佘靜芬

摘要：隨著無線電通信技術(shù)的迅速發(fā)展，無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)也得到了技術(shù)上的更新，它將嵌入式產(chǎn)品與現(xiàn)代無線通信技術(shù)相結(jié)合，共同構(gòu)成了一種新型的監(jiān)測控制系統(tǒng)。為了對無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計研發(fā)過程中的核心技術(shù)有一個更深層次的了解，該文將對其進行細致的研究。

關(guān)鍵詞：核心技術(shù)；無線通信網(wǎng)；操作系統(tǒng)；無線遠程監(jiān)控

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）18-0045-02

要對無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的核心技術(shù)進行分析，首先就要明確無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)的基本構(gòu)造。簡單而言，無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)是在傳統(tǒng)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)上逐步通過技術(shù)革新發(fā)展起來的，是一種融合了無線通信技術(shù)和信息處理技術(shù)的新型系統(tǒng)。無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)運作模式最關(guān)鍵的就是控制中心，它的主要任務(wù)就是對各監(jiān)測站反饋的信息進行收集，并在收集的信息的基礎(chǔ)上發(fā)布相關(guān)的操作命令來強化對檢測站的控制，談到這里，就不得不提無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式中的另一重要組成——監(jiān)測站，一般而言，只有它與控制中心協(xié)調(diào)合作才能共同發(fā)揮作用，由于監(jiān)測站的主要任務(wù)就是對主要任務(wù)就是對重要信息進行采集并對控制中心傳達的操作指令進行執(zhí)行，因而它分布在各個固定的監(jiān)測處。對控制中心和監(jiān)測站依賴的科學(xué)技術(shù)進行剖析，則控制中心的主要構(gòu)成是普通微機、工作站和工控機，而監(jiān)測站依靠的則是特定的技術(shù)形式例如DSP。

1.無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)的核心技術(shù)剖析

1.1控制中心中的技術(shù)分析

在無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)運行操作中，控制中心是最為重要的構(gòu)成，事實上與無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的其他核心技術(shù)相比，其設(shè)計開發(fā)都較為簡單，主要表現(xiàn)在兩個方面，一方面是它的硬件設(shè)計量小，另一方面是除了普通微機之外，通常需要網(wǎng)絡(luò)接人設(shè)備從旁輔助，如果自行設(shè)計的模塊最終在無線通信中得以運用，那么還需要對專用的無線網(wǎng)卡進行技術(shù)開發(fā)，再將其插入到微機主板的預(yù)留總線插槽中進行使用?？刂浦行牡母鞣N應(yīng)用設(shè)計軟件以Windows等常用操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)進行開發(fā)和設(shè)計，而當前階段，被運用于此類軟件開發(fā)、調(diào)試環(huán)節(jié)中的工具功能性較強并且數(shù)量龐大，這就在一定程度上給控制中心各種應(yīng)用軟件的設(shè)計開發(fā)提供了便捷。對軟件的實現(xiàn)方式進行分析，則絕大多數(shù)功能模塊都可以被設(shè)計成為動態(tài)的連接庫文件，而且為了提高界面的美觀性和操作方式的便捷性，人機接口的界面模塊為了更好的滿足用戶的各種需求，還可以提供定制服務(wù)。

1.2監(jiān)測站的設(shè)計實現(xiàn)

盡管控制中心在無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)的運行操作中是核心構(gòu)成，但若談到整個無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)，則其關(guān)鍵點卻是監(jiān)測站。在影響無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)的性能方面，監(jiān)測站在信息數(shù)據(jù)處理方面的能力和精確度對于系統(tǒng)的終極性能產(chǎn)生是不可忽視的影響。另外，監(jiān)測站的設(shè)計與實現(xiàn)要承擔的任務(wù)量最大，加之難度高、耗時長，檢測站的開發(fā)過程備受矚目，這主要是由于監(jiān)測站要求處理的數(shù)據(jù)要精準、控制傳感器的能力要強大所造成的結(jié)果，盡管監(jiān)測站的工作事項相較于控制中心而言更為單一、固定，主要是在工作現(xiàn)場實施數(shù)據(jù)的采集、處理和操控任務(wù)，不需要大型的臺式機來輔助工作，但監(jiān)測站中大多是采用的嵌入式系統(tǒng)，為了與其節(jié)能便捷的特點相吻合，監(jiān)測站的設(shè)計復(fù)雜程度與它本身在運作時所呈現(xiàn)出來的技術(shù)難度差距較大，在某種程度上增加了檢測站的設(shè)計難度。

1.2.1以單片機為基礎(chǔ)的設(shè)計實現(xiàn)方式

在進行嵌人式系統(tǒng)的設(shè)計時，單片機在大多數(shù)情況下是首選，這是由于單片機本身的綜合性能決定的，單片機在片上集成有豐富的外設(shè)，同時控制性能十分出色，由此可見單片機與嵌人式系統(tǒng)十分契合，故而在嵌人式市場上，單片機占據(jù)了重要的市場比例。以單片機為基礎(chǔ)的設(shè)計方案在那些對數(shù)據(jù)處理要求不高、運算量較小的遠程監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用較多，在實際應(yīng)用時既可以選擇較為低端的4位機或8位機，也可以選擇功能性較強的單片機專用芯片，在這種情況下單片機的最需要完成的就是在監(jiān)測站端對系統(tǒng)進行操控。就目前而言，單片機的片外存儲器是以RAM和Flash等為主的存儲器；傳感器大致可分為話筒、揚聲器和攝像頭等設(shè)備。而無線通信接口由于編解碼器可取舍而導(dǎo)致實現(xiàn)的程序更為復(fù)雜，內(nèi)含不同芯片的編解碼器需要面向情況各異的系統(tǒng)處理任務(wù)和信息類別提供服務(wù)。當然，監(jiān)測站的實現(xiàn)方式不僅局限于此，它還可以通過其他的方式來實現(xiàn)，例如可以通過直接借助匯編語言或者C、在實時操作系統(tǒng)上進行應(yīng)用軟件的開發(fā)等。如果需要直接運用編寫控制程序的方式，則施加的對象就是4位或8位單片機，而倘若是設(shè)備間交互復(fù)雜并且功能使用強大的系統(tǒng)，則要借助操作系統(tǒng)來完成相關(guān)的任務(wù)，這時候應(yīng)用軟件只負責(zé)對上層數(shù)據(jù)進行處理。

1.2.2以DSP為基礎(chǔ)的技術(shù)操作分析

當前階段，監(jiān)測站以DSP為基礎(chǔ)進行設(shè)計開發(fā)是最為普遍化的使用方式，單就DSP的應(yīng)用技術(shù)而言，它的處理數(shù)字的能力十分強大，處理各種運算的通用和專業(yè)芯片方面更是得到了普遍化的應(yīng)用，從它能夠大幅提升系統(tǒng)的實時性水平方面來看，這是因為它能夠具有精準完成高速率數(shù)據(jù)處理的能力。在處理數(shù)據(jù)處理量大、實時性要求高且控制力要求較低的監(jiān)控系統(tǒng)，以DSP為基礎(chǔ)的設(shè)計方案相較于單片機更為適用，它與單片機為基礎(chǔ)的監(jiān)控系統(tǒng)之間的最大差異是DSP不僅可以充當控制器，在數(shù)據(jù)計算、編/解碼方面也能夠發(fā)揮作用。當然如果編，解碼和壓縮解壓運算較為復(fù)雜時，就要進行全面性的分析再決定是否要運用DSP完成，文件傳輸協(xié)議的達成、系統(tǒng)的控制一般都會施加給DSP更多的壓力，專門的處理芯片就會發(fā)揮緩解壓力的作用；反之，就可以通過DSP直接完成。

1.2.3以MCU+DSP為基礎(chǔ)的設(shè)計實現(xiàn)方式

MCU+DSP是綜合了單片機和DSP兩者各自的優(yōu)勢融合而成的，一方面MCU+DSP具有單片機所擅長的長控和DSP所擅長的數(shù)據(jù)處理能力，這樣的一種結(jié)合使某些特定的復(fù)雜系統(tǒng)功能得以實現(xiàn)。但另一方面正是因為兩個處理器共同融人其中構(gòu)成MCU+DSP，其間的信息交互才更加需要關(guān)注，單片機和DSP兩者如果不能夠彼此之間相互配合，就不能夠?qū)⒏髯缘膬?yōu)勢充分發(fā)揮出來，反而為對方所累，而采用雙口RAM是當前技術(shù)水平下能夠在單片機和DSP之間實現(xiàn)通信合作最為普及化的方式。出于擴大芯片的在市場中的營銷范圍，有的DSP或單片機廠家就在原有的基礎(chǔ)上進行改良，使同一芯片兼具數(shù)據(jù)處理和控制方面的良好性能，系統(tǒng)的可靠性就得到了適當?shù)奶岣?，并且降低了監(jiān)測站的設(shè)計難度，吸引了更多的用戶。

1.2.4以MPU為基礎(chǔ)的設(shè)計實現(xiàn)方式

嵌入式微處理器的最為典型的特點是成本低但可靠性高，另外就是在該領(lǐng)域中它產(chǎn)品種類要更多，而且技術(shù)運用可供選擇范圍廣、獲得相對容易，在滿足各種性能需求方面表現(xiàn)出色。高性能MPU的出現(xiàn)使嵌入式微處理器在嵌入式領(lǐng)域中獲得更加廣泛的歡迎，但如果處于監(jiān)測站的設(shè)計環(huán)節(jié)，電路板上硬性要求就是要將各種相關(guān)器件囊括在內(nèi)，鑒于此，以MPU為基礎(chǔ)設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性就有了一定程度的降低，使得無線遠程監(jiān)控實現(xiàn)的難度也被迫加大。

1.2.5嵌入式實時軟件與實時操作系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)分析

當前的技術(shù)水平條件下，已經(jīng)存在的實時操作系統(tǒng)呈現(xiàn)出軟件結(jié)構(gòu)各異的特點，其適應(yīng)能力強大，能夠被靈活的運用于各種不同復(fù)雜程度的技術(shù)環(huán)境之中，選擇適合監(jiān)測站乃至整個監(jiān)控系統(tǒng)的RTOS的重要性十分突出，可謂是“一著不慎，滿盤皆輸”，所以在選擇RTOS時耐心的具備是重要條件，要對不同RTOS間的差異和適用范疇進行充分的認識，在對比中選擇最適合的。在選擇RTOS時應(yīng)當對以下幾個問題有清楚的認識，包括能否達到應(yīng)用產(chǎn)品的性能需求能否支持在項目中使用的語言和微處理器、能否獲得目標代碼、是否支持設(shè)計中要用到的服務(wù)、對于需要授權(quán)的RTOS授權(quán)方式是怎樣的等等，提高確定的實時操作系統(tǒng)能夠高效的發(fā)揮作用。

嵌入式實時軟件的開發(fā)沿襲了很多傳統(tǒng)軟件的開發(fā)風(fēng)格，但從本質(zhì)上而言二者還是存在不同的。在開發(fā)使用方式方面，嵌入式軟件是交叉開發(fā)方式，交叉開發(fā)指程序代碼的實現(xiàn)、編譯和接連的環(huán)境為普通微機平臺，而調(diào)試和運行的環(huán)境為嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺。其次，必要的開發(fā)工具的輔助是開發(fā)過程中的重要部分，屬于此類輔助性開發(fā)工具的有交叉編譯器。在嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中，通用軟件中的多個并發(fā)的任務(wù)成為了目前最為普遍的運用，而它所執(zhí)行基本性單元就是任務(wù)。由于RTOS和應(yīng)用軟件對整個無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)的實時性能影響較大，在軟件的需求分析層次中，就需要將無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)對自身時效性要求的考慮在內(nèi)。而且，嵌入式應(yīng)用軟件受到其對穩(wěn)定性、抗干擾性等性能的高要求影響，加大了嵌人式實時軟件的開發(fā)難度。

1.3無線通信技術(shù)應(yīng)用分析

1.3.1在網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)監(jiān)測站與監(jiān)控中心實現(xiàn)

無線通信技術(shù)受到所處時代科技水平的限制，可以廣泛使用的無線網(wǎng)絡(luò)有很多，在設(shè)計無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)可借用的就有GSM、CDMA和CDPD等多種系統(tǒng)。GSM主要是一種能夠提供多種業(yè)務(wù)的移動ISDN，最大的優(yōu)勢就是在低服務(wù)成本和終端成本的條件下，達到較高的通信質(zhì)量；CDMA網(wǎng)絡(luò)運用的是擴展頻譜技術(shù)，容量大、抗干擾能力強等是它最突出的特點；CDPD無線移動數(shù)據(jù)通信將數(shù)據(jù)通信與移動通信在技術(shù)層面上進行糅合，并充分發(fā)揮了數(shù)字分組數(shù)據(jù)通信的技術(shù)操作。要在監(jiān)控中心與監(jiān)測站之間實現(xiàn)無線通信可以引進特定的無線網(wǎng)接入設(shè)備進行輔助，來最終達到充分發(fā)揮現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)水平的能力。

1.3.2經(jīng)由專用無線收發(fā)設(shè)備建立無線局域網(wǎng)

經(jīng)由專用無線收發(fā)設(shè)備建立無線局域網(wǎng)的設(shè)計實現(xiàn)方式可行陛強，在使用的過程中不需要向網(wǎng)絡(luò)運營商交納費用而且安全性也能夠得到保障。在無線傳輸中，微波是它的傳輸媒體，如果要對其進行分類，最為常見的分類方式就是按照調(diào)制方式的區(qū)別進行劃分，在這種劃分方式下分為擴展頻譜方式和窄帶調(diào)制方式，在這兩者之間進行比對，前者相較于后者，前者對其它電子設(shè)備的干擾影響程度較小，而后者的頻帶的利用率更高。而無線收發(fā)設(shè)備包括無線Modem和無線網(wǎng)橋等。

1.3.3借助收發(fā)集成芯片完成無線通信

對前面講述的兩種組網(wǎng)方式進行共性的總結(jié)，我們可以看出它們都利用了現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和產(chǎn)品，對無線通信的部分進行分析，由于它使用的是獨立器件，不需要進行專門的開發(fā)，所以它從技術(shù)操作難度來看較為簡單，構(gòu)建組裝的最終結(jié)果就是使整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜、體積也更加龐大，這就增加了系統(tǒng)推廣的難度，在成本投入方面也會由于產(chǎn)品是外購進入而有所增加。如此一來只要將外購產(chǎn)品的功能與監(jiān)測站實現(xiàn)集成，就能夠最大程度的減少上述不利因素的干擾；只是會有一定的弊端即加大系統(tǒng)開發(fā)的難度，為此就需要全面化的分析對整體造成的利弊，包括項目組的實際開發(fā)能力和系統(tǒng)生命周期。

2.結(jié)束語

總而言之，通信技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢迅猛且愈演愈烈，無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)的研究受其影響也必然會受到更多的關(guān)注，考慮到在未來的發(fā)展中，遠程監(jiān)控系統(tǒng)將全面滲透到于社會生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，就有要計劃的逐步實現(xiàn)全程遠程操作、自動化監(jiān)控、無人值守過程控制等眾多職能，不僅能夠節(jié)省大量人力、物力，還能夠提高社會生產(chǎn)力。因此，我國必須著手培育能夠嫻熟運用無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)核心技術(shù)的人才，加強此系統(tǒng)的推廣和大范疇應(yīng)用，從而滿足更多行業(yè)領(lǐng)域的需求。