的现阶段,由于引入RN后会给原来的通信链路带来一定的延时、干扰以及会占用原来通信链路的资源等问题,因此,目前所研究的中继协作通信技术都是最简单的基于两跳的中继协作。文章也主要对LTE-A系统下行链路基于两跳的多中继并行协作模型下中继节点及其协作方式的选择进行了研究,并根据中继节点的位置信息及其协作方式提出了一种基于AF与DF方式的自适应中继协作方案。

2 两跳多中继节点中继选择策略的研究

中继协作方式按照RN对接收信号处理方法的不同可以分为AF、DF和编码协作(CC)三种。其中AF和DF是中继协作通信中最为常用的两种中继转发策略,但在研究的过程中AF中继协作方式多适用于SNR(Signal to Noise Ratio)取值较大的情形下,并会在接收端给其他的接收信号带来一定的干扰;而DF中继协作方式则适用于中继节点能够正确译码的情况,在RN不能够正确译码的前提下使用DF中继协作方式则会造成资源的白白浪费。目前,所研究的中继转发策略中大多只针对上述两种协作方式中的某一种,较少有综合考虑AF与DF的优缺点去实现两者之间的自适应协作。

目前,所研究的基于两跳的多中继并行协作模型下的中继选择策略主要有:基于平均信道状态信息的中继转发策略、基于瞬时信道状态信息的中继转发策略、基于门限的中继转发策略以及基于位置信息的中继转发策略等[3]。其中常见的基于平均信道信息的中继转发策略又包括基于距离的中继转发策略、基于路径损耗的中继转发策略和基于信号与干扰加噪声比(Signal to Interference plus Noise Ratio,SINR)的中继转发策略三种。

基于门限的中继协作方式的研究中,关键问题是门限的选择,不同衡量指标下门限值的选取不同,则其对应协作方式下中继协作通信的性能也会不同。文献[4]主要研究了协作通信系统中单中继节点下一种基于门限的自适应中继转发策略,该中继转发策略的基本原则为:中继节点通过比较其接收信号的SNR与源节点到中继节点之间链路的平均SNR来决定该中继节点是否作为使用AF(放大转发)方式的中继节点,对不满足使用AF协作方式的中继节点,则使用自适应译码转发方案,即能够正确译码的中继节点采用DF(译码转发)协作方式参与协作,不能正确译码的中继节点则不参与协作。

基于位置信息的中继协作方式源于Z.LIN等人所提出的利用相对距离来选择中继节点的算法。此外,Z.LIN等人在研究编码协作分集的技术中,还提出了用户协作区域(User Coopera⁃tion Region)的概念,即通过协作能够降低系统BER的中继节点的地理位置的集合[5]。也就是说,只要有中继节点分布在用户协作区域内,就可以利用该中继节点来参与协作,完成数据的转发,从而降低系统的BER。

3 AF与DF自适应中继协作方案的研究

由上述的研究可知,RN的位置信息对中继的协作性能有一定的影响,而之前所研究的基于门限的中继协作方式中,只考虑了RN位于源节点和目的节点中心位置的情况,却没有考虑RN位置信息变化时给中继协作性能所带来的影响。因此,文章在上述研究的基础上,利用RN的位置信息,提出了一种新的基于门限的自适应中继转发策略。该门限值由RN接收的瞬时SNR和RN的位置信息共同确定。

3.1 自适应中继转发原理

自适应中继协作方案的基本原理为:根据基于位置信息的中继协作方式中SNR的定义,结合基于门限的中继协作方式中门限的选取方法,对用户区域内每个RN所接收到的信号的瞬时SNR与该协作模型下所有源节点到RN链路之间的平均SNR来判断该RN是否是符合采用AF中继协作方式的RN;对不满足以上情况的RN进行第二次的判断,即采用循环冗余校验(CRC)方式,看该RN能否对接收的信号进行正确的译码,作为该RN是否可以采用DF方式参与协作的依据,对均不满足上述条件的RN,则不参与本次通信的协作。

3.2 自适应中继协作方案的协作流程

在自适应中继协作方案的协作流程中,RN按照改进后的门限值做第一次判断,即用户区域内的RN首先根据其接收信号的瞬时SNR与源节点和RN之间链路的平均SNR作对比,若该RN的瞬时SNR大于链路的平均SRN,则该RN作为采用AF中继协作方式的RN参与协作;对不满足上述情况的RN继续进行第二次判断,如果该RN能够从接收到的信号中正确地恢复出原来的信息,则该RN将作为采用DF中继协作方式的RN参与协作,对均不满足上述情况的RN则直接从原有的中继集合中进行删除,并对RN集合里的剩余RN进行依次判断,直到所有RN循环完毕为止,从而完成RN的自适应转发,其具体协作流程如下图所示。

4 小结

文中主要对LTE-A下行链路两跳中继系统中基于门限与基于位置信息的中继协作方式进行了研究与分析。在研究基于门限的中继协作方式的基础上,利用RN的位置信息,提出了两跳多RN并行模型下一种基于AF与DF方式的自适应中继协作方案,并给出了该自适应中继协作方案的协作原理及其协作流程。

摘要：中继(Relay)技术是LTE-A(LTE-Advanced)系统中的关键技术之一,它具有抵抗无线信道衰落、扩大系统容量及覆盖范围等优点,而中继节点(Relay Node,RN)的选择策略则是能否实现中继协作通信的关键。文中主要对两跳中继协作通信中中继节点及其协作方式的选择进行了研究,并在此基础上,结合RN的位置信息提出了一种两跳多RN下基于放大转发(Amplify Forward,AF)与译码转发(Decode Forward,DF)方式的自适应中继协作方案。

关键词：中继,LTE-A,选择策略,协作通信

参考文献

[1]S.Parkvall,D.Astely.The evolution of LTE towards IMT-Ad-vanced[J].J.Communication,2009,4(3):146-154.

[2]陈纯锴,谢红.改进的协作中继节点选择策略[J].哈尔滨工程大学学报,2012,33(2):240-243.

[3]宋婧,葛建华,李靖.DF协作系统中基于中断概率的功率分配算法[J].西安电子科技大学学报,2011,38(2):1-7.

[4]陈纯锴,谢红.改进的协作中继节点选择策略[J].哈尔滨工程大学学报,2012,33(2):240-243.

输变电系统中继电保护问题探究 第11篇

【关键词】输变电系统；继电保护；站用变

【中图分类号】TM77 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）09-0018-01

电力系统故障的后果是十分严重的，它可能直接造成设备损坏，人身伤亡和破坏电力系统安全稳定运行，从而直接或间接地给国民经济带来难以估计的巨大损失，因此电力系统最为关注的问题便是安全可靠、稳定运行，在日常生产中，继电保护的运行与维护问题显得尤为重要。

1、继电保护人员方面

1.1 继电保护人员问题

继电保护人员变动频繁，不能保证继电保护人员整体业务水平的连续性。其主要原因：从事继电保护的人员由于掌握了电力系统中比较复杂、关键的技术，在工作中发挥着比较重要的作用，人才发展空间大而导致人员变动频繁，但要培养出全面的继电保护人才所需周期长，因此在提拔继电保护人员之后继保一线工作显得比较被动。

安排继电保护人员参加系统培训的机会不多。继电保护人员工作任务繁重，忙于应付当前工作。

各单位整定计算人员一般为2～3人，甚至只有1人，如果想通过本单位技术培训使其在专业方面得到提高难度实在太大，“如何培训，由谁来培训”成了该岗位培训工作的一个难点。

1.2 继电保护人员方面措施

人力资源管理方面加大对关键技术岗位的中期及长期的系统规划高度重视继电保护人员人才储备工作工程规划方面在设计阶段重视整个网区保护配置，使之合理、实用、统一，加强可靠的主保护配置，适当简化后备保护的整定，使继电保护人员从保护缺陷处理、后备保护整配合等繁杂的工作中解脱出来；加快继电保护管理系统图纸电子化管理进程，提高运行维护工作效率；由于继电保护专业性强、理论水平要求高，培训方面各单位应结合其人员调整及其岗位适应性要求来开展动态培训工作，有计划地为继电保护人员创造更多外部培训及现场培训的机会，特别有新型保护装置入网时，应组织本单位最强大的继保力量进行充分的专项技术研讨，让本单位继保人员熟练掌握二次回路、保護装置的原理及功能、整定原则及运行注意事项，提高其业务水平。

2、10kV线路保护TA饱和问题

2.1 TA饱和对保护的影响

10kV线路出口处短路电流一般都较小，特别是农网中的变电所，它们往往远离电源，系统阻抗较大。对于同一线路，出口处短路电流大小一般由系统规模及运行方式来决定。随着系统规模的不断扩大，10kV系统短路电流会随之变大，可以达到TA一次额定电流的几百倍，系统中原有一些能正常运行、变比小的TA就可能饱和；另一方面，短路故障是一个暂态过程，短路电流中含大量非周期分量，又进一步加速TA饱和。在10kV线路短路时，由于TA饱和感应到二次侧的电流会很小或接近于零，使保护装置拒动，故障要由母联断路器或主变后备保护来切除，不但延长了故障时间，扩大了故障范围，影响供电可靠性，而且严重威胁运行设备的安全。

2.2 避免TA饱和的方法

避免TA饱和主要从两个方面入手：一是在选择TA时，变比不能选得太小，要考虑线路短路时TA饱和问题，一般10kV线路保护TA变比最好大于600/1；另一方面要尽量减少TA二次负载阻抗，尽量避免保护和计量共用TA，缩短TA二次电缆长度及加大二次电缆截面；对于综合自动化变电所，10kV线路尽可能选用保护测控合一的产品，并在控制屏上就地安装，这样能有效减小二次回路阻抗，防止TA饱和。

3、站用变保护

3.1 站用变保护存在的问题

站用变是比较特殊的设备，容量较小但对可靠性要求非常高，而且安装位置也很特殊，一般就接在10kV母线上，其高压侧短路电流等于系统短路电流，可达十几千安，低压侧出口短路电流也较大。人们一直对站用变保护的可靠性重视不足，这将对站用变直至整个10kV系统的安全运行造成很大的威胁。传统的站用变保护使用熔断器保护，其安全可靠性还是比较高，但随着系统短路容量的增大以及综合自动化的要求，这种方式已逐渐满足不了要求。现在新建或改造的变电站，特别是综合自动化站，大多配置站用变开关柜，保护配置也跟10kV线路相似，而人们往往忽视了保护用的TA饱和问题。由于站用变容量小，一次额定电流很小，同时因为保护计量共用TA，为确保计量的准确性，设计时TA变比会选得很小，有的地方甚至选择10/5。这样一来，当站用变故障时，TA将严重饱和，感应到二次回路电流几乎为零，使站用变保护装置拒动。如果是高压侧故障，短路电流足以使母联保护或主变后备保护动作并断开故障点，如果是低压侧故障，短路电流可能达不到母联保护或主变后备保护的启动值，使得故障点无法及时切除，最终烧毁站用变，严重影响变电站的安全运行。

3.2 解决办法

解决站用变保护拒动问题，应从合理配置保护入手，其TA的选择要考虑站用变故障时饱和问题，同时，计量用的TA一定要跟保护用的TA分开，保护用的TA装在高压侧，以保证对站用变的保护，计量用TA装在站用变的低压侧，以提高计量精度。在定值整定方面，电流速断保护可按站用变低压出口短路进行整定，过负荷保护按站用变容量整定。

4、主变后备保护的探讨

主变10kV侧仅装10kV复合电压过流保护不能满足速动性要求。在保护整定中，三卷主变10kV侧过流的时间一般整定为2.5s或3.0s，双卷主变10kV不设过流保护，而110kV侧过流时间达2.0s或2.5s。现系统的容量越来越大，10kV侧短路电流也越来越大。随着10kV短线路不断增加，10kV线路离变电所近区故障机率也越来越大，由于开关拒动或保护拒动短路电流较长时间冲击变压器，对变压器构成极大威胁。