单片机远距离通信

单片机远距离通信（精选六篇）

单片机远距离通信 篇1

关键词：串行通信,远程数据通信,主从式通信,调制解调器

1 概述

随着工业控制领域中计算机技术的广泛应用,数据通信技术已深入应用到各行各业之中。现行的诸多控制系统,不仅需要从外部输入一些必要的信息,同时也会向外部输出自身的运行参数和状态。所以通常情况是将众多设备有机地连成一体,构成控制网络,保证整个系统安全地运行,就势在必行。而单片机所控制的往往只是整个系统的一个基本单元,因此单片机控制已越来越难以满足设备控制的要求。目前,RS-485总线的使用是我国应用的现场总线中,最为普遍。当用户要使用基于RS-232C标准的接口设备时,则必须作RS-232C和RS-485之间的电平转换。因此,在这类系统中,就需要实现应用系统功能的基础和保障,稳定、可靠、方便、快捷的数据通信便是首选。根据系统的实际工作环境条件的要求,合理设计通信软件和硬件控制电路,恰当选择通信接口和协议,就至关重要了。

2 硬件设计

2.1 采用RS-485总线实现远距离多机主从式通信

在该系统中由于各站点与主控计算机距离较远,常常在一千米以上,下位机一次采集的数据较多,单片机的实时性不高。因此,该系统选用2线RS-485总线通信方式,构成一个主从式RS-485通信应用系统。通过总线方式与主控计算机相连,各站点为单片机应用系统,主控计算机可以向各站点发布监控命令,对各站点的工作进行监控。由于该系统采用主从式结构,单片机之间不能通信,PC机可以与每一台单片机通信,而且任何时间通信都由主控机决定。

对于本系统主要由PC机、MAX232、MAX487和作为从机的80C51组成。

2.1.1 转换器MAX487

MAX487在要求通信距离为几十米至上千米时,目前广泛采用的是RS-485总线。RS-485组网具有设备简单价格低廉能进行长距离通信的特点,故在工程项目中得到了广泛的应用。在本系统中各从机选用的RS-485通信收发器芯片为MAX487,RS-485总线上允许带多个驱动器,可用于构建多点通信网络。MAX487转换器是半双工通信方式,且总线最大负载可达128台。可满足本系统的设计任务要求。因此采用MAX487转换器可以实现远距离多机主从式通信。

2.1.2 PC机的串行通信结构

PC机是本系统中的主控机,PC机通信控制原理如图1所示。

2.1.3 电平转换器MAX232

在这个系统中,用于控制用的PC机使用的是RS-232C标准,而本系统中采用的是RS-485总线标准,因此,必须对PC机串行口的RS-232C电平进行转换,转换为RS-485标准,来保证两者的一致。这种转换可以直接通过市售隔离型的RS-232/485转换器实现,也可以把RS-232C标准电平先通过MAX232转换器转换为TTL标准电平,然后再把TTL标准电平通过MAX487转换器转换为RS-485标准电平。本系统中选用MAX232转换器间接实现从RS-232C电平到RS-485标准的电平转换。

2.2 采用MODEM实现远距离多机主从式通信

数据通信就是通过二进制形式将数字﹑字母及字符等数据利用通信系统在计算机之间进行传输﹑交换和处理。数据通信可以在两台及两台以上通过通信通道(如公用电话网、载波通道、光线通道、微波通道、卫星通道)相联结的微机之间、微机与单片机之间以及单片机与单片机之间进行,单片机与微机之间利用公用电话网通过调制解调MODEM实现远程数字通信。

2.2.1 MSM7512BRS介绍MSM7512BRS由MOD1和MOD2来选择四种工作方式。

方式1:单工工作方式。当XD=0时,AO端口发送信号,其频率为2100HZ;当XD=1时,AO端口发送信号,其频率为1300HZ。接收电路模拟输入端AI和接收电路数据输出端RD与内部的电路断开。

方式2:全双工工作方式。信号的发送和接受是同时的,以75bit/s的速率发送应答信号的同时接收1200bit/s速率信号,当XD=0时频率为450HZ,当XD=1时频率为390HZ。

方式3:自检工作方式。为了检测芯片的内部功能是否正确,通常采用从XD端输入数字信号,经过集成芯片中的调制电路、发送带通滤波器和解调电路,由RD端输出数字信号的方式进行。

方式4:节能工作方式。在此工作方式时MSM7512BRS芯片的最大功耗为100uW,因此是最节能的一种工作方式。

2.2.2 MSM7512BRS在通信中的应用

MSM7512BRS调制解调芯片是单电源的,因此信号的传输方式可以分为有线和无线通信。在有线的传输方式中,传输方式的选择有两种,一种是通过电话线进行传输,一种是用专用的双线网络传输。

(1)用单片机控制并利用电话线进行信息传输。MSM7512BRS可以利用有线方式进行传输,可以根据实际需要独立设置在线上的传输信号电压以及集成电路接收信号的电压。当连接电话线时,它与电话线的接口电路由600欧姆阻抗的音频变压器外部的输入/输出电压调整电路组成。

电话线上的传输信号电压与AI和AO端口电压的关系为:

(2)MSM7512BRS芯片的XD和DE的电平都和TTL电平兼容,单片机的I/O端口P10连AOG,选择模拟输出的放大倍数:P1.1连MOD1,P1.2连MOD2,选择工作方式;芯片的自检是由P1.3连TEST,与P1.1和P1.2共同控制;MSM7512BRS发送或接受信号是由P1.4连RS来控制;接收的信号和应答的信号是否有效是由P1.5接/CD来确定的。它的具体电路如图2所示。

工作过程如下:模拟信号取自于电话线,经电容器C1滤波,再通过放大电路放大,最后传到MSM7512BRS的AI端,把模拟信号变为数字信号从RD端送到单片机80C51的RXD端。相反,由单片机80C51的TXD端把数字信号发出经过MSM7512BRS调制后,经两级放大器放大调整后,把模拟信号传到电话线上。如果不想使用音频变压器,可以选择采用专线传输的方式,这样就可以直接与传输网络相连接。

(2)用计算机控制采用电话线方式进行信号传输。

MSM7512BRS与PC机接口电路图如图3所示。系统工作时,在发送方,通过MAX1488E芯片将数据信号的RS-232C电平经将转换为TTL电平,然后通过光电隔离电路,将信号连接在MSM7512BRS的XD端进行调制,然后将调制出的FSK信号经电话线传输出去。在接收方,模拟信号由电话线输入,然后经过信号处理电路后,输出的FSK信号,经MSM7512BRS的AI端口进行解调,解调后的数字信号由MSM7512BRS的RD输出,通过光电隔离器后,再通过MAX1488E转换,将TTL电平转换为RS-232C电平,最后输入计算机进行处理。使用MSM7512BRS进行信号传输时,可以通过计算机的并行口控制调制解调芯片,实现对它进行自动控制和状态测试。

3 小结

以上介绍了两种实现主从式异步串行通信的方案,现将两种方案进行运用时的注意事项总结如下:(1)控制电路要与从机进行光电隔离,消除地线阻抗和远距离电位差对单片机的影响,切断前后电路电器上的直接关系,同时避免遭受强电击造成大面积的损坏。(2)排布通信总线时应远离高压电或动力电线路,并尽可能的不与之平行,尽可能的不让通信总线通过大功率电器电磁场合,还要尽可能避免经过易遭雷击的地方。(3)通信总线如有屏蔽层,应该把各段屏蔽层应集中于一处,进行相互联接,用电容与地相联。

参考文献

[1]何立民.单片机高级教程[M].北京:北京航空航天出版社,2001.

[2]何立民.单片机应用文集[Z].北京:北京航空航天大学出版社,1991.

影响光纤通信传输距离的因素与对策 篇2

延长光纤通信的传输距离，可以提高通信的效率以及信息传输的质量，所以，相关技术人员一定要了解与掌握影响光纤通信传输距离的因素，还要通过相关的措施降低光信号的损耗，提高信号出阿叔的质量，防止通信距离遭到限制。

延长光纤通信传输距离的方式很多，常见的是在光纤线路上增设中继器，其可以起到扩大信号的作用，而且提高了信号传输的速率，是一种较为经济的改善措施。

1.影响光纤通信传输距离的因素

光纤通信的方式应用范围比较广，在通信传输的过程中，信号的强弱影响了信息传输的质量，另外，光纤的损坏、电子器件的性能以及光网络结构的优化程度，都是影响光纤通信传输距离的重要的因素。

1.1光发送机与光接收机

光纤通信的信息载体主要是光，其传输通讯的方式主要是光纤，所以，光接收灵敏度、发送机效率以及光纤光缆线路的质量，都对光纤传输系统有着较大影响，这些因素决定了系统的中继长度。

计算光纤传输系统中继距离的公式是：

L=Ps-PR-Me-∑Ac/Af+As+Mc(km)

该公式中，Ps是指发送光功率，PR：出纤光功率即接收灵敏度。

这里减除了耦合器的衰减和色散的影响;Me：设备富余度;∑Ac：其他耦合器引起的衰减;Af：光纤的衰减系数;As：光纤固定接头的平均熔接衰减;Mc：光缆富余度。

从上述公式中可以看出，光发送机以及接收机的入纤光功率是影响光纤通信传输距离的主要因素。

1.2功率消耗情况

光纤通信系统中，光发射机的发射功率有限，而光接收机在运作的过程中会产生一定噪声，为了保证系统接收信号的质量与能力，必须保证信号光功率的稳定输出，还要降低光纤传输的损耗，这样才能避免光纤通信传输距离受到限制，才能降低功率的损耗。

当光纤系统带宽大于信号带宽时，光纤传输系统的传输距离最远，其计算公式可以表示为：

L=[Ltotal-(Lcoup+Lc+L(fm)+Lm)]/α

其中：假设光源发射的平均光信号功率为Ps，光接收机接收的最小平均光功率为PRmin，那么系统从光发射机到接收机之间允许的光功率总损耗为：

Ltotal=10lg(Ps/PRmin)

Ltotal表示光源与光纤的耦合损耗和光纤与光探测器的耦合损耗的和;Lc表示光纤之间各种连接损耗的总和;L(fm)表示由于光源和传输光纤的有限频带宽度导致的光信号强度下降的等效损耗;Lm表示光纤系统设计时留的富余量;L为传输距离，α为每公里光纤传输损耗系数;αL表示光纤的传输损耗。

光在传输过程中的各种损耗也是影响光通信系统传输距离的主要因素。

2.改善光纤通信传输距离受到限制的措施

2.1提高光发送机的性能与质量

光纤通信传输距离的大小与光发送机入纤光功率有关，所以，相关工作人员要努力改善光发送机的性能，并提高其质量，避免强光对光纤折射率的影响，还要注意对光信号相位的调整，避免光脉冲频率出现较大变化。

如果光脉冲的宽度过大，则会限制系统的带宽，进而影响光纤通信传输的距离。

为了改善光发送机的性能，相关人员必须选择码型适合的光发送机，这样可以保证在增加其他设施后，有效延长光纤传输距离。

当光纤传输距离较长，而且传输速率较高时，发送机色度色散、光纤非线性效应都会发生较为明显的物理效应，这会严重影响传输容量的增加，也会降低信号的覆盖范围。

所以，工作人员必须对光发送机的码型进行调制。

由于RZ码对光纤非线性效应有着一定免疫能力，所以改变其脉冲，则可以减小信道间的制约作用。

此外，为了尽可能利用全部的光源功率输出、延长系统传输距离，通信系统应采用外调制技术。

2.2增强光接受机的性能

光接受机是光纤通信系统中重要的设备，其可以将光纤传输后衰减的脉冲信号转变为电脉冲信号，还可以对光纤进行放大以及再生还原，使其成为标准的数字脉冲信号。

数字光接收机的输入光功率和误码率两者是互相矛盾的，因此必须对其中一个进行人为的规定，一般规定误码率为10-9.根据这一要求，就可以找到数字光接收机所接收到的最小光功率作为其性能指标，即接收灵敏度。

提高光接收机的灵敏度也可以延长光纤通信的传输距离。

色散导致脉冲展宽，当脉冲展宽超过分配给它们的时隙时，一部分脉冲能量进人相邻时隙而导致码间干扰。

而本时隙内脉冲能量降低，使判决电路的SNR降低，从而导致接收机灵敏度的恶化。

因此要尽量减小通信系统中的色散。

频率啁啾是限制广播系统性能的重要因素。

对半导体激光器进行调制时，有源区的折射率、传播常数及光脉冲的相位均发生变化，这种由调幅到调相的转换导致光谱的加宽，称为频率啁啾。

带有频率啁啾的光脉冲在色散光纤中传输时，脉冲形状将发生变化。

由于光谱移动，当脉冲在光纤中传输时，包含在脉冲啁啾分量的部分功率将逸出比特时隙。

该功率损耗降低了接收机的SNR，使灵敏度恶化。

可采用EAM和MZ-M等预啁啾调制技术来改善系统性能。

2.3减小系统传输损耗

影响系统传输距离的损耗主要有连接损耗、传输损耗和耦合损耗。

现在光纤连接器技术发展已经比较成熟，连接损耗可以忽略。

传输损耗与光纤传输损耗系数有关，可以通过选择合适的通信窗口来减小传输损耗。

光耦合器又叫光分波合波器，分波器合波器的插入损耗小、隔离度大、带内损耗平坦、带外插入损耗变化陡峭、低的偏振相关性、温度稳定性好、复用道路多等。

目前在WDM系统中使用的光分波合波器主要有阵列波导光栅(AWG)、相控阵列分波器、可调谐滤波器、干涉膜滤波器、光栅耦合器等。

3.结语

光纤通信传输是我国当前信号传输的主要方式，其传输速率比较高，而且信号覆盖面比较广，提高光纤通信传输的距离，可以有效促进通讯行业的发展。

影响光纤通信传输距离的因素很多，利用光纤放大器这一设备，可以有效延长光纤传输系统的传输距离;通过在光纤中增加中继器的方式，可以拓宽信号的覆盖率，使光网络传输体系得到更好的优化，还可以提高新型光器件的生产效率，使超长距离的通信传输成为可能。

本文对改善光纤通信传输距离受限的对策进行了介绍，希望对相关技术人员改善传输技术有所帮助。

【参考文献】

[1]李伟新，汪晓岩.P型环网结构的配电线载波组网方式研究[J].电力系统通信，(11).

[2]孙强，庞翠珠，文冀萍.一种新的实现光通信传输的系统[J].铁道学报，1995(02).

[3]龚倩，徐荣，叶小华，等.高速超长距离光传输技术[M].北京：人民邮电出版社，.

光纤通信实验教学的改革与实践【2】

摘 要： 本文从光纤通信实验课程的实际情况出发，对光纤通信实验教学进行分析和研究。

从实施情况看，需要将实验成绩、实验管理和实验手段结合起来，从而取得较好的教学效果。

关键词： 光纤通信 实验教学 实验管理 教学方法 成绩考核

1.引言

《光纤通信》是高等学校电子信息工程、通信工程等专业的专业必修课程，其目的是培养具有光纤通信理论和一定操作能力的技术人才。

该课程主要讲述光纤的传输理论、光纤通信系统的组成及工作原理、光纤通信的新技术等。

由于光纤通信以光为载体实现信息的传输，区别于传统以电信号为载体的有线通信技术，为了让学生更好地理解光纤通信的教学内容，并为以后从事相关技术工作奠定一定的基础，通常在开设理论课的同时，也会开一定课时的实验教学课程。

下面我就《光纤通信》实验教学，对教学中的一些问题进行研究和探讨。

2.光纤通信实验系统介绍

我校采用的光纤通信实验系统为RC-GT-Ⅲ(+)型光纤通信实验系统。

其系统含1310nm和1550nm两大模块，相当于一个实验箱上有两个光端机，可以独立做两个波长的光纤通信实验。

整个实验箱系统包含的模块如下：

(1)信源/信宿模块。

包括模拟信号源、固定速率数字信号源、电话接口、视频接口、计算机接口、眼图模块。

(2)编译码模块。

包括PCM编译码模块、CMI编译码模块、HDB3编译码模块各两个。

(3)时分复用/解复用模块。

包括固定速率和变速率时分复用解复用模块。

(4)光发送/接收模块。

包括1310nm和1550nm两个波长的光发送和接收模块。

(5)辅助和二次开发模块。

辅助模块包括电源、时钟模块，可以基于CPLD/FPGA进行二次开发。

该实验系统所需配套的其他设备包括20MHz通用示波器、功率计、光纤活动连接器(光纤跳线)、FC-FC型WDM波分复用器、衰减器、误码测试仪等。

3.实验内容的确定

《光纤通信》实验课实验内容是根据本学院开课情况和实验室条件确定的。

(1)开课情况。

学院通信工程和电子信息工程开通《光纤通信》理论和实验课。

通信工程专业该课程为必修课，实验课时为16课时，共8次课，电子信息工程专业该课程为8课时，4次课。

开展实验课教学时，以24～30人左右为一组同时进行一次实验。

(2)实验室条件。

光纤通信系统实验箱16套及一些配套的仪器。

没有计算机，也没有多媒体。

(3)实验内容的确定。

要让学生熟悉光纤通信的整个流程，同时熟悉各模块组成的原理。

从实验指导书提供的29个实验中，我们确定通信工程专业和电子信息工程专业各自的实验内容，如表1所示。

表1 光纤通信实验课选取的实验内容

固定速率时分复用解复用实验演示通信中的信源部分及多路的合一和分离;光纤通信线路码实验演示通信中的编码过程;P-I特性曲线实验则让学生理解激光器的工作原理和调制特性;数字模拟电光光电转换实验则让学生掌握光纤通信的整个传输过程。

对通信工程专业来说，眼图观测实验观察整个系统传输性能;波分复用实验演示波分复用在光纤的应用过程;综合性光纤通信实验将电话语音、WDM在一起完成的综合性光纤通信实验。

4.实验教学的开展

我校光纤通信课程安排在大三下学期和大四上学期。

这个时候学生不是考虑考研就是考虑工作，学习态度远不如低年级。

实验中必须考虑这个问题。

经过几年探索，笔者将实验教学、实验管理和成绩考核综合起来实施取得了较好的教学效果。

(1)将平时实验纳入实验成绩考核范围，并占据60%以上的比重。

传统实验考核方式里，学生成绩主要通过实验报告、实验考试或者二者兼顾进行评定。

平时实验成绩的比重不大，一般用来规范学生是否到课。

由于平时实验做得好坏对总成绩没有什么影响，导致多数学生平时实验时候态度随意。

针对这种情况，笔者将平时实验的成绩考核比重增加到实验总成绩的60%以上。

单片机远距离通信 篇3

1 硬件系统设计

本系统以STC89C52单片机为核心,构成一个集温度采集、处理、温度控制和显示的温度测控系统,系统硬件电路结构框图如图1所示。

利用温度传感器对温度进行实时采集,然后对采集到的温度高低进行判断和显示。数字温度传感器DS18B20测温范围为-55～125℃,固有测温误差为0.5℃,因此它不仅能对温度进行有效地测量,且可以对所需要控制的温度进行准确设置。再者,单片机只需提供一根端口线就能与诸多DS18B20通信,现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,可大大提高系统的抗干扰性。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度测控系统。

1.1 主控部分

STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能的51内核的CMOS 8位微控制器。它对经典的MCS-51内核进行了改进使其具有传统51单片机所不具备的功能。拥有灵巧的8位CPU和在线编程功能,能够为许多复杂的控制应用系统提供非常有效、灵活的解决方案,并且价格十分低廉,因此本文选择使用STC89C52单片机为系统的主控制器,实现温度值的设定和温度反馈值的采集,并据此调节I/O的输出来控制温度的值。

1.2 温度采集部分

DS18B20温度传感器与单片机进行串行通信时,仅需单片机提供一根I/O口线就可实现通信,从而简化了逻辑电路。此外,当使用一根I/O线通信时,其电源电压是以寄生方式供电的,因此,只需要将其电源(VDD)和地线(GND)端接地即可[1]。通过读DS18B20内部温度数字计数器并进行有关计数换算,可获得0.05℃～0.1℃的精度,每个DS18B20都有一个在ROM中的64位各自独有的芯片序列号,可实现多点温度的检测。因此,利用DS18B20作为远距离的温度传感器,完全可以满足设计要求。

1.3 键盘与显示电路

当单片机上电复位后,会自动读取保存在存储器中默认的温度值,并对输出温度进行控制,在实际应用中,可以根据需要通过按键对存储器中的温度值进行修改,本系统采用4个按键分别实现设定时间、温度上下限的设置和参数保存返回。本系统采用技术成熟价格低廉的1602液晶作为输出显示器,可分两行显示,每行16个字符。

1.4 温度控制部分

本系统是一个闭环控制系统,工作原理是温度传感器按照设定周期对温度进行采集,送到单片机通过控制算法算出控制量,经数模转换电路转换为模拟量后,输入到温度模糊控制器实现对温度的控制。图2是以模糊控制器为核心的温度控制系统原理框图[2],温度传感器检测过程变量y,计算误差e和控制变量u,通过D/A变换后输出到温度控制器,使y稳定在一定的范围内,实现对温度的控制。

2 温度的模糊控制[3]

将最优模糊推理方法应用于模糊PID控制,使得最优模糊推理与传统的PID控制相结合。PID控制作为最常用的控制器,有其它控制器形式无法比拟的优点,一是结构简单、可靠性高;二是控制精度大大提高;三是算法成熟,资源丰富。PID的比例算法用来控制当前误差值,积分算法可以控制过去的误差值,导数能够体现下一步误差信息的趋势。简单来说,PID控制器能够反映误差过去、现在和将来的信息。

3 软件系统设计

本系统软件由主程序、实时温度采集程序、液晶显示程序、温度控制程序、Flash ROM存储与读写程序、键盘扫描程序等组成。

4 实验结果分析

4.1 系统温度采集实验

实验的主要目的是对实验箱内的温度进行精确控制,3个温度传感器DS18B20随机放置在实验箱体内侧,为了便于较快收集到实验数据,设置采集数据的频率为20秒,从而可以达到30秒更新一次数据,采集到的温度数据通过液晶显示。记录14次液晶显示的温度数据,如表1所示。

为了证明本实验的可靠性,验证实验中温度的准确性,购买了两支高精度温度计放置于实验箱中,每20秒钟记录一次数据,表2为人工测量的温度值。

将表1的系统采集温度数据与表2的人工所测温度值对比分析可知,本系统温度控制的同比偏差小于0.1℃,温控精度很高,控制精度完全能够满足工业生产控温要求。

4.2 系统温度控制实验

设置好实验性温度参数为28.7℃,观察发现9分钟后,温控系统稳定至设定温度值。以28.7℃为标准值,温控系统稳定工作后,温度变化范围为±0.1℃。从实验结果可知,本温度控制系统响应速度较快,超调量和稳定工作点都达到了最初设计目标,能够达到工业生产温度控制的要求。

5 结语

基于单片机的温度控制系统广泛应用于工业生产,不仅能够对温度进行实时检测,还能根据设定温度值来调整控制温度。本文提出了一种基于单片机的远距离多点温度测控系统,以单片机为控制核心完成对模拟实验箱的温度测控任务,对实验箱内的温度信号进行采集与处理,利用最优模糊PID控制器对箱内温度进行控制,实验结果表明,本系统温度模糊控制精度高、具有较高的稳定性、操作简单等特点,达到工业生产中的温度控制要求,具有较大的实际应用价值。

参考文献

[1]刘亚利,敬岚,乔卫民.基于MSP430F149型单片机的智能温度控制系统[J].计算机工程与设计,2006,27(6):1062-1064.

[2]卢思祺.MCS-51单片机温度控制系统的设计[J].科技向导,2013,(17):25-30.

试析远距离光缆通信线路的防雷研究 篇4

一、分析雷电产生情况

1、雷电产生状况。

在通常情况下, 物质本身质量过重, 而且这样的物质到直接抵达云层的底部, 那这样的物质带有的就是负电荷, 而物质的质量过轻, 在云层上端的位置稳定下来, 这样的物体带有的电荷就是正电荷。在这种现象中, 如果同性的电荷聚集在一起的时候, 就会形成一个带点的中心, 当存在于带电中心的空气被巨大的电场所袭击的时候, 就会形成我们口中所说的雷电。当那些带有负电荷的云层一点点的贴近地面的时候, 地面上的金属或者是其他的突出物就会被吸引生成正电荷。而当此时电磁场若是增强的话, 雷云倾向下方产生一种下行先导, 相应的地面上就会产生向上的闪流, 这二者一旦相碰就会发生对地电流, 进而为通信线路带来相应的影响和破坏。

2、光缆通信线路被雷击的原因。

我们就光纤来说, 其本身是没有导电的性能的, 并且还可以躲避电流的击中, 可是会受到周边金属或者是人为因素, 自然灾害等的影响, 进而被电流所击中。从现实中来看, 为减少这一现象的发生, 通常都会在光缆的外表面加固金属装层, 加强铜线这样的金属导体, 等电力线靠近短路或者是雷将击中光缆所带的金属件的时候, 这些金属导体可以有一定的感应能力, 当所感应到的电流的是交流的时候, 这就会给光缆通信线路的设备造成一定的破坏, 更严重还会给周边人们生命带来危害, 造成一定的安全隐患。雷电一般都会在对其阻碍达到最小的方法将雷云的电荷释放出来, 在释放的时候这些电荷会跟与之相反电荷互相结合, 这样一来就会使周围的建筑物体遭到破坏。

二、远距离光缆的通信线路防雷途经

1、在地下设置防雷线。

在地下设置防雷线对光缆正常的通信线路是有很大的影响的, 它不但可以将雷击给屏蔽掉, 我们还能够根据自身电流对防雷方面做出有效判定, 它的电流和防雷效果是成正比的, 也就是说电流越大, 防雷效果就越有效, 通常在设置防雷线的时候我们选用有色的金属线, 因为其自身抗腐蚀力强, 而且寿命也长, 同时防雷效果也是最明显的。在进行设置的时候要考虑到与之相关的一些问题, 比如说保护区和突然的电阻率等问题, 由于防雷线保护的区域会比较多, 所以在选择材料的时候要选用6毫米的镀锌钢筋, 同时放至少两条超过40厘米的防雷线, 这样做主要是为了将雷电牵至比较大的范围内。

2、通过阻断光缆中金属对雷电的诱导。

主要是指光缆根据地浮空把光缆中金属部件吸引的雷电给断隔, 防止光缆被雷电所袭击。当存在于光缆里面的金属部件是接地状态时, 这些金属部件都是互相接连的, 他们接连部位通常都在中间点, 当金属部件彻底的接地的时候, 就会出现电阻率土壤地带, 这个地带会强烈的吸引雷电靠近, 进而直接击中光缆;但是出于浮动状态的金属部件对雷电是没有吸引作用的, 所以说, 在设计光缆线路或者是在进行施工的时候, 可以把光缆的接头相连接, 将电气断开, 防止光缆受到雷击, 同时还要注意在施工和运输的时候, 做好PE界面的保护工作, 做到地绝缘, 保证光缆所有线路都是处于一个浮动的状态。

三、结语

总而言之, 光缆通信线路在通信工程中是一个极其重要的构成部分, 它的正常运作直接对整体的通信质量的好坏造成影响。从目前来看, 虽然光缆通信线路不会遭受雷击破坏, 但是它容易受到雷击大地的破坏, 当雷击大地的时候, 所产生的电位差就会超过光缆外表面和雷所落之处的有限抗压度, 进而造成光缆通信的线路被损坏, 尤其是那些远距离光缆通信的线路更是极容易受到雷击使自身线路被损坏, 当其被损坏后, 我们应该仔细的对造成破坏的原因进行有效的分析, 从而制定出完备的应对措施。

摘要：由于现代的科技信息技术不断完善和发展, 光纤通信的技术也在进行相应的发展, 一直到现在为止, 光纤通信已经被较为广泛的运用到了不同的领域中。从光纤通信技术被应用在通讯这一领域中来看, 这样可以为以后通信领域的发展带来更宽广的发展前景。虽然光纤自身有一定的防雷性能, 但是光纤也极容易受到自然灾害, 金属之间的相互碰撞摩擦以及人为因素的影响, 这些因素都很有可能导致他们被雷电所击中, 导致光缆的通信线路受到破坏, 进而无法正常运作发挥其作用。下面本文主要从光缆通信的线路受雷击的原因以及远路离光缆通信线路的防雷措施等方面进行探讨, 进一步对其远距离的光缆通信线路关于防雷加以研究。

关键词：远距离,防雷,光缆通信线路

参考文献

[1]王立新.浅析光缆通信线路工作中如何进行防雷设计与安装[J].中国新通信, 2014 (13) .

[2]刘建国.光缆通信线路的维护管理[J].农村电气化, 2012 (12) .

[3]张良臣.浅析通信光缆线路的防护[J].科技促进发展, 2011 (S1) .

单片机远距离通信 篇5

随着现代科技的发展, 各种电缆越来越多的应用在国民经济、生活各个领域, 而当其发生断开、短路故障时, 如何快速准确的查找故障点, 成为一重要研究方向。目前, 用于电缆故障点检测的装置[1,2,3,4,5,6]往往比较复杂, 其价格也比较昂贵。一般采用低压脉冲、高压电压冲闪、高压电压直闪、高压电流脉冲等测试方法, 查找并确定故障点的位置, 但测试距离小于10m时, 便成为这些系统的盲区。

为了解决上述系统的不足, 于是本文介绍了以单片机为核心, 采用双臂电桥[7,8,9,10,11,12]和多谐振荡[13,14,15]为检测手段的短距离故障点检测系统, 该系统具有较高的精确度, 而且硬件电路简单, 能够满足实际工程中短距离故障点检测需要, 而且成本大大降低。

1 故障测量诊断原理

电缆故障检测方法取决于故障的性质, 因此, 检测工作的第一步就是判明故障的性质。电缆故障大致可以分为两类:①因为电缆线芯间的绝缘外层被破坏, 形成短路;②因为线芯连续性受到破坏, 导致电缆线断开, 即断路。本系统首先判断线芯是否发生断路, 再判断线芯的短路状况。根据惠更斯电桥的工作原理, 通过测量短路电阻, 可迅速、快捷地确定电缆短路故障点。由于导线间存在电容, 电容大小随电缆距离成正比, 于是通过测量断路电容可确定电缆的断路故障点。

2 系统设计的硬件构成

系统硬件电路主要分为:双臂电桥电路、多谐振荡电路、A/D采集及辅助检测电路、液晶显示及语音电路、测量切换电路。系统硬件电路框图如图1所示。

多谐振荡电路先采集到电缆断开时频率值, 然后送入单片机系统进行分析, 判断电缆的故障性质;当频率不小于设定值, 即视为电缆断路, 测量切换电路不产生动作, 单片机记录该频率值, 并转化为断路距离输出;当频率小于设定值, 即视为电缆短路, 测量切换电路转换为测量电缆线短路时的低电阻值, 经辅助检测电路对电桥调平, 待电桥调平后, 由双臂电桥采集电压, 通过A/D转换, 传至单片机, 单片机该信号进行精确计算转化为短路距离输出。输出部分由LCD显示和语音电路构成。

2.1 双臂电桥测量短路电阻

用单臂电桥测量电阻时, 所测电阻值一般可以达到四位有效数字, 最高阻值可测到106Ω, 最低阻值为1Ω。当被测电阻的阻值低于1Ω时, 称为低值电阻, 单臂电桥测量到的电阻有效数字将减小, 其测量误差也显著增大, 主要是因为被测电阻接入测量线路中, 连接所用导线本身具有接线电阻, 被测电阻与导线接头处也有接触电阻。接线电阻和接触电阻的阻值约为10-2～10-5Ω。接触电阻虽然可以用清洁接触点等措施使之减小, 但终究不可能完全清除。当被测电阻仅为10-3～10-6Ω时, 其接线电阻及接触电阻值都已超过或大大超过被测电阻的阻值, 这样就会造成很大误差, 甚至完全无法得出测量结果。由于短距离电缆阻值可视为低电阻, 所以, 用单臂电桥来测量是不可能精确的, 必须在测量线路上采取措施, 避免接线电阻和接触电阻对低值电阻测量的影响。

为了消除这些附加电阻的影响, 可以把低电阻做成四端结构, 采用直流双臂电桥进行测量低电阻线路。测量电路如图2所示, 其中R0为标准低阻值, 即采用与被测电缆线同材质的单位长度电缆, RX为待测电缆的线芯电阻。

四个比例臂电阻R1、R2、R3、R4, 其中R3、R4采用数字电位器, 电桥的调平是通过单片机控制这两个数字电位器阻值来实现的。R1、R2、R3、R4所在桥臂中接线电阻和接触电阻的影响可忽略不计。跨桥电阻设为r, 当检流计G指零时, 电桥达到平衡, 根据基尔霍夫定律, 可推导出待测电阻RX的表达式为

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当电桥桥臂电阻满足R3R2-R1R4=0时, 则 (1) 式则简化为

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2.2 多谐振荡测断路电容

多谐振荡采用555来实现, 555的输出频率为

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C为电缆的断路电容。则电容大小与频率成正比, 通过对电缆进行实测, R1、R2的阻值选用510k为最佳, 可实现电缆在小于10m时测量具有比较高的精确度。

2.3 测量切换电路

测量切换电路, 实现电容和电阻测量的转换, 由单片机控制继电器来实现。在555测量电缆短路时, 电容值几乎为零, 相当于频率几乎为零, 即通过单片机对频率值进行判断, 确定线路是否为短路, 若短路, 则控制继电器产生相应动作, 实现测量电阻和电容之间的切换。

2.4 A/D采集及辅助检测电路

A/D采集选用芯片ADC0804, 8位A/D完全能够满足系统的需要。辅助检测电路主要包括AD620放大器、窗口比较器, 图3为放大比较电路。

判定双臂电桥平衡, 决定了系统的检测精度, 由于测得双臂电桥的输出电压比较小, 所以选择了放大精度较高的仪用放大器AD620, 将输出电压与正负基准电压进行比较, 当所测得电压在两基准电压之间时, 单片机才能允许A/D进行采集。比较器的窗口电压大小同样决定了系统的精度, 窗口电压越小, 系统精度越高。

对于标准桥臂的平衡调节, 采用高精度的数字式电位器可以大大降低人为测量误差, 而且电路更简单, 由单片机来控制, 更利于调节, 还可提高测量精度。

3 系统的软件实现

系统的软件设计, 采用C语言编程, 并进行了模块化设计, 软件设计主要包括:主程序、系统初始化程序、测量切换程序、距离计算子程序、频率测量子程序、语音子程序、显示子程序等。主程序框图如图4所示。

系统初始化程序主要对各芯片进行初始化设置, 频率判断程序, 通过设置一频率下限, 将采集的频率与该下限比较, 决定切换电路是否动作;频率转化程序将频率值转化为断路距离;电阻测量程序是通过对数字电位器调节使得电桥平衡, 再由AD采集电压信号, 将电压值转化为短路距离, 最后实现LCD显示、语音播报功能。

4 测试结果及分析

选用1m到10m的电话线, 进行了实际故障测试, 表1为线路短路测试数据, 表2为线路断路测试数据。从表中可见, 检测系统能够给出准确的定位, 并且具有较高的精度和稳定性, 其中短路距离平均误差小于1%, 断路距离平均误差小于15%。

对实测数据进行了误差分析, 在系统设计中, 电桥的平衡是通过对数字电位器阻值调整而达到的, 而数字电位器阻值变化并不是连续的, 从而电桥并不一定达到完全平衡状态, 因此采样值与实际值之间存在误差;在短路测试中, 标准电阻的选择不能达到严格的精确, 同时由于人为因素, 实际测试标准电阻的线路长度, 也会存在一定的误差。

在断路测试中, 误差比较大, 主要是由于未对数据进行处理, 而根据原理直接将数据输出;产生误差另一个主要原因是由于555测量电容并不精确。即线路的距离与电容值不是完全的正比关系, 同时线路的摆放、外部环境干扰等也对测量数据产生较大的误差。可以通过测量距离与电容的关系找出规律, 通过程序对数据加以校正, 可以提高测量是精确度。

5 结束语

通过实测数据表明, 本系统对于短距离线路短路检测具有较高的精度和稳定性。

线路在一定范围内越长, 精度越高。在线路的断路检测中, 可实现测量的定性和初步定位。

摘要：针对目前10m以内电缆出现故障时, 难以精确检测及查找等问题, 提出了一种基于单片机的线路故障点检测系统。设计了单片机控制双臂电桥测量低电阻电路、多谐振荡测量电容电路、辅助调平电桥电路、输出显示等电路。对电话线进行了实际测试, 测试结果表明, 该系统在10m以内线路出现短路和断路故障时, 能给出准确的定位, 并且具有较高的精度和稳定性, 其中短路距离平均误差小于1%, 断路距离平均误差小于15%。

超短波通信距离浅析 篇6

1 超短波的传播特性

超短波与短波传播不同, 无电离层反射, 通常也称为视距传播。所谓视距传播就是对那些地波传播能力很弱, 天波又基本不存在的电波的传播方式。视距是接收和发射两点之间处在可视范围之间, 能互相“看见”的距离。如图1所示。

这种传播方式的特点是:地面衰减大、无天波, 信号基本上按直线传播;其频率传输特性上与短波有很大差别, 由于频率较高, 发射的天波一般将穿透电离层射向太空, 而不能被电离层反射回地面, 所以主要依靠空间直射波传播 (只有有限的绕射能力) 。像光线一样, 传播距离不仅受视距的限制, 还要受高山和高大建筑物的影响。用于地面通信时:如架设几百米高的电视塔, 服务半径最大也只能达150 km左右。要想传播的更远, 就必须依靠中继站转发或者将其发射天线和接受天线都架设的足够高;而用于空地通信时:由于电台和天线随飞机的高度升高而升高, 受地物影响较小, 可以传播的更远。

2 影响超短波通信距离的因素

影响超短波通信距离和效果的因素有以下几个方面。

2.1 系统参数

(1) 受发射机输出功率越强, 发射信号的覆盖范围越大, 通信距离也就越远;但发射功率也不能过大, 发射功率过大不仅耗电, 而且影响功放元器件的寿命, 同时干扰性强, 影响他人的通话效果, 还会产生辐射污染。

(2) 在发射功率一定的情况下:接收机的接收灵敏度越高, 通信距离就越远。

(3) 天线的增益在天线与机器匹配时:通常情况下, 天线高度增高接收或发射能力增强。

2.2 环境因素

环境因素主要有路径、树木的密度、周围环境的电磁干扰、建筑物、天气情况和地形差别以及地球曲率半径等, 这些因素和其它一些参数直接影响信号的场强和覆盖范围, 进而影响超短波通信距离。

2.3 其它影响因素

(1) 电池容量不足:当电池容量不足时, 电源电流不能正常提供, 功率变小;严重时发射信噪比变小, 误码率变高, 影响正常通信。

(2) 天线不匹配:天线的频段和机器频段不一致或天线阻抗不匹配时, 均会严重影响超短波的通信距离。

3 超短波通信距离的工程估算

超短波的通信距离决定于天线的增益、高度, 发射机输出功率、接收机灵敏度、电磁环境及有无障碍物等因素影响。下面我们通过一些公式可以大致算出预定通信系统的通信距离。

本质上超短波频段的无线传输属于视距传输, 在理想情况下 (即:发射机功率足够大, 接收机灵敏度足够高, 视野开阔无障碍物、山地丘陵等地理因素的影响) 其传输极限距离可以用下面的公式表示:

式中:d为距离, 单位为米;hr、ht分别为收、发信机的天线高度, 单位为米。在实际情况下, 电波在直射传播的路径上可能存在山丘、建筑物等障碍物, 由这些障碍物引起的附加衰耗 (除了自由空间传播衰耗外) , 称为绕射衰耗。由于存在绕射衰耗及多径反射衰落, 实际上的通信距离只是极限距离d的几分之一。

同时还存在超过极限距离的地方也能收到较强信号, 这种现象称为超视距传播。存在这种现象的原因是大气对电磁波折射造成的, 统称为超视距的传播距离可以用以下的公式表示:

式中:d为距离, 单位为米;hr、ht分别为收、发信机天线的高度, 单位为m。

4 超短波通信距离理论计算

在电台的各种指标均足够满足要求 (发射机的发射功率足够大, 接收机灵敏度足够高) 的情况下:仅考虑地球的曲率半径, 发射天线和接收天线的影响时:如下图2所示, 电台的通信距离:

其中:R为地球的曲率半径≈6.371×106m, hr、ht分别为收发天线离地面的实际高度) 。假设:ht=hr=1 m, 则d≈226 km。

对于在公式 (1) 得出的通信距离以内, 通信系统能否有效工作, 主要取决于系统接收设备的接收功率能否满足系统正常工作的最低要求。接收系统的接收功率可用以下式表示:

式中:Pt为发射功率 (w) ;gr为接收天线增益;gt为发射天线增益;h1= (ht2+h02) 1/2, h2= (hr 2+h02) 1/2天线高度 (m) ;hr、ht为分别为收发天线的实际高度;h0为最小有效天线高度, 在300 MHz以上通常可以忽略。根据发射功率的大小计算出来的接收功率的数值即可计算出传播衰耗。此种衰耗可以理解为是由于辐射能量的扩散引起的衰耗, 而不是由于受到阻抗、反射、折射、绕射、吸收等原因而产生的衰耗, 工程上此类衰耗可用下式计算后得到。

由公式 (3) 和 (5) 即可推算出超短波理论上通信距离d值的大小。

5 举例说明

假如两部相同的电台其参数如下:工作于108~400 MHz频段, 天线的长度大概为0.5 m, 天线的有效高度为1.5 m;天线的增益大约为0d Bi (-2.15 d Bd) 左右;发射功率为15 W;接收灵敏度约为3μV。

解:首先进行单位换算, 假设接收机负载为50Ω, 3μV换算成d B uv表示为9.5 d Buv, 然后转换成, 分贝毫瓦d B m表示, 结果为-97.45 d Bm, 把15 W换成分贝毫瓦d Bm表示结果就是41.76 d Bm;接收机要接收到信号所允许的最大损耗为41.76- (-9 7.4 5) 为1 3 3.5 1。

利用公式 (4) 推导出最大传输距离和最小传输距离, 取最大工作频率400 MHz计算, dmin=10 (133.51-32.45-20lg400) /20=281 km, 取最小工作频率108MHz计算, dmin=10 (133.51-32.45-20lg108) /20=1000km。

一般理论计算按传播用公式 (2) , 若是天线高度为0.5m, 假设都树立在地面上, 其传播距离为5.8 km;方式为空地通信, 地面天线为15 m, 飞行高度为10000 m, 理论最大通信距离为:

在同等条件下取公式 (4) 、 (5) 推导出的值和公式 (2) 的值, 两者的最小值;若通信频率为4 0 0 MHz, 其最大通信距离就为281 km。

实际上通信不仅包含固有损耗也包括收发机各种馈线之间的损耗, 通信距离肯定小于理论通信距离。

6 结语

超短波以其优越的传输性能, 在民用领域发挥着重要作用, 更是军事通信的主要模式手段之一。信息技术的蓬勃发展, 推动着通信领域产生翻天覆地的变化, 致使超短波通信的发展日新月异;无论是交通、公安、消防、防汛等领域, 均用超短通信设备的大量应用, 超短波通信早已遍及我们的生活。

由于超短波通信设备的广泛应用, 伴随着设备出现的故障也层出不穷, 其中大多数故障涉及通信距离问题。本文从超短波信号的传播特点入手, 分析了影响机载超短波电台通信距离的相关因素;并从理论和工程估算两方面对超短通信距离加以推理、分析。希望能为工程人员, 在应用过程中遇到超短波通信距离问题时为其提供参考和帮助。

参考文献

[1]现代通信原理[M].北京:国防工业出版社, 1998.