時間：2022-03-30 13:11:58
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇無線傳輸技術論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞：單片機，溫度傳感器，遠程監控與測量
1.研究的目的與意義
本研究以溫度采集及轉換，單片機處理和監控，無線傳輸為核心，可用于航空航天系統中，倉儲溫度監測及環境監測，礦井里的溫度采集等。免費論文。快速方便并且可以實現遠程采集，具有較高精確度，另外加有存儲單元，可以對溫度數據進行存儲對比，以備不時之需。在該系統中還添加報警系統，自動提醒不正常溫度，以免發生不必要的危險。由于采用ZigBee無線傳輸裝置，可以遠距離測溫，因此可用于危險區域，例如：高壓區，工廠，大型機器內部溫測等，還可采集低溫。另外還適用于家庭防火災，火災內部溫度探測和溫度監控，有助于滅火的開展和搶救人員和財產以及預測火勢的發展等。
在現代社會中溫度在航空航天，工業自動化、家用電器、環境保護和安全生產等方面都是最基本的監測參數之一，但是在某些環境下溫度檢測比較危險。因而需要一個智能檢測和監測系統來代替危險的工作，本系統就可以很好的解決此問題，不僅可以實時的對溫度進行遠程檢測監控，還可以在十分惡劣的環境下工作，測量結果精度高，并且對所測數據可以直接通過USB接口傳給電腦存儲或者直接存入外設存儲單元，同時加報警裝置，在溫度不正常給予提醒，從而將損失減少到最低。為滿足對溫度記錄的要求（高精度、自動控制、經濟實用），系統實現了對現場環境溫度的不間斷測量與監控，讓您通過監控中心可以直觀看到溫度實時變化，做到足不出戶即可了解各被測點的溫度。在那些需要對溫度監控和測量的地方放置無線溫度采集器，然后由監控中心通過軟件對無線采集器進行控制，代替過去由人工來完成的溫度數據采集任務；同時監控中心對無線溫度采集器傳輸來的溫度數據進行存儲和查詢統計。本系統使用方便，操作簡捷，已經在許多領域中得到廣泛的使用
2.國內外本項目的研究狀況
溫度在工業自動化、家用電器、環境保護和安全生產等方面都是最基本的監測參數之一，因此其檢測裝置也得到的長足的進步和發展。免費論文。例如美日生產的管纜熱電阻溫度傳感器可測溫度高達1000℃，精度0.5級，清華大學的“光纖黑體腔溫度傳感器”可在400～1300℃間靈敏度可達0.1℃。隨著科技的進步和新材料的發現，新一代的溫度傳感器也在不斷出現和完善，如利用核磁共振的溫度檢測器，可測量出千分之一開爾文，而且輸出信號適于數字運算處理，在常溫下可作為理想的標準溫度。此外還有熱噪聲溫度傳感器、激光溫度傳感器等諸多發展。智能溫度傳感器(亦稱數字溫度傳感器)是在20世紀90年代中期問世的。它是微電子技術、計算機技術和自動測試技術(ATE)的結晶。智能溫度傳感器的特點是能輸出溫度數據及相關的溫度控制量，適配各種微控制器(MCU)，它在硬件的基礎上通過軟件來實現測試功能。目前，國際上已開發出多種智能溫度傳感器系列產品。如由美國DALLAS半導體公司新研制的DS1624型高分辨力智能溫度傳感器，能輸出13位二進制數據，其分辨力高達0.03125°C,測溫精度為±0.2°C。此外新型智能溫度傳感器的功能也在不斷增強。例如，DS1629型單線智能溫度傳感器增加了實時日歷時鐘(RTC),使其功能更加完善。DS1624還增加了存儲功能，利用芯片內部256字節的E2PROM存儲器，可存儲用戶的短信息。免費論文。另外，智能溫度傳感器正從單通道向多通道的方向發展，這就為研制和開發多路溫度測控系統創造了良好條件。
無線傳輸技術ZigBee是在工業自動化、家庭智能化和遙控監測領域對無線通訊和數據傳輸的需求日益增長的情況下應運而生的，它采用IEEE802.15.4協議，具有功耗低，成本低等特點，還可以方便的實現自動移動的AdHoc網絡。目前市場上的RF芯片供應商主要還是TI、EMBER、FREESCAIE及JENNIC，國產廠商在這個方面仍然是空白。鑒于ZigBee技術在功耗、組網技術等方面的出色能力，受到各國政府、軍方、科研機構和跨國公司的廣泛關注和高度重視，隨著其技術的發展，無線傳感器網絡將會逐漸的深入生活的每個方面。
3.無線網絡溫度采集可以實現如下功能
（一）數字信號通過單片機分析處理，通過ZigBee無線傳輸模塊，可實現無線傳輸功能。（二）接收模塊得到的數字信號通過單片機處理，可在LCD FC12864上可進行當前溫度顯示，可實現數字顯示功能。（三）外部存儲單元可對過去溫度進行存儲，以便隨時調用，可實現存儲功能。（四）由于有無線傳輸，可以實現遠程對溫度進行監控和測量 存儲，安全可靠，而且速度快精度高。（五）系統實現了對現場環境的不間斷溫度測量與監控，讓您通過監控中心可以直觀看到溫度實時變化，做到足不出戶即可了解各被測點的溫度。在那些需要對溫度監控和測量的地方放置無線溫度采集器，然后由監代替過去由人工來完成的溫度數據采集任務；同時監控中心對無線溫度采集器傳輸來的溫度數據進行存儲和查詢統計。（六）該系統可換部分裝置，然后實現其它功能，例如：將溫度傳感器換成濕度傳感器進行濕度采集等，具有很強的移植性。
4.結語
在當代社會科學技術的迅猛發展以及人類對自然的不斷深入探索下，一些人類無法立足的惡劣環境以及相關工業、煤礦業、石油業、存儲業等相關環境中的重要溫度數據的采集和控制成為科學研究的重要課題。本研究項目以適應相關條件下的溫度傳感器為依托，以單片機為整個系統的處理和監控為核心，當需要采集人類無法立足的惡劣環境中的重要溫度數據時，本系統可以通過媒介放置一體積小、精度高的溫度傳感器去采集；在生產和存儲環境中可以通過本系統來監測溫度，當超過合適的環境溫度時，發出警報，通知工作人員及時處理控制溫度以減少損失。本研究項目可以更好的服務于科研，提高生產效率，降低危險事故發生的幾率，具有很強的現實意義
參考文獻：
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8.宋育才. MCS-51系列單片微型計算機及其應用[M]. 南京：東南大學出版社 ，1997.3.
9.智能溫度傳感器的趨勢[DB/ol].
10..LCD12864中文資料手冊.
【關鍵詞】 諧振耦合 無線充電 RFID 智能家居
一、引言
所謂無線充電技術通常指的是電能的無線傳輸技術，通俗的說，就是不借助實物連線實現電能的無線傳達。這樣做的好處是方便、快捷，減少在苛刻條件下使用電纜帶來的危險性等。關于無線充電技術的研究開始較早，早在1900年，尼古拉?特拉斯就開始無線電能傳輸的實驗，經過一百多年的發展，關于無線傳電的方法多種多樣，但是基本原理大概可以分為以下三種：電磁感應式、無線電波式、諧振耦合式，通過非輻射磁場內兩線圈的共振效應實現中距離的無線供電。
從表1對比可知， 諧振耦合式無線充電技術的非輻射性、高效率等優點是其它無線充電技術無法相比的。所謂諧振耦合式就是利用接收線圈的電感和并聯的電容形成共振回路，在接收端也組成同樣共振頻率的接收回路，利用諧振形成的強磁耦合來實現高效率的無線電能傳輸。該技術的出現引起了國內外學術界與工業界的巨大興趣，被公認為目前最具發展前景的一種無線能量傳輸技術方案。
但是目前基于諧振耦合式的無線充電技術的研究偏向理論化，缺乏對實際應用有定量指導意義的研究成果，同時此技術傳輸功率較小遠遠不能完成大功率能量傳輸，也存在著能量損失較高等缺陷。但毋庸置疑，諧振耦合式無線充電技術對充電設備位置的靈活性以及充電設備的高效匹配性具有重要的實用價值。
二、國內外研究現狀
無線能量傳輸的構想最早可以追溯到19世紀80年代，由著名電氣工程師（物理學家）尼古拉?特斯拉（Nikola Tesla）提出。為證實這一構想，特斯拉建造了巨大的線圈用于實驗使用。由于實驗耗資巨大，最終因財力不足沒有得到實現，隨后也一直被技術發展水平所限制。
國外對無線充電技術的研究開展的比較早。1968 年，美國著名電氣工程師P. E. Glaser在W. C. Brown提出的微波無線能量傳輸（WPT）概念的基礎上提出了衛星太陽能電站（SSPS）的概念。隨后美國，日本和歐洲等國都試圖把這項技術作為獲取新能源的手段，但由于該方案在技術上要求很高，故在實際使用上存在一定的局限性。隨后，一家名為 Powercast 的公司推出了一款利用無線電波充電的充電裝置，實現了距離為1米左右的低功率無線充電。
另一方面，在20世紀70年代，美國出現了電磁感應能量傳輸原理的無線電動牙刷。這項應用的傳輸功率和傳輸距離都不是很理想，但其無線的特征卻恰好滿足了其特殊條件下的應用要求。近年來，美國、日本、新西蘭、德國等國家相繼在這項技術上繼續深入研究，目前已經研發了很多實用的產品：美國通用汽車公司研制出的 EV1 型電車；日本大阪幅庫公司研制出的單軌型車和無電瓶自動貨車；2013年10月，瑞典汽車制造商沃爾沃聲稱成功地研制出電磁感應式無線充電汽車。
國內對無線充電技術的研究相對較晚。目前在無線電波和電磁感應無線能量傳輸方面取得的主要成果有：2005年8月，香港城市大學電子工程學系教授許樹源教授宣布成功研制出“無線電池充電平臺”；中科院嚴陸光院士帶領的研究小組從高速軌道交通的角度對運動型應用進行了性能分析；2007年2月，重慶大學自動化學院非接觸電能傳輸技術研發課題組突破技術難點，設計的無線電能傳輸裝置實現了600至1000W的電能輸出，傳輸效率達到 70%。
諧振耦合式方案是2006年由美國麻省理工學院物理系助理教授 Marin Soljacic 所帶領的研究團隊提出來的。并于 2007 年 7 月 6 日在科學雜志《Science》上發表成果文獻。團隊利用該方案，成功的點亮了距離為2米外的一個60 瓦的燈泡，傳輸效率為40%左右。此項稱為“Witricity”技術，該技術樹立了無線充電技術發展史的里程碑。一年后，Marin Soljacic團隊聲稱已將傳輸效率提高至90%。
由于該技術極具前景和市場，世界各國的相關機構和公司也不約而同的進行深入研究。2010 年 1 月，海爾在美國拉斯維加斯舉行的國際消費電子展（CES）上展出了最新概念產品無尾電視。一方面，產品運用無線通信技術傳輸視頻信號；另一方面，又使用諧振耦合式充電技術供電，真正實現了無線化。
三、發展疑難點及解決方案
3.1 如何克服干擾源的影響
無線能量傳輸系統工作在包含各種用電設備的電磁環境中，易受到外界電磁源的干擾。一方面，磁耦合諧振無線能量傳輸系統以磁場為能量傳輸介質，任何能感應到磁場的元件都可能成為負載，這種情況為無源干擾源，稱為負載類干擾，干擾源稱為負載類干擾體；另一方面，外磁場也會影響能量傳輸系統的磁場，這種情況為有源干擾，其干擾源為干擾場源。這些干擾都會降低系統的傳輸效率。根據無線輸電原理，本文提出以下兩個解決方案：（1）選擇隔磁的充電空間。為了避免干擾源對能量傳輸系統的影響，可以把能力傳輸系統與干擾源隔離，故可以利用電磁屏蔽技術，使系統不受外界干擾源影響。電磁屏蔽的工作原理是利用反射和衰減來隔離電磁場的耦合，所以可以制作屏蔽體，來保護系統免受外界電磁波干擾。如屏蔽導電漆就是能用于噴涂的一種油漆，干燥形成漆膜后能起到導電的作用，從而屏蔽電磁波干擾。（2）控制能量傳輸系統的諧振頻率。由磁耦合諧振式無線能量傳輸機理的研究知，能量傳輸系統對干擾源的頻率十分敏感。在實際應用中，0.5～25MHz 尚屬于空白應用頻率段，因此可以在設計能量傳輸系統的時候，使系統的諧振頻率滿足電磁耦合的同時盡量處于0.5～25MHz之間，這樣有可能降低實際應用中的電子設備對無線能量傳輸系統的影響。
3.2 如何提高傳輸距離
美國麻省理工學院物理系助理教授 Marin Soljacic 所帶領的研究團隊成功地點亮了距離為 2 米外的一個 60 瓦的燈泡。但目前這種技術的最遠充電距離只能達到2.7m，傳輸距離較近嚴重限制了它的應用。由于傳輸距離的遠近與能量傳輸系統的電路結構密切相關，現提出如下解決思路：改變電路參數角度來提高傳輸距離。研究表明，傳輸距離受到頻率、線圈參數等的影響。線圈的諧振頻率越高，傳輸的距離越遠；線圈的線徑越大，傳輸的距離越遠；線圈的直徑越大，傳輸的距離越遠；線圈的匝數越多，近距離傳輸效果強于遠距離傳輸效果。因而可以綜合頻率、線圈參數等因素，選定合適的電路器件，使系統傳輸距離較遠。
3.3 是否存在有害電磁輻射
磁耦合諧振式無線充電技術的原理告訴我們，由于電感線圈的存在，必然會產生磁力線輻射，那么這樣的磁場會不會造成電磁輻射危害人們的身心健康呢？在電流的輻射方面，目前無線充電器基本上將交流電整流后轉換為直流電，且功率極小，業內人士也一直在強調理論上對人的健康不構成威脅。但是輻射的問題，現在也只是停留在理論分析上，到底會不會，依舊是需要更進一步的理論分析和實驗研究，只能讓時間來證明。
四、發展前景及創新
4.1 RFID與無線充電技術的融合
射頻識別技術是利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）傳播來實現無接觸式信息傳遞并通過所傳遞信息達到自動識別自標的一種技術，將RFID技術與無線充電技術相結合，對每個無線充電設備嵌入RFID電子標簽，讀寫器通過射頻信號同電子標簽進行通信，保證被充電設備與充電系統的完全分離，實現能量的高效率無線傳輸。
4.2 智能家居與無線充電技術融合
智能家居是物聯化的一個體現，最終發展方向之一是終端無線化。應用無線充電技術，可以使各家電系統自動獲取電能，進一步實現智能家居的自動控制化。但在無線輸電過程中產生的磁場是否會影響到各級系統裝置的正常工作有待進一步考證。如果相互影響問題得到有效的解決，無線充電設備與常規家電設備能有效共存，則是智能家居與無線充電兩大領域的完美結合，勢必進一步改變人類生活。
4.3 電動汽車與無線充電技術融合
無線充電技術對手機等小型電子產品而言，是個錦上添花的新功能，對電動車產業而言，則可能是啟動整個市場的關鍵。對電動汽車進行無線充電，沒有外露的連接器，可以徹底避免漏電、跑電等安全隱患。同時采用電磁共振式無線充電技術，可以將電源和變壓器等設備隱蔽在地下，讓汽車在停車處或街邊特殊的充電點充電。若能將無線充電技術應用于電動車產業，將是電動車行業的一大改革。
五、結束語
諧振耦合式無線充電技術是目前最被看好的無線充電技術之一，從長遠來看具有廣泛發展空間及應用前景。但是每一種無線輸電方式都有一系列的關鍵問題需要解決，如何實現電磁共振式無線充電技術應用的大型化、高效化與距離化，是各國科學家探索研究的重點。隨著技術水平的提升，無線充電技術發展迅速，應用逐漸成熟，技術普及逐步實現，在未來的各種場合，無線充電技術無疑將扮演重要角色，服務全人類。
參 考 文 獻
[1] 曲立楠，磁耦合諧振式無線能量傳輸機理的研究，哈爾濱工業大學碩士論文，2010
[2] 范明，諧振耦合式電能無線傳輸系統研究，太原理工大學碩士論文，2012
關鍵詞 無線電能 傳輸 形式 當前面臨問題
中圖分類號：TM724 文獻標識碼：A
1無線電能傳輸的定義
無線電能傳輸又稱無接觸電能傳輸是一種傳輸電能的新技術，它將電能通過電磁耦合、射頻微波、激光等載體進行傳輸。這種技術解決了電力自身的兩大缺點：不易儲存和不易傳輸，同時也解除了對于導線的依賴，從而得到更加方便和廣闊的應用。
2無線電能傳輸發展歷史
19世紀末被譽為“迎來電力時代的天才”的特斯拉在電氣與無線電技術方面做出了突出貢獻。1881年發現了旋轉磁場原理，并用于制造感應電動機，次年進行試制且運轉成功。1888年發明多相交流傳輸及配電系統；1889-1990年制成赫茲振蕩器。1891年發明高頻變壓器（特斯拉線圈），現仍廣泛用于無線電、電視機及其他電子設備，他曾致力于研究無線傳輸信號及能量的可能性，并在1899年演示了不用導線采用高頻電流的電動機，但由于效率低和對安全方面的擔憂，無線電力傳輸的技術無突破性進展。
2001年5月，國際無線電力傳輸技術會議在法屬留尼汪島召開期間，法國國家科學研究中心的皮格努萊特，利用微波無線傳輸電能點亮40m外一個200W的燈泡。其后，2003年在島上建造的10kW試驗型微波輸電裝置，已開始以2.45GHz頻率向接近1km的格朗巴桑村進行點對點無線供電。
2007年6月麻省理工學院的研究人員已經實現了在短距離內的無線電力傳輸，他們通過電磁感應利用磁耦合共振原理成功地點亮了離電源2m多遠處的一個60w燈泡。
2008年9月，北美電力研討會最新的論文顯示，他們已經在美國內華達州的雷電實驗室成功的將800W電力用無線的方式傳輸到5m遠的距離。
3無線電能傳輸方式
3.1電磁感應式
電磁感應式又稱為非接觸感應式，電能傳輸電路的基本特征就是原副邊電路分離。原邊電路與副邊電路之間有一段空隙，通過磁場耦合感應相聯系。根據無接觸變壓器初、次級之間所處的相對運動狀態，新型無接觸電能傳輸系統可分為：分離式、移動式和旋轉式，分別給相對于初級繞組保持靜止、移動和旋轉的電氣設備供電。
電磁感應式的特點是：（1）較大氣隙存在，使得原副邊無電接觸，彌補了傳統接觸式電能的固有缺陷；（2）較大氣隙的存在使得系統構成的耦合關系屬于松耦合，使得漏磁與激磁想當，甚至比激磁高；（3）傳輸距離較短，實際上多在毫米級。
3.2電磁共振式
電磁共振式又稱WiTricityj技術是由麻省理工學院物理系、電子工程、計算機科學系，以及軍事奈米技術研究所的研究人員提出的。系統采用兩個相同頻率的諧振物體產生很強的相互耦合，能量在兩物體間交互，利用線圈及放置兩端的平板電容器，共同組成諧振電路，實現能量的無線傳輸。
電磁共振式的特點：（1）利用磁場通過近場傳輸，輻射小，具有方向性。（2）中等距離傳輸，傳輸效率較高。（3）能量傳輸不受空間障礙物（非磁性）影響。（4）傳輸效果與頻率計天線尺寸關系密切。
3.3微波式
先通過磁控管將電能轉變為微波能形式，再由發射天線將微波束送出，接收天線接收后由整流設備將微波能量抓換為電能。
微波式特點：（1）傳輸距離遠，頻率越高，傳播的能量越大。在大氣中能量傳遞損耗很小，能量傳輸不受地球引力差的影響；（2）微波式波長介于無線電波和紅外線輻射的電磁波，容易對通信造成干擾；（3）能量束難以集中，能量散射損耗大，定向性差，傳輸率低。
4無線電能傳輸需要解決的問題
4.1電磁輻射安全問題
對人身安全和周圍環境的影響需要解決。由于無線能量的傳輸既不像傳統的供電方式那樣可以在傳輸路徑上得到很好的控制也不像無線通訊那樣傳送微小的功率。高能量的能量密度勢必會對人身安全及健康帶來影響。對激光則在功率密度小于2.5mW/cm2才能保證對人體無傷害。所以采用無線輸電時要考慮避免對人身的傷害。
4.2電磁兼容性
無線能量傳輸系統在工作時周圍空間會存在高頻電磁場，這就要求系統本身具有較高的電磁兼容指標。系統要發生電磁兼容性問題，必須存在三個因素，即電磁騷擾源、耦合途徑、敏感設備。所以，在遇到電磁兼容問題時，要從這三個因素入手，對癥下藥，消除其中某一個因素，就能解決電磁兼容問題。因此采取有效的抗干擾措施、屏蔽技術、合理使用電磁波不同的頻段、避免交叉，重疊等造成不必要的電磁干擾。
4.3系統整體性能有待提高
目前無線能量傳輸技術整體上傳輸的效率不高，主要原因是能量的控制比較困難，無法真正實現能量點對點的傳送在傳輸的過程中會散射等損耗一部分能量，能量轉換器的效率不高也是影響整個系統效率的關鍵因素。當然隨著電子技術的不斷進步，傳輸的效率也會逐漸提高。
4.4傳輸距離、效率、功率、裝置體積之間的關系
對于無線能量傳輸技術中幾個關鍵性的指標：傳輸距離、傳輸效率、傳輸功率、裝置體積等。一般情況下，傳輸距離越近、裝置體積越大、傳輸效率就越高、傳輸功率就越大。如何盡可能地減小裝置體積、提高傳輸距離、效率和功率是無線輸電技術重點研究的方向之一，也是小功率設備實現無線輸電的前提。
參考文獻
關鍵詞： 無線電力傳輸技術 電磁感應 射頻 原理與應用前景
1.引言
自17世紀人類發現如何發電后就用金屬電線來四處傳輸電力。時至今日，供電網、高壓線已遍布全球的角角落落。在工作和生活中，越來越多的電器給我們帶來極大便捷的同時，不知不覺各種“理不清”的電源線、數據線帶來的困擾也與日俱增。不過，這些年的科技發展表明，在無線數據傳輸技術日益普及之時，科學家對無線電力傳輸（Wireless Power Transmission，WPT）的研究也有了很大突破，從某種意義上來講，無線電力傳輸也不再是幻想――在未來的生活中擺脫那些紛亂的電源線已成為可能。
2.無線電力傳輸的發展歷史
19世紀末被譽為“迎來電力時代的天才”的名尼古拉?特斯拉（Nikola Tesla，1856―1943）在電氣與無線電技術方面作出了突出貢獻。他1881年發現了旋轉磁場原理，并用于制造感應電動機；1888年發明多相交流傳輸及配電系統；1889―1890年制成赫茲振蕩器；1891年發明高頻變壓器（特斯拉線圈），現仍廣泛用于無線電、電視機及其他電子設備。他曾致力于研究無線傳輸信號及能量的可能性，并在1899年演示了不用導線采用高頻電流的電動機，但由于效率低和對安全方面的擔憂，無線電力傳輸的技術無突破性進展［1］。1901―1905年在紐約附近的長島建造Wardenclyffe塔，是一座復雜的電磁振蕩器，設想它將能夠把電力輸送到世界上任何一個角落，特斯拉利用此塔實現地球與電離層共振。
2001年5月，法國國家科學研究中心的皮格努萊特，利用微波無線傳輸電能點亮40m外一個200W的燈泡。其后，2003年在島上建造的10kW試驗型微波輸電裝置，已開始以2.45GHz頻率向接近1km的格朗巴桑村進行點對點無線供電。
2005年，香港城市大學電子工程學系教授許樹源成功研制出“無線電池充電平臺”，但其使用時仍然要將產品與充電器接觸。
2006年10月，日本展出了無線電力傳輸系統。此系統輸出端電力為7V、400mA，收發線圈間距為4mm時，輸電效率最大為50%，用于手機快速充電。
2007年6月，美國麻省理工學院的物理學助理教授馬林?索爾賈希克研究團隊實現了在短距離內的無線電力傳輸。他們給一個直徑60厘米的線圈通電，6英尺（約1.83米）之外連接在另一個線圈上的60瓦的燈泡被點亮了。這種馬林稱之為“WiTricity”技術的原理是“磁耦合共振”。
2008年9月，北美電力研討會的論文顯示，他們已經在美國內華達州的雷電實驗室成功地將800W電力用無線的方式傳輸到5m遠的距離。
2009年10月，日本奈良市針對充電式混合動力巴士進行了無線充電實驗。供電線圈埋入充電臺的混凝土中，汽車駛上充電臺，將車載線圈對準供電線圈就能開始充電。
3.無線電力傳輸的基本原理
3.1電磁感應――短程傳輸
電磁感應現象是電磁學中最重大的發現之一，它顯示了電、磁現象之間的相互聯系與轉化。電磁感應是電磁學中的基本原理，變壓器就是利用電磁感應的基本原理進行工作的。利用電磁感應進行短程電力傳輸的基本原理如圖1所示，發射線圈L1和接收線圈L2之間利用磁耦合來傳遞能量。若線圈L1中通已交變電流，該電流將在周圍介質中形成一個交變磁場，線圈L2中產生的感應電勢可供電給移動設備或者給電池充電。
3.2電磁耦合共振――中程傳輸
中程無線電力傳輸方式是以電磁波“射頻”或者非輻射性諧振“磁耦合”等形式將電能進行傳輸。它基于電磁共振耦合原理，利用非輻射磁場實現電力高效傳輸。在電子學的理論中，當交變電流通過導體，導體的周圍會形成交變的電磁場，稱為電磁波。在電磁波的頻率低于100khz時，電磁波就會被地表吸收，不能形成有效的傳輸，當電磁波頻率高于100khz時，電磁波便可以在空氣中傳播，并且經大氣層外緣的電離層反射，形成較遠距離傳輸能力，人們把具有較遠距離傳輸能力的高頻電磁波稱為射頻（即：RF）。將電信息源（模擬或者數字）用高頻電流進行調制（調幅或者調頻），形成射頻信號后，經過天線發射到空中；較遠的距離將射頻信號接收后需要進行反調制，再還原成電信息源，這一過程稱為無線傳輸。中程傳輸是利用電磁波損失小的天線技術，并借助二極管、非接觸IC卡、無線電子標簽，等等，實現效率較高的無線電力傳輸。
具體來說，整個裝置包含兩個線圈，每一個線圈都是一個自振系統。其中一個是發射裝置，與能量相連，它并不向外發射電磁波，而是利用振蕩器產生高頻振蕩電流，通過發射線圈向外發射電磁波，在周圍形成一個非輻射磁場，即將電能轉化為磁場。當接收裝置的固有頻率與收到的電磁波頻率相同時，接收電路中產生的振蕩電流最強，完成磁場到電能的轉換，從而實現電能的高效傳輸。圖2是一個典型的利用電磁共振來實現無線電力傳輸的系統方案。電磁波的頻率越高其向空間輻射的能量就越大，傳輸效率就越高。
3.3微波/激光――遠程傳輸
理論上講，無線電波的波長越短，其定向性越好，彌散就越小。所以，可以利用微波或激光形式來實現電能的遠程傳輸，這對于新能源的開發利用、解決未來能源短缺問題也有著重要意義。1968年，美國工程師彼得格拉提出了空間太陽能發電（Space Solar Power，SSP）的概念。其構想是在地球外層空間建立太能能發電基地，通過微波將電能送回地球。
4.無線電力技術的應用前景
無線電力傳輸作為一種先進的技術一般應用于特殊的場合，具有廣泛的應用前景。
4.1給一些難以架設線路或危險的地區供應電能
高山、森林、沙漠、海島等地的臺站經常遇到架設電力線路困難的問題，而工作在這些地方的邊防哨所、無線電導航臺、衛星監控站、天文觀測點等需要生活和工作用電，無線輸電可補充電力不足。此外，無線輸電技術還可以給游牧等分散區村落無變壓器供電和給用于開采放射性礦物、伐木的機器人供電。
4.2解決地面太陽能電站、水電站、風力電站、原子能電站的電能輸送問題
我國的新疆、、青海等地降雨量少、日照充足且存在大片荒蕪土地，南方部分地區水力、風力資源豐富，這些地區有利于建造地面太陽能發電站或水電站、風力電站。可是，這些地區人煙稀少、地形復雜，在崇山峻嶺之中難以架設線路，這時無線輸電技術就有了用武之地。采用無線輸電技術，還可以把核電站建在沙漠、荒島等地。這樣一方面便于埋葬核廢料，另一方面當電站運行發生故障時也可以避免對周圍動植物的大量傷害和耕地的污染。
4.3傳送衛星太陽能電站的電能
所謂衛星太陽能電站，就是用運載火箭或航天飛機將太陽能電池板或太陽能聚光鏡等材料發送到赤道上空35800km的地球靜止同步軌道上。在太空的太陽光線沒有地球大氣層的影響，輻射能量十分穩定，是“取之不盡”的潔凈能源。并且一年中有99%的時間是白天，其利用效率比地面上要高出6―15倍［3］。在那里利用太陽能電池板把陽光直接轉變為電能，或者用太陽能聚光鏡把陽光匯聚起來作為熱源，像地面熱電廠一樣發電。這樣產生的電能供給微波源或激光器，然后采用無線輸電技術將大功率電磁射束發送至地面，接收到的微波能量經整流器后變成直流電，由變、配電設施供給用戶。
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4.4無接點充電插座
隨著無線電力技術的發展，一些小型用電設備已經實現了無線供電。如：電動牙刷、“免電池”無線鼠標、無線供電“膜片”/“墊”等。無線供電“膜片”/“墊”是一種家用電器無線供電方式，用一片圖書大小的柔軟塑料膜片就可對家電進行無線供電，可為圣誕樹上的LED、裝飾燈、魚缸水中的燈泡、小型電機、手機、MP3、隨身聽、溫度傳感器、助聽器、汽車零部件、甚至是植入式醫療器件等供電。
4.5給以微波發動機推進的交通運輸工具供電
現在大部分交通運輸工具燃燒石油產品，其發動機叫做柴油發動機、汽油發動機等。與此類比，以微波作為能源推進的發動機叫做微波發動機。微波是工作頻率在0.3―300GHz的電磁波，不能直接用它來驅動電動機，因為要設計出在如此高的頻率下工作的發動機非常困難。如果思路加以改變，把微波能量轉變為直流電流的整流器，那么微波就可以直接作為交通工具的能源了。煤、石油、天然氣的存儲量有限，而日消耗量巨大，總有耗盡之日，到那時衛星太陽能電站可望成為能源供給的主干，通過無線輸電技術就可以直接把微波能量輸給交通運輸工具。
4.6在月球和地球之間架起能量之橋
世界人口的不斷增長和地球資源的日益耗盡，太陽系中其他星球的開發利用是人類一直以來的夙愿。月球是地球的天然衛星，其上資源豐富，地域遼闊，是首先要開發的星體。未來人類對月球的利用主要是移民和資源獲取。月球的土壤里富含SiO2，是制造太陽能電池的原料。如果先在月球上建立起工廠，然后把太陽能電站直接建在月球上，比起建在地球靜止同步軌道上要容易些，借助于微波束或激光束把電能發送到地球。
5.結語
隨著無線電力傳輸技術的不斷發展與成熟，不但使人們未來的生活有望擺脫手機、相機、筆記本電腦等移動設備電源線的束縛，享受在機場、車站、酒店多種場所提供的無線電力，而且可用于一些特殊場合，如人體植入儀器如心臟起搏器等的輸電問題、新能源（電動）汽車、低軌道軍用衛星、太陽能衛星發電站等。在世界經濟迅速發展的今天，節能和新的、可再生能源的開發是擺在能源工作者面前的首要問題。太陽能是取之不盡、用之不竭的干凈能源。除核能、地熱能和潮汐能之外，地球上的所有能源都來自太陽，建造衛星太陽能電站是解決人類能源危機的重要途徑。要將相對地球靜止的同步軌道上的電能輸送的地面，無線輸電技術將發揮至關重要的作用。從長遠來看，該技術具有潛在的廣泛應用前景。但是，每一種無線傳輸方式，都有一系列問題需要解決，如電能傳輸效率問題，電力公司如何收費和計費，能量傳輸所產生的電磁波是否對人體健康帶來危害，等等。不管怎樣，一旦這項技術能夠普及，就會給人們的生活帶來巨大的便利。
參考文獻:
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論文摘要:感知無線電技術是在軟件無線電技術基礎上發展起來的一種新的智能無線通信技術，是軟件無線電技術的擴展，它使軟件無線電從預先定義協議的盲目執行者轉變成為無線電領域的智能。感知無線電雖具有獨特的優點，但技術并不成熟，本文對感知無線電的無線傳輸場景分析、信道狀態估計及其容量預測、功率控制和頻譜管理，無線電知識描述語言等關鍵問題進行了探討，希望能夠對相關工作的開展提供一些參考。
一、感知無線電的概念
感知無線電技術用以實現動態頻譜共享。通過檢測空中信號占用頻譜，通過探知無線環境中空閑頻譜資源，選擇可被自己利用頻率進行通信。租借系統通過采用感知無線電技術，實時跟蹤授權系統占用頻率狀況，隨時使用、釋放頻段，在保障授權系統通信前提下，與授權系統動態共享頻譜。采用頻譜檢測方式獲取頻譜信息可使感知無線電技術能適應無線環境頻譜使用狀況短期變化，高效利用頻譜，并且感知無線電技術不要求改造現有系統，對無線信道環境和用戶需求都將具有較好適應性。
感知無線電技術動態頻譜共享是自適應傳輸技術思想在頻譜分配領域的運用。自適應傳輸使無線通信系統數據傳輸適應信道傳輸能力的變化，通過提高數據傳輸速率來改善頻譜利用率。而感知無線電使無線通信系統占用的頻譜適應無線環境頻譜使用狀況的變化，通過增加共享同一頻段的系統數、用戶數來提高頻譜利用率。不管是自適應傳輸技術還是感知無線電技術，其思想的核心都是無線通信系統能自動地適應外界環境和自身需求的變化。
感知無線電思想可以推廣到移動通信其它層面。從低層到高層，要求未來移動通信系統能檢測系統各層參數與狀態，如鏈路質量、網絡拓撲、業務負載、甚至用戶需求，并能適應這些變化。從通信端到端，在存在重疊覆蓋多種無線電通信環境下，要求移動設備能夠在異構網絡間切換，實現包括終端、網絡和業務在內的端到端重配置。這也就是所謂的認知網絡(CognitiveNetwork)。
二、感知無線電關鍵技術分析
作為一種新的智能無線通信技術，感知無線電可以感知到周圍的環境特征，采用構建方法進行學習，通過相關描述語言(RadioKnowledgeRepresentationLanguage，RKRL)與通信網絡智能交流，實時調整傳輸參數，使系統的無線規則與輸入的無線電激勵的變化相適應，以達到隨時隨地通信系統的高可靠性和頻譜利用的高效性。無線規則指一系列適合無線頻譜合理使用的射頻帶寬、空中接口、相關協議和空間時間模式的設置。感知無線電系統的重構能力很重要，該功能就是以軟件無線電作為平臺來實現的。重構功能是由軟件無線電實現，而感知無線電的其他任務是通過信號處理和機器學習的過程實現，其感知過程開始于無線電激勵的被動感應，以做出反應行為而終止，一個基本的感知周期要大致分為3個基本過程，分別是無線傳輸場景分析、信道狀態估計及其容量預測、功率控制和頻譜管理，它們的順序執行使感知無線電系統的感知功能得以實現。
2.1感知無線電技術與動態頻譜分配
未來移動通信系統滿足用戶需求的關鍵點是提高頻譜利用率。移動通信的發展使帶來了越來越嚴重的頻率短缺問題。解決頻率短缺大致有兩類方法，一是擴大可利用的頻率范圍，二是提高頻譜利用率。為增加可用頻率，移動通信系統的頻率已擴展至300GHZ。無線信道的路徑損耗是隨頻率升高而迅速增加的，所以頻率過高并不利于移動通信。因而，更加有效的方法是提高頻譜利用率。
提高頻譜利用率有三類途徑，改進通信設備的傳輸技術，優化網絡、提高組網能力。目前廣泛采用這兩種途徑，但是這兩種方法能夠獲得的頻潛利用率增益將越來越少。第三種提高頻譜利用率的途徑是改進頻譜分配方式。
目前國際上主要采用固定頻譜分配方式，一個頻段只分配給一個無線接入系統，不管分配的頻段是否被頻率牌照的所有者實際使用，其它無線接入系統不能占用該頻段。為提高頻譜利用率，可以將一些頻段分配給了多個系統，允許它們同時占有同一個頻段，甚至一些頻段可以開放為不需牌照的頻段，允許任意系統占用。盡管固定頻譜分配方式能夠改善系統干擾問題，但由于頻譜的授權系統并不是在任何地區的任何時刻都使用頻率，其頻譜利用率很低。而簡單地允許多個系統共享一個頻段，雖然優于獨占性的固定頻譜分配方式，但由于它對頻譜共享沒有加以必要的控制，一個系統占用頻率前并不知道該頻率是否正在被其它系統使用，從而導致了兩方面的問題。可見，如果僅僅是簡單地允許多個系統共享頻譜，而不避免系統間干擾，會制約頻譜利用率的提高，并且不能保證通信質量。為解決頻譜短缺與頻譜利用率低下的矛盾，可以考慮采用動態頻譜分配方式。允許多個系統共享同一頻段，各系統只在需要通信時才能占有頻段，通信結束就釋放頻段，而且必須控制系統間干擾，后接入的系統不能影響其它已有系統的通信。為與現有通信系統兼容，分配頻段上授權系統有使用頻譜的最高優先級，只要不影響授權系統通信，租借系統與授權系統動態共享頻譜。這種動態的頻譜共享包含時間與空間兩方面。在時間上，當授權系統不使用所分配的頻率時，租借系統可以占用頻率，但當授權系統重新占用頻率時，租借系統必須及時地歸還頻率。
2.2信道狀態估計及其容量預測
信道估計的結果可用來計算信道容量，用于控制發送端的信號能量，可使用香農法則計算信道容量C，但在感知無線電系統中并不直接在發送端傳輸C的信息，而是量化C，一定的量化率用于反饋發送端，量化比率是預先確定的，所以接收機接收的信息量要小于信道容量C。一般來說，無線系統的傳輸率是波動的，當其超出一定界限時，就會引起系統的不正常工作，這個界限決定了最大的傳輸比特率。
2.3功率控制和頻譜管理
2.3.1功率控制
在感知無線電通信系統中功率控制的實現以分布方式進行，以擴大系統工作范圍，提高接收機性能。控制發送端功率是感知無線電系統的關鍵技術之一。在多址接入的感知無線電信道環境中，主要采用協作機制方法，包括規則及協議和協作的Adhoc網絡兩方面內容。多用戶的感知無線電系統彼此協作工作，基于先進的頻譜管理功能，可以提高系統工作性能，支持更多用戶接入。
2.3.2動態頻譜管理
動態頻譜管理也稱為動態頻譜分配，具有實現系統頻譜高效利用的功能。在感知無線電系統中，頻譜管理的算法可這樣描述:基于頻譜空穴和功率控制器的輸出，選擇一種調制方式以適應時變的無線傳輸環境，使系統工作在可靠傳輸的狀態下。系統工作的可靠性可由信噪比差額(SNRgap)的大小確定。
2.4無線電知識描述語言
傳統的軟件無線電不能與網絡進行智能交流，因為沒有基于模式推理計劃能力和沒有相關描述語言。在以軟件無線電為發展平臺的感知無線電研究中，研究表示無線系統知識、計劃和所需語言是關鍵技術，無線電知識描述語言(RKRL)應運而生，它表示了無線規則、系統配置、軟件模塊、網絡傳送、用戶需求、應用環境等知識。
參考文獻:
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關鍵詞：ZigBee 家居智能 溫度傳感器
中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）07（a）-0038-02
1 引言
1.1 智能家居簡介
人們的生活水平和質量隨著科技的進步和經濟發展，而得到了大幅度的提高。因此人們對家庭居住環境提出了更高的要求，希望家居生活更加智能化、人性化。智能家居應運而生。智能家居是一項綜合性的技術，綜合了計算機網絡、數字化以及傳感器等多門學科，同時又融入了人文科學等。通過各項技術的綜合管理，使得人們的生活更加舒適化、高效節能。家居智能系統的核心技術是：對于內部家庭的網絡構建以及智能控制。內部的家庭網具有兩種方式進行組網，即無線網絡或者有線網絡。傳統的智能家居系統采用的都是有線網絡的方式，采用綜合布線實現智能家居。但是這種布線使得成本急劇上升，安裝十分復雜。因此人們逐漸轉向無線傳感方面[1]。
家居智能大體上分為兩種類型：家庭的控制網絡以及家庭的數據網絡。家庭的控制網絡能夠使得不同的網絡之間進行數據的傳輸，同時也能夠相互之間進行通信以及網絡等功能。當然這些控制都是低速的，可控制照明燈光、家庭的安防以及應急等實用功能。家居智能中的控制需要連接很多設備節點，這些節點又都需要電池供電。因此，需要家居智能中的傳感器具有低速、低功耗、壽命長等特點。
1.2 智能家居發展歷程
傳統的智能家居都是通過有線的布線方式進行組建的，這樣做固然能夠使得數據傳輸穩定，但是卻帶來了許多問題。人們逐漸采用無線傳感器進行數據傳輸，包括：藍牙、WiFi、紅外以及ZigBee等。這些網絡無線技術的逐漸完善，使得家居智能取得了質的飛躍。
20世紀80年代在美國建成了第一棟智能建筑，智能建筑逐漸有了新的概念。此后世界各國都提出了很多基于家居的智能方案。這些智能家居方案在歐美等發達地區以及日本等的應用十分廣泛[2]。
20世紀90年代末期，新加坡舉辦了活動“98亞洲家庭電器與電子消費品國際展覽會”。在這次展覽大會上，新加坡提出了基于本國的家居智能系統。這個家居智能系統主要是包括了很多實用功能：智能的家庭控制面板、智能的接入寬帶功能、控制家電功能、接入有線電視功能、安防應用以及抄送三表等功能。雖然這些功能在當時只是一個概念，并沒有完全融入人們的日常生活中。但是人們相信隨著科技的發展，家居智能必將服務現代人們，使得人們能夠具有高質量的生活。
2 無線通信技術簡介
2.1 藍牙技術
藍牙是一種短距離的無線通信技術。通過藍牙技術，我們能夠通過無線的方式，使筆記本電腦、移動電話和無線耳機等各種設備間進行信息交換。我們能夠通過藍牙實現數據的傳輸，但是藍牙的連接時間很長，大概需要3～10 s的時間。藍牙技術的數據傳輸速率是1Mbps，主要采用了時分雙工傳輸方案實現了全雙工傳輸。藍牙支持點對多點和點對點的通信，采用了快跳頻以及短包技術和分散式的網絡結構，工作在醫學、工業、科學的2.4 GHz ISM頻段，這個頻段是全球免費通用的[3]。
2.2 WiFi技術
WiFi無線傳輸技術具有快速安全和可靠等優點，能夠使得計算機能夠通過該網絡進行互聯網的連接。WiFi具有很寬廣的覆蓋面積，能夠達到大約100 m。其缺點是電波容易受到干擾，用戶在使用WiFi過程中傳輸的數據容易被竊聽和竊取，用戶的信息安全得不到保證。現在WiFi協議不斷發展，具有各種各樣的安全協議，使得安全性能得到很大提高[4]。
2.3 ZigBee技術
作為一種全新的無線傳輸技術，ZigBee具有功耗低、傳輸速率低等特點。其也是工作在2.4 GHz的頻段范圍內，傳輸的距離可以達到10～75 m，其協議內容同藍牙很相似。但是ZigBee通常都是使用在不需要對數據進行連續傳輸的場合，這是因為ZigBee經常是工作在睡眠模式下。現在世界上有70多個國家加入了ZigBee聯盟。在不同的國家和地區，采用了不同的物理層的頻段：在歐洲地區是868 MHz、在北美是915 MHz和2.4G。ZigBee更加適合應用在低頻率和低傳輸速率的儀器上，這是因為其采用的是星型網絡，主從配合。
2.4 紅外技術
在20世紀90年代初期，世界上20多個廠商聯合建立紅外數據協會。他們將紅外通信的標準進行了統一，這就是紅外技術。紅外技術的初始數據傳輸是4兆波特率，隨著技術的不斷發展，現在的傳輸速率提高了3倍。紅外技術更加適用于點對點的短距離無線傳輸上，這是因為紅外技術采用的近紅外線的波長很短，因此并不能夠穿透物體，或者說在穿透物體時數據會發生偏差。當前紅外技術的應用十分廣泛，技術已經十分成熟[5]。
2.5 射頻設別技術
射頻識別技術，也叫做無線射頻識別技術。該技術是在1990年流行的一種自動識別技術，這種自動識別技術并不需要直接接觸，而是通過射頻的方式進行互相通信。射頻識別的數據傳輸精度很高，同時具有很強的抗干擾能力。正是因為射頻識別技術不需要進行直接接觸，因此在應用的過程中并沒有摩擦，同時也不需要可見光源，因此使用壽命很長，耐久性很好。
3 ZigBee技術
3.1 ZigBee協議
ZigBee協議是定義在IEEE802.15.4協議的基礎上，IEEE802.15.4是一個新興的無線通訊協議，是一種低速的標準。該標準對兩個層次進行了定義：MAC層以及PHY層。MAC層是介質訪問層，其對多個無線的傳輸信號采用何種方式實現頻段共享進行了定義和說明。PHY層是物理層，其對數據的傳輸速率以及網絡的無線頻段進行了定義。然而，只對這兩個層的定義和規范不能解決數據傳輸等所有問題。這是由于即使是在這樣的規范下，世界各生產廠商所生產出來的設備同樣具有兼容性問題[8]。這就需要廠商聯合起來，對使用標準進行定義和規范。因此ZigBee聯盟成立起來，其規定了不同的設備生產廠商進行設備兼容性的問題[7]。
3.2 ZigBee技術的特點
數據傳輸速率低：ZigBee技術的數據傳輸在20～200K波特率之間，可以分成幾個頻段。依據不同的頻段，能夠具有與不同的數據傳輸能力。但是該速度能夠滿足其一般數據傳輸的要求[6]。
功耗很低：ZigBee的功耗很低，兩節5號電池能夠供其在待機時能夠工作半年到2年。
成本低：ZigBee技術的數據傳輸速度比較低，因此具有很簡單的協議，成本也就相應減少了。同時該技術協議是開發的，用戶在使用的過程中并不需要向相關部門提交專利費。
具有較快的響應速度：將其喚醒到工作狀態，所需時間只要15 ms；接入網絡時間也僅需30 ms，節約能量。藍牙接入網絡的時間很長，大概需要3～10 s；WiFi接入網絡也需要3 s的時間。
3.3 ZigBee協議架構
ZigBee的協議相比較上節所提到的無線標準，具有簡單有效的特點。ZigBee的協議在惡劣的環境下也能夠很好地工作，只需要很低的硬件配置就能夠正常工作[9]。ZigBee具有幾個層次的標準，這些標準如圖1所示。
4 硬件系統設計
基于ZigBee技術的家居智能系統設計，傳感器系統有很多，溫度傳感器、火焰傳感器、煙霧傳感器等等，如圖2ZigBee技術在家居智能中的應用。本文簡要介紹其中的一款溫度傳感器的設計與應用。
4.1 硬件系統簡介
圖3為ZigBee家居智能節點硬件示意圖，它由射頻數據模塊、微控制器和設備組成，其設備包括傳感器、執行器、LCD等。
4.2 無線收發器
MC13192是飛思卡爾公司的一款無線收發器。該收發器具有很低的功率消耗，同時工作在2.4 GHz頻段下。MC13192在mesh以及star網絡上應用良好。如果對MC13192加上相應的MCU控制器后，就能夠提供一種合適性價比的數據傳輸方案。
4.3 主控芯片
本文設計的ZigBee智能家居使用的主控芯片是AT89S52單片機。MSC-51單片機是八位的非常實用的單片機。本文所使用的AT89S52單片機就是基于這款單片機的。MSC-51單片機的基本架構被ATMEL公司購買，繼而在其基本內核的基礎上加入了許多新的功能，同時擴展了芯片的容量以及加入flash閃存等等。51內核的單片機具有很多優點，因此無論是在工業上還是在一些電子產品上應用都很多。全球也有許多大公司對其進行擴展，加入新的功能。即使是在今天，51單片機仍然在控制系統中占據很大市場。這款單片機具有最大能夠支持的64 K外部存儲擴展，同時還具有8K字節的Flash空間。該單片機具有4組I/O口，分別是從P0到P3，同時每組端口具有8個引腳。
4.4 液晶模塊
液晶模塊的功能主要是顯示系統的工作狀態。例如，進行信道的能量檢測時，等檢測完畢之后，就可以在液晶上顯示檢測到的當前信道的能量級別；MCU請求發送數據時，數據是否發送成功，若發送成功就可以在液晶上顯示成功，如果發送不成功，則可以根據返回的狀態在液晶上顯示發送不成功的原因。
4.5 溫度傳感器
溫度檢測的方法有很多，比如采用熱電偶等。本文采用的是DS18B20溫度傳感器。該溫度傳感器采用的是one-Wire總線，即只采用一根信號線與單片機進行連接。該測溫傳感器能夠測量-55～125 ℃的溫度范圍，同時分辨率能夠達到0.5 ℃。工作電壓范圍很寬，一般為3.0～5.5 V。
5 軟件系統設計
5.1 總體設計
整個系統的軟件主要可以分成三個層：應用層、協議層以及系統平臺層。系統平臺層提供服務給協議層，這些工作都是同過調用API程序來實現的；協議層是對物理層和ZigBee網絡協議的實現；應用層主要完成傳輸數據等功能。
5.2 溫度測量程序
該論文采用的溫度傳感器是one-wire總線的器件，與主控芯片進行一根數據線連接，就能夠同時實現數據和時鐘信號的雙向傳輸。但是這樣就要求主控芯片的時序必須具有嚴格的要求。在出廠之前，每個器件的ROM上都光刻上64位的編碼，這個編碼地址序列是唯一的，我們可以通過這個編碼地址序列來進行多點的組網。本文所設計的溫度采集系統，在每一個結點只是用一個溫度傳感器，因此在程序中并不需要讀取其ROM編碼。
6 結語
目前在智能家居設備控制已經應用方面各個商家和設備廠商繽紛復雜、百花齊放，對技術的采用和各個系統的融合還存在很大的討論空間。所以本論文在結合ZigBee技術的優點的基礎上討論了其在溫度傳感中的典型應用，以希望此論文能夠拋磚引玉，為我國現代化技術在智能家居智能領域的發展貢獻一點力量。
參考文獻
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Wireless Communication Systems
From RF Subsystems to 4G
Enabling Technologies
2010，1024pp
Hardback
ISBN9780521114035
杜克林等著
無線通信系統(Wireless Communication System)也稱為無線電通信系統，是由發送設備、接收設備、無線信道三大部分組成的，利用無線電磁波，以實現信息和數據傳輸的系統。4G移動通信系統即下一代移動通訊，是移動通信系統演進過程中的一個階段和目標，它不僅采用新的無線傳輸技術提高通信系統的性能，而且與現有的各種有線與無線網絡相融合；它不僅包含現有的移動蜂窩網絡結構，而且在某些環境下也可以采用Ad hoc方式進行組網，或者采用兩種結構的組合形式，形成蜂窩網絡下的兩跳或多跳網絡結構方式。
本書涵蓋了目前以及下一代移動通訊與無線網絡系統的所有關鍵技術，涉及CDMA技術、OFDM技術、超寬帶、turbo和LDPC編碼、智能天線、無線Ad Hoc和傳感器網絡、MIMO和認知無線電，為讀者提供了掌握無線系統設計所需要的一切知識。本書共22章，1.無線網絡發展史、無線系統各部分基礎知識，以及本書結構等內容；2.各種無線通訊發展概況；3.無線通訊系統中影響頻道和傳播的各種因素；4.蜂窩和多用戶系統的概念與相關技術；5.無線通訊系統分集技術；6.信道估計、信道均衡、脈沖整形等內容；7.各種調制與解調技術；8.擴頻通訊原理及具體應用；9.正交頻分復用的相關知識，以及正交頻分復用的具體應用；10.天線設計原理及基礎；11.射頻與微波子系統的各部分原理分析與電路等內容；12.A/D和D/A轉換相關知識；13.信號處理的相關技術；14.無線通訊系統信息理論相關基礎；15.信道編碼的基本技術；16－17.信源編碼中的語音和音頻編碼、圖像和視頻編碼；18－19.兩種多天線系統：智能天線系統和MIMO系統；20.超寬帶通信的相關知識；21.認知無線電相關知識；22.無線自組織傳感器網絡相關知識。
本書詳細介紹了射頻子系統及天線的性能、設計和選擇方法，使讀者對于無線系統有一個清晰概覽，也是第一次完整的介紹無線系統中語音編碼器和視頻編碼器的教科書。本書有400副插圖，側重于實際和藝術的系統設計技術，而不是系統設計的數學基礎，適合于無線通信領域的研究生和研究人員，以及無線和電信工程師。
杜克林，IEEE高級會員，1998年在華中科技大學獲得博士學位，1998－1999年在中國華為公司從事軟件開發；1999－2000年在中國電信技術研究院TDD研發部移動通訊中心從事射頻系統設計。2000到2001年在香港中文大學微波與通訊實驗室從事項目管理；2001年加盟加拿大Concordia大學信號處理與通訊中心，并于2008訪問了香港科技大學。他的主要研究領域包括信號處理、無線通信、射頻系統、神經網絡。
M. N. S. Swamy是IEEE會員、英國工程技術學會和加拿大工程信息中心會員，并獲得許多IEEECAS獎勵，包括在1986年GuilleminCauer獎、2000年教育獎和50年金質獎章。是加拿大Concordia大學電氣與計算機工程學院信號處理與通訊中心主任；他還是Concordia大學1977到1993年期間工程與計算機科學學院院長。他發表了大量關于電路、系統和信號處理的論文，合作四本書。
杜利東，助理研究員
（中國科學院電子學研究所）
摘 要：隨著LED照明技術的迅速發展，對LED自適應調光技術的需求越來越強烈。該文以AVR單片機中Atmega16作為
>> 空間高等植物培養箱控制系統的設計與實現 基于GSM的生物培養箱智能監測系統 基于LED光源的番茄生長動態補光控制系統設計 基于SOPC的LED點陣控制系統設計 基于ZigBee的智能LED路燈控制系統設計 基于DSP的光伏LED照明驅動控制系統 NICU培養箱溫度無線監測系統的研究與設計 食品行業培養箱的設計研究 基于ZigBee技術的LED路燈節能控制系統的設計 基于單片機的LED電子顯示屏控制系統的設計 基于WSCN的LED顯示屏遠程控制系統的設計 基于IOT的LED智能照明控制系統的設計 基于單片機的LED路燈模擬控制系統的設計與實現 基于無線傳輸的LED燈遠程控制系統設計 基于太陽能LED照明控制系統的處理器設計 基于LED冷光源的智能路燈控制系統設計 基于LED的校園照明節能控制系統 LED點陣顯示控制系統的設計與研究 太陽能LED路燈控制系統的設計 LED教室走廊智能燈的控制系統設計 常見問題解答 當前所在位置：l.
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功率效率；載波干涉正交頻分復用；添零；頻率分集增益
low power efficiency is a problem affecting traditional orthogonal frequency division multiplexing (ofdm) systems. to counter this problem, a new wireless transmission technology based on zero-padding interferometry ofdm (zp-ci/ofdm) can be employed. zp-ci/ofdm extends the launch symbol to all ofdm subcarriers via carrier interfermoetry codes, eliminating the average power ratio problem and making full use of multicarrier frequency diversity gain. through zero-padding at the transmitter, zp-ci/ofdm can use an advanced receiver to take further advantage of diversity gain and to improve power efficiency in the system.
power efficiency; carrier interferometry; orthogonal frequency division multiplex; zero-padding; frequency diversity gain
正交頻分復用(ofdm)是由多載波調制(mcm)技術發展而來，基本思想是采用頻譜重疊但相互不影響的多個子頻帶來實現頻分復用的數據傳輸。ofdm技術可以有效對抗符號間干擾(isi)，具有頻率利用率高以及適合于高速數據傳輸等優點，因此越來越受到人們的關注[1]。
20世紀80年代，ofdm技術在通信領域開始商用，并于20世紀90年代首先在廣播式的音頻和視頻領域得到廣泛應用，包括在不對稱數字用戶線(adsl)、甚高數據率數字用戶線(vhdsl)、音頻廣播(dab)、數字視頻廣播(dvb)等[2]。1999年，ieee通過了5 ghz的無線局域網標準——ieee 802.11a[3]，其物理層傳輸基于ofdm技術。隨后，寬帶無線接入系統ieee 802.16[4]將ofdm技術作為物理層的基礎技術。在3g的后續演進技術中，lte的前向鏈路采用正交頻分多址(ofdma)技術，反向鏈路采用單載波-頻分多址(sc-fdma)技術[5]。短距離通信ieee 802.15.3a超寬帶(uwb)技術[6]也將ofdm作為備選方案之一。可見，ofdm已經成為寬帶無線通信的主流傳輸技術。然而，ofdm也存在自身的技術缺陷：
(1)與單載波系統相比，ofdm系統的輸出是多個獨立子載波信號的疊加，合成信號會產生很高的峰值平均功率比(papr)。高的峰值平均功率比對發射機射頻功放的線性度提出了很高的要求，同時也導致了發射機的功率效率降低。
(2)ofdm系統將頻率選擇性衰落信道轉化為并行的平坦衰落子信道，因而能夠在有效對抗符號間干擾(isi)的同時，降低接收端均衡處理的復雜度。然而，ofdm也因此喪失了頻率多徑分集增益。因此，當子載波處于深衰落時，相應的子載波承載的數據符號的檢測就變得異常困難，從而限制了ofdm系統的誤碼率(ber)性能，降低了ofdm系統的功率效率。
針對傳統的ofdm的功率效率問題，wiegandt等將載波干涉(ci)碼用于ofdm系統中，提出了稱為ci/ofdm的改進的ofdm傳輸技術[7-8]。在ci/ofdm系統中，每個低速并行數據不再像ofdm那樣僅通過各自的子載波傳送，而是由正交的ci碼擴展到所有子載波上同時傳輸。因此，ci/ofdm不降低系統的傳輸速率，也不需要額外帶寬即可產生頻率分集增益，提高系統的ber性能。另外，從時域角度看，ci碼使每個數據調制的時域波形峰值均勻錯開，不再像ofdm那樣由許多隨機正弦信號相加，從而完全消除了papr問題。
傳統的ofdm系統在添加保護間隔時采用循環前綴(cp)方式來消除符號間干擾。最近的研究表明，采用添零(zp)方式來代替cp所形成的zp-ofdm系統可以在信道深衰落的情況下保證傳輸符號的恢復，從而較傳統基于cp的ofdm系統而言具有更好的誤碼率(ber)性能[9]。
1 系統模型
zp-ci/ofdm的系統模型如圖1所示。在發射端，zp-ci/ofdm系統利用傅里葉反變換(idft)來實現ci碼擴展[10]，再利用n點idft將數據調制到各個子載波上，并在數據符號后添加ng個零作為保護間隔以實現基于zp-ofdm的發送。在接收端，zp-ci/ofdm可以從頻域或者時域的角度進行信號檢測，以充分利用頻率分集增益，提高系統的功率效率。
2 系統的接收機技術
在zp-ci/ofdm系統的中，為提高系統的功率效率，接收端的信號檢測技術十分重要。基于zp-ci/ofdm的3種接收信號模型，這里介紹頻域最小均方誤差(mmse)檢測、時域mmse檢測和非線性檢測3種關鍵技術。
2.1 頻域mmse檢測
zp-ci/ofdm系統的頻域mmse檢測是針對頻域接收信號模型并采用mmse算法來進行檢測。其基本實現步驟是：首先，接收機通過n+n傅里葉變換(dft)將所接收到的時域符號轉換成頻域符號。再通過頻域信道估計，估計出(n+ng)×(n+ng)階頻域信道矩陣h。此時的信道矩陣h為對角型矩陣，即，h=diag(h0,h1,…,hn+ng-1)。這里，h0,h1,…,hn+ng-1=fn+ng (h0,…,hl,0,…,0)(n+ng)×1。其中，fn+ng表示(n+ng)階dft矩陣，(h0,…,hl)是衰落信道的信道沖擊響應(cir)向量。于是，可以利用頻域信道矩陣h對頻域接收信號進行mmse檢測。最后，利用dft實現ci碼解擴，恢復出原始發送信號。頻域mmse檢測技術的實現框圖如圖2所示。
2.2 時域mmse檢測
基于頻域的zp-ci/ofdm系統檢測算法并不能充分利用系統的頻率分集增益，為此，可以采用基于時域的mmse檢測。頻域的zp-ci/ofdm系統檢測算法是針對時域接收信號模型并采用mmse算法來進行檢測。基本實現步驟是：首先，通過時域信道估計，估計出(n+ng)×n階時域信道矩陣h。h為截斷的長方形toepitz型矩陣；再利用時域信道矩陣h對時域接收信號進行mmse檢測，然后過dft將信號從時域變換到頻域；最后利用dft進行ci碼解擴恢復出原始發送信號。時域mmse檢測技術的實現框圖如圖3所示。
2.3 非線性檢測
為了進一步提高分級增益，獲得更好的功率效率，zp-ci/ofdm系統可以采用復雜度更高的非線性檢測。zp-ci/ofdm系統非線性檢測的基本原理是基于該系統的接收信號模型可等效成n×(n+ng)階mimo系統，從而可以采用一些非線性mimo檢測算法來進行檢測，從而提高系統性能。
非線性檢測算法的基本實現步驟是：首先，通過時域信道估計，估計出(n+ng)×n階時域信道矩陣h。然后通過對接收信號的分析，生成從數字調制后數據符號到接收信號間的(n+ng)×n階等效多輸入多輸出(mimo)系統矩陣ω，即ω=hfn-1fn-1，其中fn-1為n階idft矩陣。最后利用一些已有的非線性檢測算法，如排序順序干擾抵消(osic)算法[11]或球形譯碼(sd)算法[12]，對接收信號進行非線性檢測，恢復出原始發送信號。非線性檢測技術的實現框圖如圖4所示。
3 應用示例
為驗證zp-ci/ofdm系統的高功率效率特性，我們對zp-ci/ofdm的ber和papr性能進行了仿真，并將其與傳統的ci/ofdm系統和ofdm系統進行比較。
3.1 誤碼率性能仿真
在仿真過程中，信道模型采用的是cost207tux6[13]信道模型，調制方式采用的是16相正交幅度調制(16-qam)。系統仿真參數是：帶寬為2.5 mhz，子載波個數為128，保護間隔長度為16，最大多普勒頻移可達到40 hz。
ber性能仿真結果如圖5所示。在圖5中，fdmmse、tdmmse和osmmse分別代表了zp-ci/ofdm系統中的頻域mmse檢測、時域mmse檢測和基于采用mmse準則的osic非線性檢測。
由圖可見，無論采用哪種檢測技術的zp-ci/ofdm系統的ber性能都優于傳統的ci/ofdm系統和ofdm系統，并且在高信噪比(snr)下，ber增益更加明顯。
由于可以更好地利用頻率分集增益，zp-ci/ofdm系統相對于傳統的ofdm和ci/ofdm系統具有更好的功效性能。
3.2 峰值平均功率比性能仿真
在papr的性能仿真中，我們引入互補累積分布函數(ccdf)來描述信號的papr。圖6所示為在16-qam調制下的zp-ci/ofdm、ci/ofdm和ofdm這3種信號的papr性能仿真結果。由圖6的仿真結果可以看出，ci-ofdm系統由于ci碼的引入從而具有很低的papr，zp-ci/ofdm系統由于以添零的方式作為保護間隔使得papr略有提高，但也明顯低于傳統的ofdm系統。因此，zp-ci/ofdm系統以較小的papr提高為代價，換取了更大的ber增益。
4 結束語
本文分析了ofdm技術作為寬帶無線通信的主流傳輸技術所存在優缺點。由于ofdm技術存在功率效率問題，從而制約了以ofdm為核心的無線傳輸技術的發展。針對這一問題，本文給出了一種新的zp-ci/ofdm無線傳輸技術。zp-ci/ofdm技術通過載波干涉碼將發射符號擴展到所有ofdm子載波上，在有效消除傳統ofdm的papr的同時，充分利用多載波的頻率分集增益；同時，通過在發射端添零，利用先進的接收機技術進一步利用頻率分集增益，提高系統的功率效率。
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收稿日期：2010-09-06
高培，電子科技大學通信抗干擾技術國家級重點實驗室在讀碩士研究生；主要研究領域為無線通信中的信號處理技術；已參與3項基金項目，發表ei檢索論文2篇，申請發明專利1項。
【關鍵字】CBTC 隧道 信道建模 幾何光學模型 波導模型
一、緒論
隨著世界經濟的迅速發展，各國的交通運輸建設也得到了極大發展。為了實現鐵路運輸的高效和安全，基于通信的列車運行控制（Communication-based Train Control，CBTC）技術成為了未來城市軌道交通發展的方向之一。CBTC中車地間的數據通信系統（Data Communication System，DCS）是地面和車載設備之間通信的橋梁，通過它可建立列車車輛與地面設備之間連續、雙向、高速的數據通信。
目前，CBTC系統主要采用無線移動信道來傳輸車一地雙向數字信息，CBTC的運營環境主要有：開闊空間、高架橋和隧道；為了適應不同的運營環境會有不同的傳輸媒介，CBTC的傳輸媒介主要有：自由波（天線）、漏泄電纜和漏泄波導三種。由此可見，CBTC無線傳播環境非常復雜，無線信道的特性也會受到運營環境和傳輸媒介的影響。因此，需要分析不同運營環境及不同傳輸媒介下的傳輸性能。
而分析不同條件下傳輸性能的前提，即是對信道進行建模。本文主要針對隧道這種運營環境，從其理論出發，提出一種建立隧道模型的方法。
二、隧道環境簡介
為了適應鐵路在大城市通過的需要而在城市底下穿越的隧道稱為城市隧道。由于隧道對無線電波的屏蔽、吸收和散射作用，使得電波無法沿隧道縱向遠傳，這就造成了隧道無線電波通信困難。若隧道太長，會由于電波縱向傳播衰減嚴重，而使無線通信問題很難處理，而且此時實際投入使用的隧道通信方案成本也會很高，因此研究隧道內的無線電波傳播特性就顯得非常必要。在隧道內，空間波的傳播方式指的是自然的傳播方式（即自由波），也就是通過天線來輻射出無線電波，使其在隧道內的介質（即為空氣）中進行傳播。目前對隧道進行建模的方法主要有三種：幾何光學模型（Geometrical Optical model，GO model）、波導模型和全波模型。
而在隧道無線傳輸的研究中，等效為波導的方法是基本方法，即將不含縱向導體的隧道看作空心介質波導，此時只有工作頻率高于隧道截止頻率的電磁波才能夠傳播（CBTC的工作頻率為2.4GHz），這也是隧道的固有傳播，其余電磁波會因為迅速衰減掉而無法傳播。
本文中僅考慮矩形的隧道橫截面這一種情況。矩形隧道可看作修正后的矩形波導，若矩形隧道的橫截面寬為a，高為b，其截止頻率為：
（式1）中，c是光速，m，n=0，1，2，3，…，且m、n不可同時為0，兩者均為波模的階次。隧道中無線電波的傳播是由截止頻率小于工作頻率的基模和有限次高次模完成的。
三、隧道模型建立
本文采用了一種結合了GO模型和波導模型，并采用泊松求和公式的混合模型，對隧道近區和遠區的傳播情況進行了分析。主要有以下三步：
（1）將隧道看做多模式工作的波導模型，只有從波導模型中得到的幾種模式的電磁波可在隧道中傳播。
（2）每種模式的強度是由激勵源決定的，因此需引入GO模型來分析激勵源平面上的電磁波分布，即發射天線所在隧道橫截面平面上的電磁波分布，這個場的分布可看做所有模式的電場的加權和。
（3）模式強度可由模式匹配方法得到，一旦激勵源平面上的模式強度確定，則隧道中的模式傳播就可確定了。隧道中其他位置的電磁波場強也可由每個模式場強的總和來預測。
本文將隧道橫截面看做寬為a，高為b的矩形。將矩形隧道的中心設為原點來建立笛卡爾坐標系，如圖1所示。
四、總結及進一步計劃
本文從理論出發，分析了CBTC中隧道這種運營環境的傳播特性，建立了隧道的信道模型。本文提出的模型為CBTC無線設備規劃提供了指導。
基于本文的隧道模型，論文還可對以下幾點進一步研究和優化：
關鍵詞：礦井，通信技術，通信系統
1 引言
目前，隨著煤礦機械化、自動化程度的不斷提高，通信技術在煤礦生產中的地位顯得越來越重要，已成為煤礦實現科學管理、提高勞動生產率、防止事故災害、降低百萬噸死亡率的必要手段。煤礦通信系統可分為地面通信和井下通信兩大部分。論文參考。近幾年來地面通信得到迅猛發展，設備、容量、技術不斷更新，逐步實現了數字化、程控化,通信的可靠性和穩定性也逐漸提高，地面通信正在向集語音、圖像和數據傳輸“三合一”的綜合信息網方向發展。但是，煤礦井下通信由于受通信設備技術、特殊環境條件等問題的制約,還存在許多問題。因此,建立一個暢通、靈活、可靠的井下通信系統是現代化煤礦建設的首要任務之一。
2 煤礦井下通信的特點
在煤礦通信的現代化進程中，井下通信作為重要的生產要素之一早已滲透在安全生產的每一個環節當中，特別是在生產指揮調度和安全的信息交流方面，都起著舉足輕重的作用。煤礦井下通信系統由于其環境的特殊性,具有較強的煤礦專業特征。
2.1 通信設備設計及制造方面的特點：
(1)井下通信設備必須具備本質安全性或防爆性，以適合在含爆炸性氣體的場合使用。所謂本質安全性是指正常工作或故障狀態下裝置產生的電火花和熱效應均不能點燃規定的爆炸性混合物。這就要求在電路設計時，對功率分配、元器件選擇，包括制作工藝保護措施都要做出特殊的考慮，不能直接照搬電信系統的設備或標準。
(2)設備必須體積小巧，質量輕，外殼必須具備防潮、防塵、防機械沖擊的能力。這是因為井下工作人員勞動強度大，井下巷道特別是工作面空間窄小，負重行動不太方便，而且生產崗位經常變動，流動性較大，因此要求設備必須便于攜帶和使用。
2.2 通信設備功能上的特點：
(1)通信系統對生產調度人員必須提供較高的優先權，可實現選呼、群呼、強插、強拆、錄音、擴音等功能，以便使指揮人員能暢通、無阻塞地呼叫任何終端。
(2)在重要通信點上應具備緊急呼叫和雙向報警功能，以提高對事故災害的應變能力。
(3)隨著煤礦井下安全生產及井下人員定位系統發展的需要，井下設備應當具有較強的移動通信功能，而礦井巷道為非自由空間，無線電波在井下巷道的傳輸受到根本性制約。所以應當研制功能更強的設備應用于煤礦井下的移動通信。
2.3 通信設備性能上的特點：
(1)井下通信設備是在信道條件較差的情況下工作，與地面通信有著較大的區別，地面通信設備的設計制造是以比較確切的信道參數為依據的。而由于井下環境較差，潮濕、粉塵嚴重，且在狹小的巷道空間內布有鐵道、管道、支架、電纜等金屬構件，所以，無論是專用信道還是借用信道,其特性都會受到較大的影響，使信道特性變壞或不穩定。
(2)井下用電設備配置量大，啟動頻繁，對信道形成的電氣干擾的噪聲頻譜寬、電平高。這些都對井下通信設備的運行構成較大的影響。這就要求運行于井下的通信設備在性能上必須能適應較差的信道條件和較強的干擾。
3 煤礦井下通信技術
建立功能完善的井下通信系統對于提高自動化程度、勞動生產率、加強安全防護等方面都有著非常重要的意義。井下通信作為現代煤礦通信技術的重要組成部分,現在亟待開發、研究、完善和提高。目前,井下通信技術主要有以下幾種。
3.1 載波通信技術：
載波通信是煤礦應用較早的一種通信方式，在語音、控制及信號監測方面都有應用。架線機車動力載波通信系統是煤礦早期實現電機車移動調度通信的主要手段，目前仍有一部分礦井在繼續使用。由于礦井載波通信的借用信道多數是動力電纜或機車的架線等，這些信道分支多，線路上設備起動頻繁，造成信道參數隨時間和地點的變化很大，因而通信質量不理想。目前載波通信系統在傳輸距離、通話清晰度、抗干擾性能等方面和感應通信及漏泄通信技術相比有較大差距，將逐步被替代。但在一些特定的工作環境，比如采煤機的動力載波監測等應用場合，采用動力線作為監控裝置的載波信道仍有其實用價值。論文參考。
3.2 漏泄通信技術：
是利用表面開孔的同軸電纜(漏泄電纜)在巷道中起到長天線的作用，實現移動電臺之間或與基站之間的可逆耦合，已獲得較好的通信質量。采用漏泄電纜實現井下巷道內無線電波的傳輸是一種比較理想的方法。漏泄通信技術不僅應用在礦井中，而且應用于公路、鐵路隧道、地鐵及地下停車場等場合，在國內外受到普遍的重視。其缺點是系統造價昂貴，又需敷設專用傳輸線，且信號接收局限在離導線30m以內，傳輸線架設和維護需花一定代價。
3.3 感應通信技術：
就是利用普通的金屬導體，如電線、電纜、鋼軌等，與移動電臺之間的電磁感應，靜電耦合的一種通信方式。它似乎像有線電，又有點像無線電，美其名曰“感應無線電”。通信與普通電臺的通信過程十分相似。感應通信系統具有系統組成簡單、價格較低、感應線敷設簡便(甚至可以用金屬管道作為感應線)、無需中繼器等優點,是煤礦井下比較受歡迎的一種移動通信方式。它能以較小的發射功率實現較長距離的通信，能同時實現幾個方向通信。感應通信系統為減小傳輸衰減,選擇的傳輸頻率較低(一般在2MHz以下)。而煤礦井下在低頻段的電磁噪聲較大,所以感應電話通話質量在有些礦井不理想，噪聲較大。另外，感應線離巷道壁太近時，形成電磁場空間分布的不均勻，引起較大的損耗，影響傳輸距離。
3.4 井下光纖通信技術：
國際上實用的光纖通信系統是1970年以后才發展起來的。由于光纖通信容量大、中繼距離遠、防爆性能好、抗干擾能力強，使光纖通信技術及其應用發展很快。1991年我國第一套井下光纜通信系統KT1系統研制成功，成功地解決了井下光纜的接續技術和井下光通信的若干技術難題，填補了井下光通信產品的空白。目前煤礦井下的光纖通信技術已經在許多領域發揮作用。除傳統的語音通信外，光纖是監測監控系統中理想的高速信道。光纖通信的低損耗無中繼傳輸優點使光纖工業電視系統成為井下工業電視系統的主導產品。光纖通信技術是一門新興的正在不斷發展的技術。就目前的井下光纖通信系統而言,光通信的許多優越性還有待進一步發揮。光纖通信在煤礦井下通信系統中的地位將會有更大的提高。
3.5 井下PHS通信技術：
PHS是日本開發的網絡系統，日本人稱之為“個人手持電話系統”（英文縮寫PHS，就是我們常說到的個人無繩市話系統），于1995年7月開通運營。PHS井下通信技術與目前應用于井下的其他無線通信系統（包括井下泄漏通信）有完全不同的設計理念。其技術來源于成熟的公眾移動通信技術，即PHS系統。經過一定的技術改造后把它移植于煤礦井下，是對傳統井下無線通信的突破，有傳統井下無線通信不可比擬的技術優勢。該系統在現代公眾無線通信的高技術平臺上開發，系統中各種設備與傳統煤田井下通信設備相比有較高的可靠性和性價比，并能夠得到生產廠商的長久支持。PHS通信系統作為一個無線傳輸平臺，具有較強的擴展性，平臺上可實現高速數據業務、人員定位信息的傳送等，為系統的應用提供更大的空間。可同時為煤礦井上、井下提供無線通信服務，在煤礦形成一整套覆蓋井上、井下立體的無線移動通訊及生產調度系統。
3.6 藍牙通信技術：
是一種短距離的無線數據與語音通信的開放性全球技術規范，它最初的目標是取代現有的掌上電腦、移動電話等各種數字設備上的有線電纜連接。使用國際上無需授權的2.4GHz的 ISM 頻段，采用了跳頻方式來擴展頻譜分成79個無線信道。從目前的應用來看，由于藍牙芯片體積小、功率低、接口標準、成本低，其應用已不局限于計算機外設，幾乎可以被集成到任何數字設備之中，特別是那些對數據傳輸速率要求不高的井下移動設備和便攜設備。論文參考。在井下通信時具有很好的抗干擾能力。
除了以上的井下通信技術以外，在實際應用中根據情況還可以采用擴頻技術、復用多址技術等技術來提高井下通信的可靠性及安全性。
4 結語
煤礦通信技術正在進入一個新的飛速發展時期，計算機技術、微電子技術的不斷突破給這一領域注入了新的活力。地面通信正在向數字化、綜合化方向發展，實現語音、數據、圖像的綜合傳輸,并且和計算機技術、網絡技術、光纖通信技術相結合,構成新型的地面綜合調度通信系統。井下通信將進一步應用先進的通信技術，最終構成有線和無線相結合、電纜與光纜相結合、固定和移動相結合、靈活方便、大容量、多信道、多功能的全礦井移動通信網絡。展望未來幾年,煤礦通信系統將伴隨著現代科學技術的飛速發展在許多重要方面有所突破,從而給煤礦通信的面貌帶來更大的改變。
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關鍵字：路燈；智能控制系統；ZigBee；GPRS
一、引言
路燈照明作為城市生活必需品之一，其重要性毋庸置疑。然而隨著我國城鎮化進程的不斷發展，城市路燈照明系統也隨著變得越來越龐大，傳統的人工控制模式已經難以良好地支撐起城市路燈照明系統的有序運行，在對路燈照明系統的控制上顯得捉襟見肘的同時，又耗費了不必要的人力財力等資源，因而，既能有序地控制城市路燈照明系統運行又能節省人力財力等資源的智能控制系統應運而生。本文把ZigBee技術和GPRS技術兩者相結合，分析了兩種技術相結合的方式以及兩種技術在控制路燈照明系統上所發揮的作用和其基本運行原理，兩種技術在構建路燈照明智能控制系統方面各司其職，又相互配合，從而組成了一個可以維持整個城市路燈照明系統正常高效運轉的智能系統。
二、路燈智能控制系統
城市路燈控制管理技術有定時控制、感光模塊控制和智能控制三種形式。其中，定時控制需根據季節的更替而調整，工作量大；感光模塊控制的光控元件易受環境影響而導致失靈等現象。同時，這兩種城市路燈控制管理技術無法對路燈設施的運行狀況進行實時監控，經常需要人工巡檢，不僅維護成本較高，而且很難保證路燈維護的及時性。相比較而言，智能控制管理技術則根據城市路燈照明的實際情況，采取了更好的控制方法，實現了對城市路燈運行狀況的實時監控以及對路燈照明的動態智能化管理。
三、基于ZigBee和GPRS技術相結合的城市路燈智能控制系統
1、ZigBee技術
ZigBee技術是一種短距離且功耗、速率、復雜度和成本均較低的雙向無線通訊技術。ZigBee的物理層（PHY）和媒體訪問控制層（MAC）采用了IEEE802.15.4標準，在此基礎之上，ZigBee聯盟制定了傳輸層（TL）、網絡層（NWK）和應用層（APL），從而構成了ZigBee協議標準。
1.1、采用ZigBee技術的路燈控制系統設計原則
對于采用ZigBee技術的路燈控制系統，設計時應當遵循以下原則：
（1）路燈的控制節點應當便于安裝且節點的硬件應具有擴展性，以便于日后的維護及升級；
（2）路燈的控制節點應當具有穩定可靠的性能，能在惡劣的條件下正常工作運行；
1.2、采用ZigBee和GPRS技術的路燈智能控制方案
信息采集子系統主要負責對路燈進行控制，并采集和處理路燈的光強信息等，它采用了ZigBee無線傳感網絡；信息傳輸子系統主要是通過GRRS來傳輸路燈控制中心的控制指令以及路燈的實時狀況信息。總的來說，就是通過ZigBee技術實現無線組網和智能科學的照明，通過GPRS來實現照明系統運行過程中的實時監控。
在整個路燈智能控制系統中，通過在每盞路燈上安裝集成的傳感器模塊（節點），配合以照度傳感器，從而構成了一個囊括所有受控路燈的無線傳感網絡，整個無線傳感網絡的通信和組建由ZigBee協議進行支持。而通過這些傳感器節點所收集到的各種信息，則通過GPRS傳輸到控制中心的計算機上，控制中心通過對收集到的信息進行分析處理，選擇最優的照明方案，再通過GPRS傳輸到相應的傳感器節點上，從而實現整個路燈照明系統的智能化控制。
其具體的智能照明方式是通過照度級別和傳感器的觸發與否來控制路燈的開關。當天色變暗時，主開關電路控制開啟路燈，傳感器節點將所收集到的照度信息通過GPRS傳輸到控制中心，控制中心根據收集到的信息調用相應的場景模塊照明方案，即對路燈的亮度進行調節；而當天色逐漸變亮時，則逐漸降低路燈亮度直至關閉路燈。
而其具體的智能監控則體現在以下幾個方面：（1）通過實時監測每盞路燈的工作電流參數、城市道路狀況以及每盞路燈的開關狀態來實現路燈照明實時數據的采集；（2）通過分析判斷工作中的路燈電流等的大小是否在正常范圍內來定位出現故障的路燈，從而便于維護人員對故障路燈進行快速修復；（3）通過控制中心的計算機可以查看路燈的實時照明數據，并能夠實現路燈燈光的調節。
2、ZigBee無線傳感器網絡節點硬件設計
ZigBee無線傳感器網絡節點由帶有GPRS通信模塊的協調器節點和ZigBee路由器節點組成。ZigBee路由器節點可以實現檢測照度、開關路燈、調節路燈亮度以及處理并傳遞網絡節點之間的信息到協調器節點，協調器節點則通過GPRS將這些信息上傳到控制中心，而要完成上述信息的采集及傳送，則需要必要的硬件支撐，圖2.2.1是無線傳感器網絡節點的硬件模塊示意圖。
圖2.2.1 無線傳感器網絡節點硬件模塊示意圖
ZigBee路由器節點
協調器節點
如圖所示，ZigBee路由器節點包括了傳感器模塊、路燈控制模塊和電源模塊，傳感器模塊可以檢測照度，路燈控制模塊可以開關路燈和調節路燈亮度，電源模塊則是其他模塊正常運作所必須的能源模塊，通過這些模塊可以實現路燈的控制與實時信息的收集；協調器節點的作用在于與控制中心進行通信，因此其包括了可以通信的GPRS模塊以及保證GPRS正常工作的電源模塊。
3、ZigBee無線傳感器網絡節點軟件設計
要實現基于ZigBee技術的智能路燈照明控制系統，不僅僅需要一定的硬件電路，還需要相應的軟件來配合硬件的運行。
為配合帶有GPRS模塊的協調器節點的有效運行，需要相應的軟件具有建立網絡、允許路由節點的加入和離開、接收各個路由節點上傳的信息、將信息通過GPRS上傳到控制中心、接收控制中心的控制指令在傳輸到路由節點等功能。該軟件的程序模塊需包括系統的初始化、協調器的注冊、接收路由節點的信息并處理、上傳路由節點的信息及接收控制指令等。
與路由節點相對應的軟件應具有自身節點狀態信息上傳、傳感器采集狀態信息和執行相關控制指令等。它的程序模塊需包括系統的初始化、路由節點注冊、接收各個節點的信息并處理、上傳節點信息到協調器節點、接收并執行協調器節點的指令等。
對于ZigBee無線傳感器網絡節點，其操作和信號的傳輸需在IEEE802.15.4標準下進行，ZigBee無線傳感器網絡中的通信一般使用原語來進行，而要想真正實現原語的交互，完成收集到的信息數據通信，則需要依靠軟件編譯來完成，即通過軟件算法，將數據信息、控制算法與原語相匹配，從而建立完成通信規則。
四、結語
隨著無線傳輸通信技術的不斷發展，無線傳輸的通信效率和通信質量都有了很大的進步，本文分析研究了在路燈控制系統中采用ZigBee和GPRS無線傳輸技術相結合的方案，通過對ZigBee無線傳感器網絡節點的軟件和硬件進行初步設計，闡述了ZigBee和GPRS技術在路燈智能控制系統中的運用方式和工作原理。
參考文獻
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術.2012（12）
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