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篇(1)

趙曼汪正進(jìn)殷曉虎苗璐

(西安科技大學(xué)通信與信息工程學(xué)院，陜西西安710054)

【摘要】對(duì)通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行深入分析，提出了依托專業(yè)特色的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程建設(shè)方案。研究提出建立兩類實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，調(diào)整實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容，突出礦業(yè)信息特色的技術(shù)研究方向；開發(fā)綜合型、設(shè)計(jì)型、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并結(jié)合科研及競(jìng)賽，實(shí)現(xiàn)突出技術(shù)研究?jī)?yōu)勢(shì)的、以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

關(guān)鍵詞 通信原理；礦業(yè)信息；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；創(chuàng)新；教學(xué)改革

0引言

近幾年，就業(yè)形勢(shì)的日趨嚴(yán)峻，社會(huì)對(duì)大學(xué)生綜合素質(zhì)的要求逐漸升高，學(xué)校依勢(shì)提出了對(duì)教育教學(xué)方向的新思路。在實(shí)踐教學(xué)方面，不但要求學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)加深理解基礎(chǔ)理論，而且要求具有團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和創(chuàng)新思維，能夠靈活的綜合應(yīng)用本專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際工程問題。

為此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)以通信原理實(shí)驗(yàn)課程為試點(diǎn)，進(jìn)行了一系列的教學(xué)改革，以礦業(yè)信息技術(shù)為重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了從基礎(chǔ)到專業(yè)、從基本到提高、從單一到綜合，最終達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生具備較強(qiáng)的知識(shí)應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、工程設(shè)計(jì)能力的目標(biāo)。[1]

1實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀分析

“通信原理”是通信專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，涉及“信號(hào)與系統(tǒng)”、“概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)”和“高頻電子線路”等多門先修課程，通信原理實(shí)驗(yàn)基于相應(yīng)的理論課程，同時(shí)又高于理論課程，在學(xué)生能力培養(yǎng)和綜合素質(zhì)提高方面有著獨(dú)特作用。對(duì)比我校現(xiàn)行的通信原理實(shí)驗(yàn)課程培養(yǎng)方案及實(shí)驗(yàn)大綱，并結(jié)合教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)的問題，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程存在許多弊端：

1）實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程無法體現(xiàn)礦業(yè)信息技術(shù)特色的優(yōu)勢(shì)。以學(xué)校特色專業(yè)為依托，本學(xué)院的特色研究方向即為礦山通信、礦山信息化建設(shè)，教師團(tuán)隊(duì)也研發(fā)出諸多新型技術(shù)成果。但在實(shí)踐教學(xué)過程中，仍然按照教學(xué)大綱規(guī)定的學(xué)時(shí)數(shù)安排實(shí)驗(yàn)課程，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要是驗(yàn)證基本概念和理論數(shù)據(jù)或是簡(jiǎn)單的基本技能訓(xùn)練，例如基本信號(hào)測(cè)試、脈沖編碼調(diào)制、移頻鍵控等內(nèi)容的驗(yàn)證，內(nèi)容偏于簡(jiǎn)單，沒有突出本學(xué)院的專業(yè)特色，學(xué)生對(duì)當(dāng)前技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)沒有任何的了解，在就業(yè)時(shí)沒有專業(yè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

2）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要以單元驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，綜合實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目比例小，學(xué)生的創(chuàng)新能力、知識(shí)綜合應(yīng)用能力無法得到有效提升。現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容多數(shù)為單元實(shí)驗(yàn)，且為演示性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，占到了總實(shí)驗(yàn)課程的90%以上，這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)很大程度上是成為理論教學(xué)的輔助手段，實(shí)驗(yàn)課程安排也使學(xué)生完全處于被動(dòng)狀態(tài)，不能充分調(diào)動(dòng)和發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，無法適應(yīng)創(chuàng)新教育對(duì)人才的培養(yǎng)要求。[2]

3）實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系一條線，專業(yè)不同，其教學(xué)大綱、課程內(nèi)容安排相同，無法凸顯各專業(yè)技術(shù)研究方向，不能體現(xiàn)因材施教的方針。涉及通信原理實(shí)驗(yàn)共有四個(gè)專業(yè)，但實(shí)驗(yàn)安排的課程內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)要求完全相同，沒有區(qū)分各專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)側(cè)重點(diǎn)，沒有突出各專業(yè)技術(shù)特色。同時(shí)，學(xué)生水平參差不齊，對(duì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師存在不同程度的依賴，需要教師根據(jù)學(xué)生自身的特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)創(chuàng)新思維和科學(xué)研究素質(zhì)的培養(yǎng)。

因此，結(jié)合本校辦學(xué)特色，對(duì)通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系進(jìn)行研究及改革成為通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)亟待解決的重要課題。本項(xiàng)目在認(rèn)真分析專業(yè)技術(shù)研究方向的基礎(chǔ)上，以礦業(yè)信息方向?yàn)橹攸c(diǎn)，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段及方法。

2實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方案

通信原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是創(chuàng)新活動(dòng)為重點(diǎn)，突出礦業(yè)信息技術(shù)研究?jī)?yōu)勢(shì)，按照不同的專業(yè)方向，構(gòu)建兩類實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為大學(xué)生掌握理論與學(xué)科前沿知識(shí)、從事創(chuàng)新活動(dòng)的主要平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)全方位開放。

2.1建立兩類實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

為滿足培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐與創(chuàng)新能力的要求和不同專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的要求，設(shè)置了礦業(yè)信息類及電子信息類兩類實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。礦業(yè)信息類包含通信工程、電子信息工程專業(yè)，研究方向?yàn)榈V山信息化建設(shè)、數(shù)字礦山通信、系統(tǒng)仿真；電子信息類包含電子信息科學(xué)與技術(shù)、電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，研究方向?yàn)楝F(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件設(shè)計(jì)、光通信技術(shù)。

實(shí)驗(yàn)課程方面，設(shè)立與專業(yè)技術(shù)研究方向?qū)?yīng)、合理的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，通過引入科研項(xiàng)目、建立創(chuàng)新技術(shù)小組、參與科技競(jìng)賽等方式，開設(shè)應(yīng)用創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，達(dá)到基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)及綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)占總實(shí)驗(yàn)課程項(xiàng)目的70%~80%，創(chuàng)新應(yīng)用類實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容占總實(shí)驗(yàn)課程項(xiàng)目的20%~30%。對(duì)于礦業(yè)信息類專業(yè)，減少基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)比例，增加綜合實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，對(duì)于電子信息類專業(yè)，以基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)為主，增加綜合實(shí)驗(yàn)比例，增設(shè)應(yīng)用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

2.2改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與手段

推行多樣化的實(shí)驗(yàn)方法與手段，采用實(shí)驗(yàn)教學(xué)仿真和虛擬操作軟件完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)，結(jié)合硬件儀器實(shí)驗(yàn)和軟件仿真實(shí)驗(yàn)；合理運(yùn)用多媒體輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，對(duì)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)提供支持，方便實(shí)驗(yàn)教師進(jìn)行指導(dǎo)；同時(shí)，利用QQ、電子郵箱、微信等軟件，與學(xué)生建立實(shí)驗(yàn)交流平臺(tái)，在—定程度上解決硬件資源短缺、實(shí)驗(yàn)課時(shí)不足、師生互動(dòng)不夠等問題，明顯提高綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的成功率。[3]

2.3實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室全開放

實(shí)驗(yàn)室全開放是以完善的實(shí)驗(yàn)室開放制度作為保證，鼓勵(lì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證，使學(xué)生在加深理解和掌握理論基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上，從事工程設(shè)計(jì)和科研活動(dòng)，突出學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)室全開放不僅包含對(duì)本科生、研究生的實(shí)驗(yàn)開放，也包含對(duì)教師的科研開放。對(duì)學(xué)生開放，即學(xué)生可自由選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)室提供實(shí)驗(yàn)儀器及所需的元器件，教師參與指導(dǎo)。對(duì)科研開放是鼓勵(lì)教師和工程技術(shù)人員充分利用中心的儀器設(shè)備，開展教學(xué)與科研工作。[4]

3結(jié)束語

實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革打破了“實(shí)驗(yàn)課和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容附屬于理論課程”的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，實(shí)驗(yàn)課程體系實(shí)現(xiàn)了從簡(jiǎn)單驗(yàn)證到綜合設(shè)計(jì)、從實(shí)驗(yàn)?zāi)M到工程實(shí)際，增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐能力，提高了學(xué)生的知識(shí)綜合應(yīng)用能力及工程創(chuàng)新能力，縮短了學(xué)生與企業(yè)環(huán)境、崗位需求間的距離。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力和水平也得到了較大提高。

參考文獻(xiàn)

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篇(2)

關(guān)鍵詞：卷積碼; 編碼器; 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列; VHDL

中圖分類號(hào)：

TN9234

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004373X(2012)05

0065

03

Design of convolution code encoder in mobile communication based on FPGA

XIAO Juan, LIU Qian, XU Zhen

(Institute of Electrical and Electronic Engineering, Wuhan Polytechnic University, Wuhan 430023, China)

Abstract：

Convolution code is an error controlling code with better performance. The principle of convolutional code is introduced and a (2,1,9) convolutional code encoder based on FPGA using VHDL hardware description language is implemented. Then， the simulation results are proposed and verified on the FPGA. Simulation and test results show that the design can achieve the desired design requirements and can be used in actual projects.

Keywords： convolution code; encoder; FPGA; VHDL

收稿日期：20111019

基金項(xiàng)目：湖北省教育廳科技計(jì)劃項(xiàng)目(Q20111707)

0 引 言

數(shù)字信號(hào)在有噪聲的信道中傳輸時(shí)，由于受到干擾的影響，會(huì)發(fā)生誤碼。在設(shè)計(jì)數(shù)字通信系統(tǒng)時(shí)，首先應(yīng)合理設(shè)計(jì)基帶信號(hào)，選擇調(diào)制、解調(diào)方式，并采用均衡措施等，使誤碼率達(dá)到指標(biāo)要求。若仍然不能滿足要求時(shí)，則必須采用差錯(cuò)控制編碼等信道編碼技術(shù)，使誤碼率進(jìn)一步降低［1］。

卷積碼是深度空間通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)中常用的一種差錯(cuò)控制編碼。在編碼過程，卷積碼充分利用了各碼字之間的相關(guān)性［2］。卷積碼廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信，GSM，CDMA數(shù)字移動(dòng)通信等通信系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行研究具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

FPGA是可編程邏輯器件，采用FPGA等新型可編程器件進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)，不僅使設(shè)計(jì)的電子產(chǎn)品達(dá)到微型化、高集成化和高可靠性，而且開發(fā)周期短、成本低、風(fēng)險(xiǎn)小［3］。本設(shè)計(jì)采用VHDL語言并選用FPGA設(shè)計(jì)了一個(gè)(2,1,9)卷積碼編碼器。

1 卷積碼編碼器原理

卷積碼是1955年由Elias等人提出的一種十分常見且有效的前向糾錯(cuò)碼(FEC)。卷積碼(n,k,N)主要用來糾隨機(jī)錯(cuò)誤，它的碼元與前后碼元有一定的約束關(guān)系。卷積碼(n,k,N)將k個(gè)信息比特編為n個(gè)比特,N為約束長(zhǎng)度。即卷積碼的當(dāng)前碼元不僅與當(dāng)前輸入的k個(gè)信息碼元有關(guān),而且還與前面(N-1)個(gè)時(shí)刻輸入的信息碼元有關(guān)，卷積碼的糾錯(cuò)能力不僅與約束長(zhǎng)度有關(guān)，還與采用的譯碼方式有關(guān)。總之，由于n，k較小，且利用了各組之間的相關(guān)性，在同樣的碼率和設(shè)備的復(fù)雜性條件下，無論在理論上還是實(shí)踐上都證明：卷積碼的性能至少不比分組碼差［4］。

2 卷積碼編碼器設(shè)計(jì)

2.1 編碼設(shè)計(jì)原理

卷積碼(n,k,N),其一般形式為一個(gè)由N段組成的輸入移位寄存器，每段有k級(jí);一組n個(gè)模2和相加器；一個(gè)由n級(jí)組成的輸出移位寄存器。對(duì)應(yīng)于每段k個(gè)比特的輸入序列，輸出n個(gè)比特。整個(gè)編碼過程可以看成是輸入信息序列與由移位寄存器與模2和連接方式所決定的另一個(gè)序列的卷積［4］。

本設(shè)計(jì)的卷積碼是(2,1,9)，編碼效率是1/2比率，約束長(zhǎng)度為9，碼發(fā)生器函數(shù)為：g(1,1)=(111101011),g(1,2)=(101110001)。對(duì)于每個(gè)輸入到編碼器的數(shù)據(jù)比特產(chǎn)生兩個(gè)編碼符號(hào)v1和v2,然后依次輸出；編碼符號(hào)v1用發(fā)生器函數(shù)編碼g(1,1)，第一個(gè)輸出；編碼符號(hào)v2用發(fā)生器函數(shù)g(1,2)編碼，第二個(gè)輸出。卷積碼編碼器初始狀態(tài)為全“0”狀態(tài)。隨后第一個(gè)輸出編碼符號(hào)為發(fā)生器函數(shù)g(1,1)產(chǎn)生的編碼符號(hào)。

電路框圖如圖1所示。

3 卷積碼編碼器仿真

3.1 功能仿真

仿真前設(shè)置輸入信息序列Convolutionbitin=“1101001001”，對(duì)應(yīng)時(shí)鐘為400 ns。圖3為(2,1,9)卷積碼，碼發(fā)生器函數(shù)是:g0=(111101011),g1=(101110001)的理論編碼結(jié)果。卷積編碼器VHDL功能仿真波形如圖4所示。

比較卷積碼編碼器的理論結(jié)果(見圖3)和功能仿真圖(見圖4)，仿真結(jié)果與理論計(jì)算完全一致。

3.2 時(shí)序仿真

在不考慮時(shí)延的情況下，對(duì)照?qǐng)D4與圖5，兩者仿真波形一樣。從圖6可以看出卷積編碼器的時(shí)延為7.0 ns，這是因?yàn)楣δ芊抡娌豢紤]信號(hào)時(shí)延等因素，而時(shí)序仿真則是選擇了具體器件并完成布局布線后進(jìn)行的含定時(shí)關(guān)系的仿真，所以其仿真更接近真實(shí)器件運(yùn)行特性，因而仿真精度更高。由于不同器件的內(nèi)部時(shí)延不一樣，不同的布局，布線方案也會(huì)給時(shí)延造成很大的影響，因此在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)后，有必要對(duì)網(wǎng)絡(luò)和邏輯塊進(jìn)行時(shí)延仿真，分析定時(shí)關(guān)系，估計(jì)設(shè)計(jì)性能［3,5］。

時(shí)序仿真后，再進(jìn)行器件編程和調(diào)測(cè)。實(shí)測(cè)結(jié)果完全正確,達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié) 語

本文闡述了卷積碼編碼器的工作原理，利用FPGA器件，設(shè)計(jì)出了(2，1，9)卷積碼編碼器。仿真及測(cè)試結(jié)

果表明,達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求,并用于實(shí)際項(xiàng)目中。

參 考 文 獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：

肖 娟 女,1975年出生，湖南常寧人，碩士，講師。主要研究方向?yàn)闊o線通信技術(shù)、信號(hào)與信息處理。

劉 倩 女,1980年出生，湖北人。主要研究方向?yàn)橥ㄐ殴こ獭?/p>

徐 震 男,1974年出生，湖北人，博士，講師。主要研究方向?yàn)闊o線通信技術(shù)。

(上接第64頁(yè))

而且所需要的積累次數(shù)也不多，能獲得很好的信號(hào)處理實(shí)時(shí)性。

參 考 文 獻(xiàn)

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［8］肖劍鋒,黃培康,文樹梁.寬帶Chrip雷達(dá)回波信號(hào)相干積累方法［J］.現(xiàn)代雷達(dá)，2008,30(12):3538.

［9］王雅曼.弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)研究［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011(7):1517.

［10］倪安勝,王健琪,楊國(guó)勝,等.基于FFT頻域積累的非接觸生命參數(shù)信號(hào)檢測(cè)［J］.第四軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003,24(2)：172175.

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［12］孫永軍，呂福平.基于小波變換相干積累的微弱信號(hào)檢測(cè)［J］.電子對(duì)抗技術(shù)，2003,18(5):710.

作者簡(jiǎn)介：

魏崇毓 教授，博士，碩士研究生導(dǎo)師。主要研究領(lǐng)域?yàn)橥ㄐ排c電子系統(tǒng)。

篇(3)

【關(guān)鍵詞】基站天線 寬頻帶 雙極化 HFSS

1 引言

隨著我國(guó)3G牌照的發(fā)放,TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000三種標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)都已開始建設(shè)和運(yùn)營(yíng)。WiMAX等寬帶無線網(wǎng)絡(luò)越來越多地投入應(yīng)用,隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展,相信還會(huì)有更新的技術(shù)投入商用。不管是現(xiàn)在還是未來,多種通信應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)并存的局面都將是不可避免的。因此,基站天線能覆蓋盡量寬的頻段,對(duì)于其適應(yīng)多種標(biāo)準(zhǔn)以及今后的擴(kuò)充來說,顯然有著重要意義。

就此,本文提出一種新型的寬頻帶雙極化天線振子的設(shè)計(jì)過程,并用基于有限元法的專業(yè)電磁仿真軟件HFSS對(duì)天線的特性進(jìn)行仿真。該天線在滿足通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)VSWR≤1.5、雙極化端口隔離度小于-28dB的條件下,可覆蓋1.4GHz～3.6GHz頻段,并且在3G頻段內(nèi)滿足通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的雙極化要求[1]。

2 天線設(shè)計(jì)

超寬帶寬的天線已經(jīng)有多種,例如領(lǐng)結(jié)天線、雙錐天線、對(duì)數(shù)周期天線[2]等。而圓形振子,以及由其變形而來的半圓形振子等,也都已經(jīng)被證明是具有寬帶特性的天線結(jié)構(gòu)(如圖1)[3]。這些天線都能在滿足帶寬的條件下滿足不同應(yīng)用的要求。

圖1 半圓振子的帶寬特性

基于移動(dòng)通信雙極化的要求,借鑒半圓形振子結(jié)構(gòu),本文設(shè)計(jì)的天線結(jié)構(gòu)如圖2～4所示:

圖 2左視圖

圖 3右視圖

圖4俯視圖

圖5立體圖

該天線由兩個(gè)成45度交叉極化的振子組成,輻射單元采用圓弧形結(jié)構(gòu)。振子兩輻射單元之間的距離為L(zhǎng),兩個(gè)振子之間的空隙距離為W;弧形底面直徑為D,其與接地面距離為H,弧頂高度為h。一般來說,圓弧底面的直徑?jīng)Q定了振子的臂長(zhǎng),對(duì)中心頻率有較大影響。同時(shí),研究發(fā)現(xiàn),圓弧頂?shù)某?上/下)對(duì)頻率響應(yīng)的收斂性有很大影響,弧頂向上的結(jié)構(gòu)具有更好的收斂特性。

饋電采用微帶線耦合饋電的方式,微帶線的兩端,一端作為端口饋電,一端為1/8波長(zhǎng)的開路線。這樣底部既有支撐的作用,也相當(dāng)于一個(gè)寬帶的巴倫器;同時(shí)還可以優(yōu)化饋電微帶線的尺寸,達(dá)到網(wǎng)絡(luò)匹配的作用。兩個(gè)極化的饋電線在中間交疊部分則上下錯(cuò)開。仿真發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)的兩個(gè)端口具有很好的隔離度。

最后,從天線的機(jī)械承重以及成本考慮,實(shí)心的半圓振子是十分不利的。由于天線的輻射特性主要是和輻射單元的表面形狀與周長(zhǎng)有關(guān),可以將輻射單元的內(nèi)部挖空(圖5),達(dá)到減輕重量的目的。仿真表明這同樣具有很好的帶寬和輻射特性。

經(jīng)HFSS軟件優(yōu)化和調(diào)試后,最終天線的幾何尺寸參數(shù)如下:輻射單元與地面距離H=40mm,弧頂高度h=8mm,圓弧底面直徑D=32mm,振子兩輻射單元距離L=12mm,兩振子之間空隙W=3mm,圓弧的厚度為2mm。

3 仿真結(jié)果

采用HFSS11對(duì)天線進(jìn)行仿真,設(shè)定最高頻率點(diǎn)為4GHz,掃頻范圍1GHz～4GHz,掃頻間隔為0.01GHz。圖6為兩個(gè)端口的VSWR仿真結(jié)果,由圖可見,在1.4GHz～3.6GHz頻段內(nèi),兩個(gè)端口的VSWR

圖6天線兩個(gè)端口的VSWR隨頻率的變化

圖7天線S21參數(shù)隨頻率的變化

圖8、圖9分別為天線加反射板后1920MHz和2170MHz頻點(diǎn)的水平面交叉極化輻射方向圖。由圖可見,天線的半功率波束寬度為65度,在該頻段內(nèi)具有良好的交叉極化比,符合通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)65度天線的雙極化要求,即:軸向交叉極化比大于15dB,60度方向內(nèi)交叉極化比大于10dB。

圖8 1920MHz的水平面輻射方向圖

圖92170MHz的水平面輻射方向圖

4 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)了一款新型的寬頻帶雙極化天線,并對(duì)該天線進(jìn)行了仿真。結(jié)果表明,該天線在符合通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的情況下,具有很寬的帶寬,并且在3G頻段內(nèi)具有很好的交叉極化比,有一定的工程實(shí)用價(jià)值,對(duì)今后寬帶天線的研發(fā)也有一定的理論研究?jī)r(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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[5]林昌祿. 天線工程手冊(cè)[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社,2002.

【作者簡(jiǎn)介】

篇(4)

【關(guān)鍵詞】用電信息采集 運(yùn)維 終端 通信

1 背景介紹

2010年初，用電信息采集系統(tǒng)的建設(shè)在一些地市級(jí)試點(diǎn)單位初步展開。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2010年底基本完成用電信息采集建設(shè)15%的覆蓋率。2012年底覆蓋率達(dá)到65%，2013年底，實(shí)現(xiàn)了90%的采集覆蓋率，直到2014年底，用電信息采集已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了全覆蓋。

相較于用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)的高效快速，用電信息采集系統(tǒng)的運(yùn)維工作卻是步履維艱，始終存在著這樣那樣的問題。以河南各地市公司為例，2012年國(guó)網(wǎng)公司全面推進(jìn)“三集五大”集體建設(shè)，電采運(yùn)維提體系才得以建立，經(jīng)過逐步完善，各地市公司用電信息采集運(yùn)維單位成立采集運(yùn)維班。面對(duì)日均一次采集成功率95%、周期采集成功率99.5%的指標(biāo)考核，能達(dá)到任務(wù)指標(biāo)的地市公司幾乎寥寥。其中，電采運(yùn)維中存在的各種問題是任務(wù)指標(biāo)難以達(dá)到的最主要原因。

2 用電信息采集運(yùn)維中存在的問題

2.1 用電信息采集系統(tǒng)軟件功能有待拓展

在實(shí)際運(yùn)行中，普遍認(rèn)為用電信息采集系統(tǒng)軟件功能存在局限性，尤其是2014年7月份新上線的一套系統(tǒng)。上線之處僅有數(shù)據(jù)召測(cè)、參數(shù)下發(fā)和數(shù)據(jù)查詢等功能。至關(guān)重要的報(bào)表生成是沒有的，之后加上了采集數(shù)據(jù)報(bào)表，但卻一直未添加電流電壓數(shù)據(jù)報(bào)表，計(jì)量在線監(jiān)測(cè)功能形式大于內(nèi)容，計(jì)量在線監(jiān)測(cè)是設(shè)備運(yùn)行異常、電量異常乃至輔助查竊電工作的有利工具。但作為根本的用電信息采集系統(tǒng)，這種基本功能確實(shí)沒有得以應(yīng)用。這一問題在電采運(yùn)維工作中也占了很大一部分因素。

2.2 實(shí)際運(yùn)用的通信信道單一

用于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)男诺乐饕泄饫w專網(wǎng)，GPRS/CDMA、3G等無線公網(wǎng)，230MHz無線專網(wǎng)。但用電采集系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中，采用的遠(yuǎn)程通信方式卻大力傾向于GPRS通信。以河南公司為例，河南公司系統(tǒng)用電信息采集系統(tǒng)的通信信道僅有GPRS一種，甚至于有些地市公司出于各方面原因，GPRS的運(yùn)營(yíng)商還只制定一家。

GPRS通信方式有它自身的優(yōu)勢(shì)，例如連接費(fèi)用低、傳數(shù)速率高、接入時(shí)間短等。但作為采集終端的神經(jīng)中樞，由于電采終端安裝地點(diǎn)遍布各個(gè)地方甚至各個(gè)角落，GPRS通信方式就會(huì)存在信號(hào)盲區(qū)或是弱信號(hào)區(qū)；同時(shí)相比較與光纖通信一次投入終身利用的特點(diǎn)，GPRS通信還存在欠費(fèi)停機(jī)的現(xiàn)象；如果有些地市公司再僅依賴于一家運(yùn)營(yíng)商，在運(yùn)營(yíng)商系統(tǒng)升級(jí)或是系統(tǒng)癱瘓的情況下，用電信息采集系統(tǒng)也會(huì)因?yàn)槿鄙賯溆猛ǖ蓝幱谝环N被動(dòng)的狀態(tài)；這三種情況都會(huì)導(dǎo)致采集終端不在線采不回?cái)?shù)據(jù)的情況，進(jìn)而直接影響用電信息系統(tǒng)的采集成功率。

2.3 終端或電能表檔案不符

電能表檔案存在問題。電能表抄表端口號(hào)、表地址與現(xiàn)場(chǎng)安裝電能表不符，電能表入庫(kù)登記資產(chǎn)時(shí)波特率信息輸入錯(cuò)誤，更換電能表后未及時(shí)更新后臺(tái)信息等這些問題都會(huì)造成終端采集表計(jì)數(shù)據(jù)失敗。

終端檔案不符。現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維時(shí)更換過現(xiàn)場(chǎng)終端后，卻未及時(shí)或是沒有更新營(yíng)銷系統(tǒng)檔案進(jìn)而將檔案同步到電采系統(tǒng)，電采系統(tǒng)中依然是舊終端信息，也會(huì)造成采集失敗，影響采集成功率。

2.4 建設(shè)之初的歷史遺留問題

2010年初，用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)工程在各地市公司開始大力度的開展，建設(shè)中出現(xiàn)的問題主要有：一是施工方多是外包單位，責(zé)任心不強(qiáng)，因此時(shí)常出現(xiàn)臺(tái)區(qū)戶與變壓器關(guān)系不對(duì)應(yīng)、個(gè)別用戶串臺(tái)區(qū)的現(xiàn)象。二是建設(shè)之初對(duì)系統(tǒng)的技術(shù)性能不是很了解，在終端安裝調(diào)試方面判斷失誤，造成投運(yùn)后不采集的情況很多。三是當(dāng)時(shí)的量化考核力度大，卻并沒有對(duì)采集成功率進(jìn)行考核，一味地盲目建設(shè)，因此忽略了長(zhǎng)遠(yuǎn)的問題，為日后的故障處理埋下了隱患。

2.5 終端安裝的外部環(huán)境

用電信息采集終端應(yīng)與其他計(jì)量裝置一樣，有輪換周期制度，但在實(shí)際運(yùn)行中，一些地市公司并沒有有效地開展這項(xiàng)工作。本身采集終端的安裝環(huán)境，尤其是一些公變終端大多都是安裝在室外，裸漏在空氣之中，遇到大風(fēng)、大雨、雷電等惡劣天氣，終端就很容易損壞，從而失去數(shù)據(jù)采集的功效。

2.6 使用部門和運(yùn)維部門之間缺乏溝通協(xié)調(diào)

電費(fèi)核算部門是用電信息采集系統(tǒng)的實(shí)際使用部門，但用電信息采集系統(tǒng)的運(yùn)維部門在很多地市公司都隸屬計(jì)量中心。對(duì)于一些小區(qū)拆遷銷戶、用戶報(bào)停、暫停的情況，作為不直接接觸用戶的計(jì)量中心是無法得知的。如果抄表人員或是客戶經(jīng)理不及時(shí)和電采運(yùn)維部門溝通，同時(shí)相關(guān)流程環(huán)節(jié)還未流轉(zhuǎn)，這種情況下，會(huì)連續(xù)有幾天采集失敗的記錄生成。其實(shí)部門之間及時(shí)溝通，運(yùn)維后臺(tái)人員可先將正在銷戶的用戶打入停用狀態(tài)，不計(jì)抄通率，這樣就不會(huì)造成采集成功率下降。

以上幾個(gè)方面是電采運(yùn)維一線的員工普遍認(rèn)為存在的問題，只要這幾個(gè)問題能夠得有效解決，用電信息采集運(yùn)維工作就不會(huì)再受到阻礙，采集成功率也會(huì)大幅度提升的。

參考文獻(xiàn)

[1]陳向群.電力用戶用電信息采集電力營(yíng)銷有問必答叢書.中國(guó)電力出版社，2012.

[2]牛春霞.電力用戶用電信息采集.2012.

作者簡(jiǎn)介

梁麗麗（1984-），女。大學(xué)本科學(xué)歷。現(xiàn)為河南省電力公司安陽供電公司助理工程師。研究方向?yàn)殡娏τ脩粲秒娦畔⒉杉?/p>

張大偉（1983-），男。大學(xué)本科學(xué)歷。現(xiàn)為河南省電力公司安陽供電公司助理工程師。研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)一次檢修。

薛志敏（1977-），女。大學(xué)本科學(xué)歷。現(xiàn)為河南省電力公司安陽供電公司工程師。研究方向?yàn)殡娏τ脩粲秒娦畔⒉杉?/p>

李紹存（1967-），男。大學(xué)本科學(xué)歷。現(xiàn)為河南省電力公司安陽供電公司工程師。研究方向?yàn)殡娏τ脩粲秒娦畔⒉杉?/p>

程亮（1983-），男。碩士研究生。現(xiàn)為河南省電力公司安陽供電公司工程師。研究方向?yàn)殡娏τ脩粲秒娦畔⒉杉?/p>

篇(5)

[關(guān)鍵詞]專題課程；知識(shí)體系；前沿技術(shù)；創(chuàng)新能力

[中圖分類號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2016）12-0141-03

專題課程是研究生課程體系的重要組成部分，是針對(duì)某一專業(yè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入的思考和分析，對(duì)學(xué)生了解學(xué)科前沿、系統(tǒng)掌握專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)具有重要意義。現(xiàn)代通信技術(shù)專題是通信與信息系統(tǒng)專業(yè)研究生的學(xué)科前沿課程，也是很多高校通信專業(yè)研究生的必修課，對(duì)于研究生建立通信系統(tǒng)知識(shí)體系和掌握通信方向的最新發(fā)展趨勢(shì)具有重要作用。[1]

因此，有必要開展現(xiàn)代通信技術(shù)專題課程教學(xué)的研究和探索，包括理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的研究、課程評(píng)價(jià)考核等方面的研究，以提高課程的教學(xué)效果，促進(jìn)學(xué)生對(duì)課程基礎(chǔ)知識(shí)的深入理解、掌握、運(yùn)用和拓展，鍛煉并提高學(xué)生學(xué)習(xí)和研究的能力。

一、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

20世紀(jì)90年代以來，隨著教育及改革的不斷推進(jìn)，各高校把豐富學(xué)生知識(shí)、提高學(xué)生分析思考、創(chuàng)新思維和動(dòng)手能力作為研究生教學(xué)改革的主要目的和目標(biāo)。[2][3]通信專題課程是通信與信息系統(tǒng)學(xué)科的前沿課程，教學(xué)較為普遍，其教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容不盡相同。

在國(guó)外，通信類專業(yè)基礎(chǔ)課多以理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)相結(jié)合的方式組織教學(xué)，其實(shí)踐環(huán)節(jié)所占比例較高；理論教學(xué)多以專題報(bào)告和技術(shù)研討專題的形式進(jìn)行[3]；實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)以課程設(shè)計(jì)為主線，在學(xué)習(xí)通信類仿真軟件和硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行有針對(duì)性的專題課程設(shè)計(jì)任務(wù)。

在國(guó)內(nèi)，通信專題課程多數(shù)由多個(gè)教師共同授課，各自介紹自己的研究領(lǐng)域，而缺乏通信系統(tǒng)層面的講述；且授課環(huán)節(jié)以理論授課為主，缺少與通信新技術(shù)匹配的實(shí)踐環(huán)節(jié)[4]，不利于學(xué)生對(duì)通信前沿技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)的掌握。而且，教學(xué)環(huán)節(jié)中仍存在諸多問題，分析如下：

（一）課程理論內(nèi)容陳舊，學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)

授課過程中本科化模式嚴(yán)重[5]，基礎(chǔ)性內(nèi)容偏多，而忽視了研究生課程更注重專業(yè)性和前沿性的特點(diǎn)，不能很好地適應(yīng)研究生培養(yǎng)的要求。在學(xué)習(xí)過程中，仍然是以教師為主的授課模式，學(xué)生在教學(xué)環(huán)節(jié)中始終處于被動(dòng)接受的地位。另外，學(xué)習(xí)內(nèi)容偏重專業(yè)基礎(chǔ)，學(xué)生不感興趣，缺乏學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

（二）理論知識(shí)不成體系

專題課程一般是教師介紹自己的研究領(lǐng)域，對(duì)于一個(gè)大的學(xué)科而言，研究方向很多，各個(gè)專題分屬獨(dú)立的研究方向，缺乏系統(tǒng)性。學(xué)生無法將各個(gè)獨(dú)立的專題和整個(gè)學(xué)科系統(tǒng)地聯(lián)系起來。

（三）研究生動(dòng)手能力得不到鍛煉，理論基礎(chǔ)和實(shí)踐解決問題能力培養(yǎng)脫節(jié)

專題課程90%以上以理論授課為主，缺乏與專題對(duì)應(yīng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，課程的研究成分較少。因此，研究生的研究主動(dòng)性沒有激發(fā)出來，研究能力得不到很好的鍛煉。[6]

基于此，需開展基于知識(shí)體系構(gòu)建的專題課程教學(xué)改革實(shí)踐與探索。以現(xiàn)代通信技術(shù)專題為例，要改變以往的以單純經(jīng)典通信理論教學(xué)為主或單純進(jìn)行新技術(shù)講解而忽視整個(gè)通信理論知識(shí)體系構(gòu)建，忽略激發(fā)研究生的研究興趣和提高其研究能力的鍛煉過程的做法，而以數(shù)字通信系統(tǒng)知識(shí)框架為基礎(chǔ)，采用專題授課模式，幫助學(xué)生建立完整的通信知識(shí)體系。同時(shí)，在各專題基本理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，要進(jìn)行擴(kuò)展性教學(xué)，引入對(duì)應(yīng)通信專題技術(shù)的發(fā)展前沿技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)，在開闊學(xué)生視野的同時(shí)進(jìn)一步鞏固其對(duì)通信專業(yè)知識(shí)的理解。并在理論教學(xué)過程中采用引導(dǎo)式、互動(dòng)式、啟發(fā)式等教學(xué)方法，加強(qiáng)課堂教學(xué)的效果。將理論環(huán)節(jié)和實(shí)踐環(huán)節(jié)相結(jié)合、課內(nèi)教學(xué)和課外自學(xué)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)掌握基本理論、了解前沿技術(shù)和實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)等三個(gè)層次的課程學(xué)習(xí)。

二、構(gòu)建知識(shí)體系的專題教學(xué)模式研究和探索

《教育部關(guān)于改進(jìn)和加強(qiáng)研究生課程建設(shè)的意見》指出，要優(yōu)化課程內(nèi)容，注重前沿引領(lǐng)和方法傳授。根據(jù)學(xué)科發(fā)展、人才需求變化和課程實(shí)際教學(xué)效果，及時(shí)調(diào)整和凝練課程內(nèi)容，加大課程的教學(xué)訓(xùn)練強(qiáng)度。[7]因此在專題課程的教學(xué)模式研究和探索的過程中，要采取一系列改革措施，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)創(chuàng)新過程的理解，著力培養(yǎng)研究生的知識(shí)獲取能力和解決實(shí)際問題的能力。

（一）教學(xué)內(nèi)容上實(shí)現(xiàn)前沿技術(shù)與通信系統(tǒng)基本框架對(duì)接

改變以往專題課程中各個(gè)專題內(nèi)容各不相關(guān)的情況，結(jié)合專業(yè)研究方向，形成一個(gè)主體系統(tǒng)。按照系統(tǒng)的工作過程或工作原理，將整個(gè)系統(tǒng)分為若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的功能模塊。在此基礎(chǔ)上，引入各功能模塊相關(guān)的前沿技術(shù)專題，讓學(xué)生不僅了解到相關(guān)的前沿技術(shù)，也能夠掌握該技術(shù)在整個(gè)專業(yè)體系中的作用，從而形成系統(tǒng)性的授課內(nèi)容。

同時(shí)，在教學(xué)內(nèi)容的選擇上，改變以往的基礎(chǔ)性、理論性為主的教學(xué)內(nèi)容，根據(jù)當(dāng)前的研究熱點(diǎn)和前沿技術(shù)開展專業(yè)性、創(chuàng)新性的培養(yǎng)。每一個(gè)專題都包括經(jīng)典理論構(gòu)建、關(guān)鍵問題突破和前沿研究進(jìn)展等研究?jī)?nèi)容，形成從基礎(chǔ)到專業(yè)，從理論到應(yīng)用的專題內(nèi)容。

（二）課程結(jié)構(gòu)上將實(shí)踐環(huán)節(jié)作為重要一環(huán)

在以往的教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師都是采用純理論授課的教學(xué)模式，學(xué)生僅僅對(duì)課堂講解的理論內(nèi)容有所了解，而無法學(xué)習(xí)與專題課程相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。理論與實(shí)踐環(huán)節(jié)嚴(yán)重脫節(jié)，不能滿足研究生創(chuàng)新能力和發(fā)展能力的培養(yǎng)目標(biāo)。因此，在專題內(nèi)容理論授課結(jié)束后，設(shè)置相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)的模型設(shè)計(jì)和仿真實(shí)現(xiàn)，并在課堂上交流和演示自己的實(shí)現(xiàn)方案，能讓學(xué)生在提升專業(yè)素養(yǎng)的同時(shí)，也鍛煉了解決實(shí)際問題的能力。

（三）教學(xué)方法采用多種方法緊密結(jié)合

在研究生教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師多以講授式為主要的教學(xué)方法，學(xué)生的積極性、主動(dòng)性不容易發(fā)揮。因此，在專題授課過程中，應(yīng)采用引導(dǎo)式教學(xué)、研討式教學(xué)和案例式教學(xué)等多種教學(xué)方法相結(jié)合的教學(xué)方法。

整個(gè)教學(xué)過程不再是學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)，而是教師主導(dǎo)，學(xué)生參與。由教師根據(jù)專題內(nèi)容設(shè)置一定的課題，由學(xué)生自主學(xué)習(xí)完成方案論證和關(guān)鍵技術(shù)的仿真實(shí)現(xiàn)，這能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升其自主學(xué)習(xí)能力。

三、基于現(xiàn)代通信技術(shù)專題的知識(shí)體系專題授課模式研究和探索

結(jié)合我校教學(xué)指導(dǎo)思想，研究生專業(yè)課教學(xué)改革的需求和通信專業(yè)的特點(diǎn)，以現(xiàn)代通信技術(shù)專題課程為基礎(chǔ)，學(xué)院開展了基于知識(shí)體系構(gòu)建的專題課程教學(xué)改革實(shí)踐和探索，主要對(duì)課程教學(xué)體系進(jìn)行研究，包括以下三個(gè)方面。

（一）整合理論教學(xué)內(nèi)容，開展系統(tǒng)性教學(xué)

以數(shù)字通信系統(tǒng)知識(shí)框架為基礎(chǔ)，建立基于知識(shí)體系的授課模式，并結(jié)合目前通信技術(shù)的前沿理論和技術(shù)，開展系統(tǒng)性和研究性的理論教學(xué)體系。

1. 構(gòu)建現(xiàn)代通信技術(shù)知識(shí)體系的基本理論

結(jié)合數(shù)字通信系統(tǒng)的基本組成和數(shù)字通信實(shí)現(xiàn)過程，將理論授課內(nèi)容分為：信源編碼、信道編碼專題、數(shù)字調(diào)制專題、無線信道專題、多址技術(shù)專題、分集和均衡技術(shù)專題等。基本理論部分，主要介紹各專題的主要原理以及技術(shù)發(fā)展過程中出現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，以信道編碼為例，基本理論部分主要學(xué)習(xí)信道編碼的意義、基本原理，以及在信道編碼技術(shù)發(fā)展過程中起著關(guān)鍵作用的線性分組碼、卷積碼和級(jí)聯(lián)碼的基本實(shí)現(xiàn)過程。具體的基本理論框架及關(guān)鍵技術(shù)如圖1所示：

2. 加強(qiáng)前沿技術(shù)研究擴(kuò)展教學(xué)

結(jié)合現(xiàn)代通信技術(shù)的基本理論框架，將數(shù)字通信技術(shù)中的前沿技術(shù)融合到通信系統(tǒng)框架中。比如將噴泉碼作為信道編碼專題的前沿技術(shù)擴(kuò)展，將協(xié)作通信加入到分集和均衡技術(shù)專題中，讓學(xué)生在接收前沿技術(shù)的同時(shí)，能夠清晰認(rèn)識(shí)到該技術(shù)的特點(diǎn)、在通信系統(tǒng)中的作用，為后續(xù)的研究打好基礎(chǔ)。各專題基本理論與前沿技術(shù)的擴(kuò)展如圖2所示：

以上兩部分構(gòu)成了課程理論教學(xué)的主要內(nèi)容。在理論教學(xué)中，以教師授課，學(xué)生自學(xué)為主，采用引導(dǎo)式、互動(dòng)式、啟發(fā)式等教學(xué)方法，講授現(xiàn)代通信技術(shù)中的基本理論、關(guān)鍵技術(shù)及其在通信技術(shù)發(fā)展過程中出現(xiàn)的前沿技術(shù)。當(dāng)然，具體的教學(xué)內(nèi)容可以根據(jù)當(dāng)前通信技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)調(diào)整，也可以擴(kuò)展補(bǔ)充通信技術(shù)發(fā)展過程中的其他一些前沿技術(shù)，例如計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融合產(chǎn)生的一些相關(guān)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等。

（二）加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，開展研究型教學(xué)

研究生培養(yǎng)的主要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)獲取能力、獨(dú)立研究能力和解決實(shí)際問題的能力，如果僅僅停留在理論學(xué)習(xí)上，就不可能很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，研究能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)更無從談起。因此，實(shí)踐環(huán)節(jié)是研究生教學(xué)中必要的補(bǔ)充。要將通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)作為課程的重要一環(huán)，開展研究型教學(xué)，加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)。

結(jié)合現(xiàn)代通信技術(shù)基本理論和前沿技術(shù)，以提高學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的研究能力為目標(biāo)，設(shè)定前沿技術(shù)中的一些關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)問題，讓學(xué)生利用課余時(shí)間進(jìn)行調(diào)研學(xué)習(xí)，完成關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)模型設(shè)計(jì)和算法流程，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證并與所學(xué)理論內(nèi)容進(jìn)行對(duì)照和驗(yàn)證，然后在研討課上進(jìn)行講解和展示。在鍛煉學(xué)生解決實(shí)際問題能力的同時(shí)，也鍛煉和提高他們團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。實(shí)踐教學(xué)流程如圖3所示：

（三）創(chuàng)新考核方式，建立綜合評(píng)價(jià)體系

改變單純以報(bào)告結(jié)課的評(píng)價(jià)方式，加強(qiáng)對(duì)研究生基礎(chǔ)知識(shí)、創(chuàng)新性思維和發(fā)現(xiàn)問題、解決問題能力的考查，突出實(shí)踐動(dòng)手能力和知識(shí)運(yùn)用能力，建立綜合評(píng)價(jià)體制。以創(chuàng)新人才培養(yǎng)為目標(biāo)，重視教學(xué)過程考核，加強(qiáng)考核過程與教學(xué)過程的緊密結(jié)合；同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)研究生基礎(chǔ)知識(shí)、創(chuàng)新性思維和發(fā)現(xiàn)問題、解決問題能力的考查。

1. 將課程學(xué)習(xí)過程計(jì)入評(píng)價(jià)體系中

重視教學(xué)過程考核，加強(qiáng)考核過程與教學(xué)過程的緊密結(jié)合。每個(gè)專題學(xué)習(xí)后都要求學(xué)生設(shè)計(jì)其關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方案。這既考核了學(xué)生對(duì)該模塊基本理論的掌握情況，又能夠鍛煉學(xué)生獲取知識(shí)的能力。

2.將課外實(shí)踐環(huán)節(jié)作為評(píng)價(jià)考核的重要一環(huán)

加強(qiáng)能力素質(zhì)考核，將實(shí)踐環(huán)節(jié)納入課程評(píng)價(jià)體系中。在課程學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生任選一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，按照設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方案完成軟件仿真。在加強(qiáng)方法學(xué)習(xí)和訓(xùn)練的同時(shí)，培養(yǎng)其獨(dú)立研究能力和解決實(shí)際問題能力。

3.將學(xué)生作為課程評(píng)價(jià)體系中的重要組成部分

在課程評(píng)價(jià)過程中尊重學(xué)生的主體地位。在研討環(huán)節(jié)中，學(xué)生對(duì)自己完成的關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)部分進(jìn)行交流和討論，并將此部分作為課程考核體系的一部分。考核由學(xué)生和教師共同完成。讓學(xué)生在此過程中能夠很好地學(xué)習(xí)他人的研究思路和研究方法，在一定程度上能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

四、總結(jié)

結(jié)合課程教學(xué)改革，對(duì)現(xiàn)代通信技術(shù)專題課程進(jìn)行教學(xué)研究探索。結(jié)合通信系統(tǒng)框架，將前沿技術(shù)融合其中，并對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)加以軟件仿真實(shí)現(xiàn)，讓學(xué)生能夠從系統(tǒng)的角度來理解前沿技術(shù)的先進(jìn)性、實(shí)用性、在現(xiàn)代通信技術(shù)中的重要性及其缺點(diǎn)，明確下一步的發(fā)展方向，實(shí)現(xiàn)了前沿技術(shù)與通信系統(tǒng)的對(duì)接。通過問卷調(diào)查和座談?wù){(diào)研，參與課程學(xué)習(xí)的學(xué)生都認(rèn)為課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，能夠滿足他們的學(xué)習(xí)興趣和專業(yè)發(fā)展的需求，達(dá)到既掌握基本理論，又培養(yǎng)了知識(shí)獲取能力、獨(dú)立研究能力和解決實(shí)際問題能力的目的。

當(dāng)然，專題課程的教學(xué)改革過程中還會(huì)存在一些問題，需要在教學(xué)過程中進(jìn)行探索和實(shí)踐，例如個(gè)別學(xué)生的研究方向是信號(hào)處理方向，在下一步的教學(xué)過程中需要對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行相關(guān)調(diào)整。

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篇(6)

關(guān)鍵詞：無線收發(fā)模塊; 單片機(jī); 中繼器； 傳輸距離

中圖分類號(hào)：

TN925-34

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-373X(2012)05

-0137

-04

Application of wireless rescue system in subway station

GAO Feng, NIU Guo-zhu

(Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China)

Abstract：

In order to make the transmission of passengers′ rescue information fast and reliable, and convenient for installing and maintening the system, a MCU controlled wireless transmission module was used to send and receive rescue information, and repeaters were added between wireless transceiver modules to increase the transmission distance. The attenuation of wireless signal in the subway environment is analyzed and a kind of wireless passengers′ rescue system is designed. The system can meet the transmission of passengers′ rescue in the environment of subway station.

Keywords： wireless transceiver module; MCU; repeaters; transmission distance

收稿日期：2011-11-30

0 引 言

隨著中國(guó)城市的快速發(fā)展，地鐵在現(xiàn)代城市公交中起著日益重要的作用。地鐵站自動(dòng)/自助設(shè)備眾多，在為乘客提供服務(wù)的同時(shí)不可避免地也會(huì)出現(xiàn)各種故障。為了便于向乘客提供高效快速的服務(wù)，地鐵車站都配置乘客求助服務(wù)系統(tǒng)。

有線乘客求助系統(tǒng)由于需要布線，施工復(fù)雜，不利于靈活設(shè)置。無線乘客求助系統(tǒng)可靈活方便配置，施工簡(jiǎn)單，但存在通信距離不足，抗干擾能力弱的缺點(diǎn)。本文基于無線收發(fā)模塊、單片機(jī)和中繼器設(shè)計(jì)了適用于地鐵站內(nèi)環(huán)境的無線乘客求助系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)介紹

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

地鐵無線乘客求助系統(tǒng)主要由車站計(jì)算機(jī)、管理終端、中繼器、求助終端組成。車站計(jì)算機(jī)與管理終端安裝于地鐵站控制室，求助終端安裝于地鐵站內(nèi)有可能需要乘客求助服務(wù)的設(shè)備或者建筑物上，中繼器則安裝于管理終端與求助終端間以放大并傳遞無線信號(hào)。

1.2 系統(tǒng)工作原理

地鐵無線乘客求助系統(tǒng)由安裝于車站控制室的一臺(tái)車站計(jì)算機(jī)、一臺(tái)管理終端和分布在車站各處的多臺(tái)求助終端構(gòu)成。當(dāng)乘客需要求助時(shí)按下一臺(tái)求助終端的求助按鈕，此時(shí)安裝于求助終端上的求助信號(hào)燈由暗變?yōu)槌Ａ帘硎厩笾盘?hào)已經(jīng)發(fā)出。求助信號(hào)以無線方式傳送至管理終端，管理終端接收到求助信息后將其以有線方式傳送至車站計(jì)算機(jī)并由車站計(jì)算機(jī)顯示發(fā)送求助信息的求助終端的編號(hào)。車站管理人員點(diǎn)擊車站計(jì)算機(jī)上的求助響應(yīng)按鈕對(duì)求助信息進(jìn)行響應(yīng)，響應(yīng)信息以有線方式傳送至管理終端再通過無線方式傳送至求助終端，此時(shí)求助終端上的求助信號(hào)燈由常亮變?yōu)殚W爍表示求助信號(hào)已被響應(yīng)，乘客只需等待工作人員前來處理問題。

無線求助系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

要滿足無線乘客求助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)各部分需要具備以下功能：

車站計(jì)算機(jī)：系統(tǒng)監(jiān)控虛擬儀器，顯示各求助終端編號(hào)、分布及實(shí)時(shí)狀態(tài)；求助響應(yīng)按鈕和全體響應(yīng)按鈕，對(duì)相應(yīng)求助終端的求助信號(hào)或所有求助信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)；求助清除按鈕和全體清除按鈕，對(duì)相應(yīng)求助終端的求助信號(hào)或所有求助信號(hào)進(jìn)行清除；系統(tǒng)狀態(tài)檢查按鈕，檢查所有求助終端是否處于正常工作狀態(tài)。

管理終端：接口模塊，與車站計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信；無線收發(fā)模塊，與求助終端進(jìn)行通信；微控制器，控制串行接口與無線收發(fā)模塊的工作并傳輸和存儲(chǔ)相關(guān)信息。

求助終端：求助按鈕，供乘客求助時(shí)使用；求助指示燈，提示乘客求助是否被響應(yīng)；無線收發(fā)模塊，與管理終端進(jìn)行通信；微控制器，控制按鈕、指示燈及無線收發(fā)模塊的工作并存儲(chǔ)和傳輸相關(guān)信息。

地鐵無線乘客求助系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。

2.1 求助終端設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)功能要求，求助終端選用無線收發(fā)模塊nRF905。 nRF905是挪威Nordic VLSI公司推出的單片射頻收發(fā)器,工作電壓為1.9～3.6 V,32引腳QFN封裝(5 mm×5 mm),工作于433/868/915 MHz三個(gè)ISM(工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué))頻道,頻道之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間小于650 μs。nRF905由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器組成,不需外加聲表濾波器,ShockBurst工作模式,自動(dòng)處理字頭和CRC(循環(huán)冗余碼校驗(yàn)),使用SPI接口與微控制器通信,配置非常方便。此外,其功耗非常低,以10 dBm的輸出功率發(fā)射時(shí)電流只有30 mA,工作于接收模式時(shí)的電流為12.5 mA,內(nèi)建空閑模式與關(guān)機(jī)模式,易于實(shí)現(xiàn)節(jié)能\[1\]。nRF905有4種工作模式，如表1所示。

SPI接口由SCK,MISO,MOSI以及CSN組成。功能分別為SPI時(shí)鐘,SPI輸出,SPI輸入,SPI片選。

狀態(tài)輸出接口有提供載波檢測(cè)輸出的CD,地址匹配輸出的AM,數(shù)據(jù)就緒輸出的DR。

單片機(jī)的相應(yīng)引腳與無線收發(fā)模塊nRF905、求助按鈕、求助信號(hào)燈相連接并控制其工作，組成求助終端。

2.2 管理終端設(shè)計(jì)

由于管理終端除了要完成求助終端一樣的無線信息傳輸功能外，還要完成與計(jì)算機(jī)的有線信息傳輸。所以管理終端在求助終端的基礎(chǔ)上又增加了一片單片機(jī)與接口模塊。本文采用標(biāo)準(zhǔn)RS 232C 接口模塊,采用MAXIM公司生產(chǎn)的MAX232A芯片將微單片機(jī)的TTL電平與計(jì)算機(jī)串口標(biāo)準(zhǔn)RS 232C電平進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換\[2\]。

2.3 中繼器的使用分析

地鐵站是一個(gè)環(huán)境復(fù)雜的公共場(chǎng)所，其中建筑物多，各種射頻設(shè)備干擾復(fù)雜，無線傳輸模塊發(fā)送的信號(hào)經(jīng)過衰減和干擾后很難可靠傳送，經(jīng)過試驗(yàn)，10 dBm的發(fā)射功率其可靠通信距離只有30~40 m左右，而地鐵站長(zhǎng)達(dá)數(shù)百米。要實(shí)現(xiàn)可靠的無線數(shù)據(jù)通信，可采用以下兩種方案實(shí)現(xiàn):

方案一:通過增加無線發(fā)射的功率實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸。

方案二:通過增設(shè)無線中繼器拓展傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。

方案二相比于方案一有功耗低，對(duì)人體健康影響小，對(duì)地鐵站內(nèi)其他設(shè)備干擾小的優(yōu)點(diǎn)。所以本文選擇中繼器用來延長(zhǎng)無線傳輸距離。

自由空間傳播時(shí)的無線通信距離的計(jì)算方法：天線周圍為無限大真空時(shí)的電波傳播，它是理想條件。電波在自由空間傳播時(shí)，其能量既不會(huì)被障礙物所吸收，也不會(huì)產(chǎn)生反射或散射。通信距離與發(fā)射功率、發(fā)射頻率和接收靈敏度的關(guān)系式：

Los=32.44+20lg d+20lg f

(1)

式中:Los表示傳輸損耗，單位:dB；

d為傳輸距離，單位:km；

f為載波頻率，單位:MHz。

由式(1)可見，自由空間中電波傳播損耗(亦稱衰減)只與工作頻率f和傳播距離d有關(guān)，當(dāng)傳輸損耗一定時(shí)，載波頻率越低，傳輸距離越遠(yuǎn)，所以本文選擇nRF905工作頻率為433 MHz。

本文中無線收發(fā)模塊nRF905的工作頻率為433.92 MHz，發(fā)射功率為+10 dBm(10 mW)，接收靈敏度為-100 dBm。由此可得:

Los=110 dB

由式(1)計(jì)算可得，在自由空間傳播時(shí)的無線通信距離d=30 km。

這是在室外無任何障礙物和干擾源的情況下的理想傳輸距離，而在地鐵站中中，無線信號(hào)強(qiáng)度在遇到傳播途徑中的大氣、建筑物等影響因素時(shí)都會(huì)衰減，從而大大降低了無線信號(hào)的傳輸距離。當(dāng)衰減大于25 dB時(shí)，nRF905的有效傳輸距離將小于100 m。

在室內(nèi)無線通信時(shí)，電磁波會(huì)受到墻壁、門窗等阻擋物的衰減，在工程應(yīng)用中可按表2選取衰減值\[3\]。經(jīng)過在地鐵站內(nèi)的實(shí)際觀察，參考表2可得出地鐵站內(nèi)對(duì)無線信號(hào)的衰減將在25 dB左右甚至超過25 dB，所以管理終端和求助終端之間至少需要使用一臺(tái)中繼器。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件抗干擾設(shè)計(jì)

地鐵站內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，干擾源眾多，會(huì)對(duì)地鐵無線乘客求助系統(tǒng)信息的準(zhǔn)確傳輸產(chǎn)生影響。通過軟件控制系統(tǒng)的工作流程，可以有效減弱系統(tǒng)所受到的干擾。

地鐵無線求助系統(tǒng)的工作流程如下：

(1) 管理終端通過無線收發(fā)模塊向第一臺(tái)求助終端發(fā)送上傳乘客求助信號(hào)的命令。

(2) 如果第一臺(tái)求助終端有乘客求助申請(qǐng)，則求助終端向管理終端發(fā)出求助申請(qǐng)信號(hào)。如果第一臺(tái)求助終端沒有乘客求助申請(qǐng)，則返回第一步向第二臺(tái)求助終端發(fā)送上傳乘客求助信號(hào)的命令。

(3) 管理終端接到第一臺(tái)求助終端發(fā)送的乘客求助申請(qǐng)信號(hào)后，發(fā)出批準(zhǔn)信號(hào)。

(4) 第一臺(tái)求助終端接收到批準(zhǔn)信號(hào)后，將存儲(chǔ)在其寄存器中的乘客求助信息發(fā)送至管理終端。

(5) 管理終端接收到第一臺(tái)求助終端的乘客求助信息后將其存儲(chǔ)至寄存器，并返回第一步向第二臺(tái)求助終端發(fā)出上傳乘客求助命令信號(hào)。

(6) 管理終端完成一次對(duì)所有求助終端的掃描，再將其寄存器中的乘客求助信息通過串行接口傳送至計(jì)算機(jī)。

(7) 求助終端則利用掃描間隙接收乘客求助按鈕發(fā)出的乘客求助信息并將其存至求助終端寄存器。

3.2 管理終端軟件設(shè)計(jì)

管理終端開機(jī)便進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入掃描求助終端狀態(tài)。當(dāng)接收到乘客求助請(qǐng)求信號(hào)后，便發(fā)出批準(zhǔn)信號(hào)，收到乘客求助信息后便將乘客求助信息存入寄存器，并繼續(xù)掃描下一臺(tái)求助終端，直至一輪掃描完成后，將乘客求助信息傳送至計(jì)算機(jī)，然后開始下一輪掃描。其工作流程如圖4所示。

3.3 求助終端軟件設(shè)計(jì)

求助終端開機(jī)后處于射頻接收模式，系統(tǒng)查詢掃描乘客求助按鈕，如果沒有按下則繼續(xù)等待。如果掃描到乘客求助按鈕被按下，則將乘客求助信息存入寄存器等待發(fā)送。當(dāng)接收到管理終端發(fā)送來的命令信號(hào)，則發(fā)出乘客求助信息申請(qǐng)信號(hào)并等待批準(zhǔn)信號(hào)，接到管理終端的批準(zhǔn)信號(hào)后發(fā)送乘客求助信息，隨后繼續(xù)掃描乘客求助按鈕。其工作流程如圖5所示。

4 結(jié) 語

本設(shè)計(jì)在原有無線通信系統(tǒng)上針對(duì)無線收發(fā)模塊進(jìn)行了無線信號(hào)在地鐵站環(huán)境中的衰減分析，先從理論上證明了無線收發(fā)模塊在地鐵站內(nèi)的有效傳輸距離會(huì)大大減小甚至不足百米。通過在空曠環(huán)境和地鐵站內(nèi)對(duì)本系統(tǒng)的測(cè)試，驗(yàn)證了理論分析的可行性，站內(nèi)環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的衰減嚴(yán)重。本設(shè)計(jì)討論了解決方案并最終選擇使用中繼器延長(zhǎng)無線收發(fā)模塊的傳輸距離。該無線

乘客求助系統(tǒng)在其他復(fù)雜環(huán)境公共場(chǎng)所同樣適用。

參 考 文 獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：

高 峰 男,1987年出生，陜西人，碩士。主要研究方向?yàn)闇y(cè)試計(jì)量技術(shù)及儀器。

牛國(guó)柱 男,1969年出生，江蘇人，碩士，副教授。主要研究方向?yàn)闇y(cè)試計(jì)量技術(shù)及儀器。

(上接第136頁(yè))

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作者簡(jiǎn)介：

鞏元鵬 男，1986年出生，山東新泰人，碩士研究生。主要研究方向?yàn)榍度胧椒较蚝蛿?shù)字家庭關(guān)鍵技術(shù)研究。

篇(7)

【關(guān)鍵詞】防盜 智能口袋 機(jī)器學(xué)習(xí)

通過多傳感器數(shù)據(jù)信息采集以及分析，運(yùn)用無線通信傳輸系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警功能的實(shí)時(shí)連接，獲得用戶交互系統(tǒng)以及信息存儲(chǔ)系統(tǒng)的輔助，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其物品安全防范的功能。

1 設(shè)計(jì)的意義

1.1 探測(cè)靈敏度高

防盜系統(tǒng)的核心是探測(cè)器，針對(duì)目前很多產(chǎn)品不能獲得靈敏預(yù)報(bào)的問題。選擇多傳感器裝置進(jìn)行多角度的物品數(shù)據(jù)信息的檢測(cè)，并進(jìn)行監(jiān)督式的機(jī)器學(xué)習(xí)算法的建立，進(jìn)而解決傳統(tǒng)產(chǎn)品探測(cè)靈敏度不高的問題。

1.2 報(bào)警直觀度優(yōu)良

市面很多產(chǎn)品的報(bào)警器設(shè)計(jì)存在不合理的問題，待機(jī)和檢測(cè)的時(shí)間偏低。因此，本次設(shè)計(jì)針對(duì)報(bào)警裝置采用了腕式顯示器振動(dòng)方式，讓手環(huán)和口袋獲得了聯(lián)系，極大的提高抗干擾性以及實(shí)時(shí)性。

1.3 通用型較強(qiáng)

市場(chǎng)上的很多產(chǎn)品受到距離、內(nèi)部物品大小、外界環(huán)境影響等因素較大。因此，本次設(shè)計(jì)采用了抗環(huán)境干擾特點(diǎn)，并選擇節(jié)能環(huán)保材料，讓成本以及便攜度都獲得了顯著的提升，極大的提高了社會(huì)使用價(jià)值。

2 硬件總體方案

本次設(shè)計(jì)主要分為腕式顯示交互部分以及智能口袋部分進(jìn)行整體的組成，并劃分出七個(gè)主體模塊。為主要分為電源模塊，控制與接口模塊，傳感器與信息采集系統(tǒng)模塊，顯示與用戶交互模塊，通信模塊，預(yù)警提醒模塊和信息存儲(chǔ)模塊。應(yīng)用鋰離子可從點(diǎn)電池提供電能，選擇多傳感器方式進(jìn)行信息的獲取和模塊的處理。

3 口袋外觀與硬件位置分布設(shè)計(jì)

選擇可拆卸的功能呢設(shè)計(jì)，運(yùn)用魔術(shù)貼方式進(jìn)行口袋黏著性的提高。并針對(duì)不同模塊在口袋中的分布情況進(jìn)行了合理的及，紅外傳感器進(jìn)行了人手進(jìn)入位置的安置。并把其他相應(yīng)的模塊裝置設(shè)計(jì)在口袋底部，提高穩(wěn)定性以及防止掉落的安全性。

4 硬件方案

4.1 電源部分

采用鋰電池供電，電源輸入采用Micro-USB接口輸入，經(jīng)過LM1117-3.3給主控單片機(jī)穩(wěn)壓以3.3V優(yōu)質(zhì)電壓供電，稱重模塊采用鋰電池直接輸入的5V電壓進(jìn)行供電。

4.2 控制模塊

控制模塊分為兩個(gè)部分，一個(gè)是智能口袋的部分，一個(gè)是腕式顯示器的部分。采用了基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的STM32F103系列微控制器，該微控制器基于32位的ARM內(nèi)核，具有72MHz的強(qiáng)勁運(yùn)算性能，并且采用了具有獨(dú)立的指令總線和數(shù)據(jù)總線的哈佛結(jié)構(gòu)，可以同時(shí)進(jìn)行取指和數(shù)據(jù)讀寫操作，從而提高了處理器的運(yùn)行性能，避免了單一總線引起的沖突。

4.3 傳感器與信息采集模塊

采集智能口袋內(nèi)的壓力傳感器所獲得的物品壓力參數(shù)以及加速度與陀螺儀傳感器所提供的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)，結(jié)合紅外傳感器和超聲波傳感器，通過使用有監(jiān)督式機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)多傳感器信息進(jìn)行處理，判斷口袋內(nèi)物品是否丟失，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)等。采用1Kg的稱重傳感器。在通信模塊上，本項(xiàng)目選擇藍(lán)牙4.0協(xié)議中的低功耗規(guī)范（Bluetooth 4.0 LE）作為本設(shè)備的無線通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)以藍(lán)牙的方式接收與發(fā)送信息。最后，預(yù)警提醒模塊主要位于手環(huán)部位，用于在物品丟失或被盜時(shí)提供及時(shí)的報(bào)警，由蜂鳴器和震動(dòng)馬達(dá)兩個(gè)部分組成，在物品丟失或被盜時(shí)提供及時(shí)的報(bào)警。

5 軟件設(shè)計(jì)方案

5.1 軟件程序運(yùn)行流程

本次設(shè)計(jì)的軟件主要包括口袋內(nèi)的數(shù)據(jù)采集處理部分和腕表顯示控制兩個(gè)部分構(gòu)成。

5.2 Supervised Learning有監(jiān)督式機(jī)器學(xué)習(xí)算法

在有監(jiān)督式機(jī)器學(xué)習(xí)算法中，輸入的數(shù)據(jù)被稱為訓(xùn)練數(shù)據(jù)。一個(gè)模型需要通過一個(gè)訓(xùn)練過程，在這個(gè)過程中進(jìn)行預(yù)期判斷，如果錯(cuò)誤了再進(jìn)行修正，訓(xùn)練過程一直持續(xù)直至訓(xùn)練數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)期的精確性。人在行走過程中會(huì)有上下的豎直加速度，MCU獲得的壓力傳感器的壓力數(shù)據(jù)會(huì)進(jìn)行上下波動(dòng)。

6 總結(jié)

綜上所述，本次設(shè)計(jì)合理和簡(jiǎn)潔，產(chǎn)品具有廣闊的開發(fā)應(yīng)用前景。本產(chǎn)品可拆卸以和其他多種產(chǎn)品配合使用，攜帶輕便，節(jié)能環(huán)保，同時(shí)具有一定的美觀作用，適合廣大人群使用，符合當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)。可以有效的解決日常生活中的偷盜問題。

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作者簡(jiǎn)介

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余[（1997-），女，安徽省合肥市人。在讀本科生，研究方向?yàn)橥ㄐ殴こ獭?/p>

董士洋（1997-），男，安徽省合肥市人。在讀本科生，研究方向?yàn)橥ㄐ殴こ獭?/p>

吳耀軍（1996-），男，浙江省麗水市人。在讀本科生，研究方向?yàn)橥ㄐ殴こ獭?/p>