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探寻星空通博狗德州扑克官网信秘密:专访中国第一套流星余迹通信系统参研者

  原标题:探寻星空通信秘密:专访中国第一套流星余迹通信系统参研者 博物馆藏品故事|探寻星空下的通信秘密

  夜色星空下,当一颗颗流星一闪而过之时,你是否注意到了短暂星耀下隐藏的神秘信息?那一刻,夜幕因流星而闪耀,信息因闪耀而传播。流星在高空烧毁后留下的电离气体柱——流星余迹,便是大自然恩赐给人们用来传递信息的一种秘密神器。“我毕业于西安军事电信工程学院电信工程专业,1961年7月毕业后留校,组织安排我到一系任教。然后系领导安排我到红星组工作,参与研究流星余迹通信系统”

  刘增基:所谓流星余迹通信,就是利用流星在高空大气层烧毁后形成的电离余迹对无线电波的散射作用来传输信息的一种通信工具,这是一种比较隐蔽和可靠的远距离小容量通信手段,主要用于应急通信。

  通信系统按照工作方式分为两种,一种是单工,一种是双工。所谓单工,就像对讲机一样,信息的收发不能同时进行。双工就像打电话一样,发话的同时也可以听到,信息的收发可以同时进行。也就是说,在双工方式下信息可以同时双向传输;而单工方式下信息只能单向传输。后来双工发展为两种,一种是全双工,一种是半双工。对无线通信而言,一般通过收发不同频实现全双工,称为频分双工(FDD)。如果收发同频,为了避免自己干扰自己,收发需要分时工作。如果收发能自动分时倒换工作,则称为时分双工(TDD)。

  全双工流星余迹通信系统是利用流星余迹对无线电波的散射作用实现远距离通信的。与无线电波传播有关的流星颗粒的质量在10微克至1千克之间,流星射向地球的相对速度为11至72千米/秒,每昼夜约有100亿颗质量大于10微克的流星体射入整个地球大气层。流星颗粒的质量虽小,但动能很大,它们在大气层80到120公里的高度与空气摩擦而烧毁,烧毁后气化电离并发光。这样,在流星划过的路径上就留下一个长度为十几至几十千米的电离气体柱,其电子线万亿个电子/米。这就是所谓的流星余迹,其电子密度比周围的电离层大得多。大家知道,电离层是可以反射无线电波的,但频率不可高于某一最大可用频率,所以利用电离层反射只能实现短波(工作频率2~30MHz)远距离通信。而现在利用流星余迹就能够反射或者散射超短波(工作频率30~60MHz)。

  为了实现全双工,如前所述,采用频分双工体制。一个点到点的全双工流星余迹通信系统由远离的两端组成。每端的通信设备包括发射机、接收机、发射天线、接收天线、发送终端、接收终端及通信控制器等。发射机的功能是将待发信息编码调制到射频载波上,并将已调的射频信号放大,然后输出具有一定功率的射频信号给发射天线。发射天线将射频信号转换为电磁波向特定的空域辐射。接收天线用来接收流星余迹散射的微弱信号。接收机通过放大、滤波、解调、解码等处理提取出对方所发的信息。两端的四副定向天线千米高空的同一区域(称为共同照射区)。仅当在该区域内形成的流星余迹具有合适的取向和足够的电子密度时,才能散射足够强的信号而被系统利用来传输信息。博狗开户网址,由于流星大小、到达时刻、余迹寿命等的随机性,流星余迹散射信号的强度、出现时刻、持续时间都是随机的,而且大部分流星的持续时间都小于1秒,所以流星余迹通信系统的基本工作方式是“间歇突发”。系统(至少有一端)要不断地发射探测信号(或称探询指令),以发现随时可能出现的可用流星余迹。一旦发现了可用信号,要立即启动双向信息传输,以充分利用那短暂的流星余迹持续时间。为了在短时间内传输足够数量的信息(报文、数据、符号),就需要实现高速突发传输。通信控制器的主要作用就是实现这一突发传输的控制功能,包括可用流星余迹的探测、突发传输的启停、传输速率的控制以及传输差错的控制等。而发送终端和接收终端的主要功能是信息输入和输出速率的转换,这利用缓冲存储器实现。

  刘增基:我毕业于西安军事电信工程学院电信工程专业,1961年7月毕业后留校,组织安排我到一系任教。然后系领导安排我到红星组工作,参与研究流星余迹通信系统,这与我学的专业是完全对口的。红星组的第一任组长是杨千里同志,但在61年暑假后他被调回二系,后来西军电分家,他们又去了重庆。红星组的第二任组长是吴海洋同志,所以我基本上是在吴海洋的领导下进行工作的。“为了减小工业干扰,西安的试验站设在沙井村,北京站开始设在佟家坟,后来搬迁到南苑机场附近,都是市郊区的农村环境”

  刘增基:总的来说,有两方面原因吧。一是有需求。当时在国内缺少可靠的远距离通信手段,特别是偏远地区,一旦发生突发事件,情报不能及时传达到中央,就会延误突发事件处理的时机。例如,在1959年西藏的一些反动分子叛乱,由于当时通信手段落后,有部分人得以叛逃到了国外。面对国内远距离通信的迫切需求,通信主管部门的领导人王诤、孙俊人等极力主张研制流星余迹通信系统。在这种形势下,中国人民解放军军事电信工程学院(简称西军电,是西安电子科技大学的前身)开始了流星余迹通信系统的研究。

  二是有可能。1957年国际上发表了一系列有关流星余迹通信系统的科技论文,包括流星余迹物理特性、传播规律及通信系统的研究成果。在通信系统方面比较著名的就有加拿大的JANET系统。但当时国内的远距离通信的主要手段是靠短波从电离层的反射,其可靠性较差,无法满足远距离通信的需求。国际上在散射通信方面(包括流星余迹散射、电离层散射和对流层散射)的基础性研究成果给我们提供了参考。

  刘增基:一种新的通信系统的研发一般要经历需求调查和国内外发展现状的调查分析、方案论证和设计、样机制作、试验验证等阶段。系统设计是否正确,是否达到使用部门提出的性能指标,必须通过实际试验来检验。通信系统的试验分为室内联合试验和野外通信试验。由于流星的发生率(单位时间内出现的可用流星数目)既随昼夜、季节变化,又存在随机变化,所以野外试验往往需要经历相当长的时间。

  我是1961年的暑假到达试验站的。1960年期间,在学校的统一组织和领导下,通过西军电师生(其中就有我的许多同学)和实习工厂职工的共同奋战,自行研制出一套流星余迹通信试验设备,并且于60年底在北京与西安之间建立了一条试验线路。为了减小工业干扰,西安的试验站设在沙井村,北京站开始设在佟家坟,后来搬迁到南苑机场附近,都是市郊区的农村环境。为了尽快上马,北京站的设备和人员都是安置在几个棉帐篷里。西安站利用原有的几间旧瓦房作为中心机房(安放接收机和控制终端设备),临时搭建了一个8平方米左右的“窝棚”作为发射机房。每个站的两个菱形天线架在农田里,每个天线个篮球场那么大。为了避免本站的大功率发射机干扰自己的高灵敏度接收机,收发的工作频率间隔设定为4MHz,收发天线在垂直于通信路径的方向上分开配置,而且相距200米以上。“这套在1965年研制成功的基于电子管分立元件的全双工流星余迹通信系统的代号取名为HX-101A,HX代表红星,101表示主要承研单位101研究室,A代表第一代。”

  记 者:20世纪60年代初正是国家比较困难的时期,科研环境、设备配置等方面曾经受到哪些影响?

  刘增基:测量仪器缺少。当时全校有一个仪器室,最好的示波器的频率响应只有5MHz。试验中我们用的主要仪器是低频示波器、真空管电压表、万用表等。

  在参试人员方面,除了技术总负责人杨千里同志是讲师以外,其余都是教员,还有一批来自通信团的战士。在1961年,我到沙井村试验站开始工作的时候,那里只有吴海洋和我两位教员(我还在见习期),其余都是战士。那时在北京也只有三位教员和多名战士。所以最大的困难还是缺人才。

  说了这么多不利条件之后,现在让我来谈谈有利条件。第一,当时我们都是解放军的一员,粮食供应是确保的,吃饱饭不存在问题;第二,我们都年轻,有学习和奋斗精神;第三,领导重视,大力支持(欧阳文院长就去试验站多次)。由于有这些有利条件,在1961至1962年,全国执行中共中央“调整、巩固、充实、提高”八字方针的大气候下,期间盲目上马的许多项目都下马了,而这个项目还是坚持下来了。除了上级领导重视以外,对于该项目的坚持干下去,当时一系主管科研工作的参谋丁如琏和红星组组长吴海洋同志起了关键作用。后来在成功完成了流星余迹通信系统的研制任务之后,丁如琏成为全国工业学大庆标兵,吴海洋当选为全国人大代表,都是受之无愧的。

  刘增基:我初到试验站后,一边学习和消化资料,一边参加试验工作,维修试验设备,观察流星信号和实际通信效果。从1961年至62年北京至西安单向传输试验报文的效果来看,一是通信量较少,二是差错率高(几乎每次流星末尾都有若干个字符出错)。为了有更多的机会进行观察,我们往往在凌晨1~7点试验。经过一段时间的反复观察之后,我开始认识到差错的主要原因,写了一篇文章,题目是“流星余迹通信体系中的控制设备及迟延分析”,后来发表在《电子学报》上。但当时还没有想出解决此问题的有效方法。

  1962年暑假期间,系里请胡征教授和樊昌信老师(当时的职称是讲师)到沙井村试验站调研和指导工作。樊老师在那里蹲点了一周时间。针对当时的情况,他们建议,还是从基础抓起,我们一致同意。于是着手准备流星余迹传播规律的研究。胡征老师给了我一本关于统计数学的英文书。我很快读完了这本书。按照该书提供的数理统计方法,我用了一周时间写出了“流星余迹前向散射传播测试方案”,确定了需要测试的项目、每个项目的测试方法、所需的设备、数据记录及整理的方法等。经过樊老师审阅和修改后就定下来了。接着就开展准备工作。遇到的第一个问题是用如何记录流星余迹散射信号。首先要从接收机中引出接收信号强度指示(RSSI)信号,这很容易就做到了。然后我们想到利用心电图记录仪来记录RSSI信号。当时的心电图记录仪是单线Hz,完全满足要求。另外,又从学校物资处的库房里找到几台旧的电子计数器,经过修理用来自动记录每小时流星信号超过特定门限电平的次数(即流星信号发生率)。通过人工分析心电图记录仪纸带上记录下来的原始波形,我们可以得到流星信号的间隔时间分布、持续时间分布、峰值振幅分布、信号发生率、工作比(可用时间百分数)及其与门限电平的关系等一系列反映传播规律的统计结果。

  为了全面掌握传播规律,决定在1963年进行一年的测试。而在这之前,要进行一个月左右的预备性试验和测试,以检验各项测试设备和测试方法是否符合要求。在1962年的11月和12月期间,我们开展了预备性的传播测试工作。由北京站连续发送受单音频调制的射频载波信号(40MHz附近),西安站连续接收和记录。在那段时间,有几天正巧遇上了流星雨(狮子座流星雨等),一个个大流星接踵而来,每个持续时间都长达几十秒,让我们兴奋不已。

  1963年,我们对流星余迹的传播规律进行了一年的测试研究。除了设备(主要是发射机)故障时间以外,都连续开机发射和接收。所有原始记录都保存下来,通过人工分析得到厚厚一本“流星余迹前向散射传播测试资料”。1962至63年期间,为了加强研究力量,从系里陆续调来缪锦标、荣彰涛、张震、包洲等教员。63年的传播测试及资料分析工作,主要是在张震老师的主持下通过多位战士的坚持不懈的努力完成的。与此同时,我们在酝酿一个完整的流星余迹全双工通信系统的方案。吴海洋负责总体和终端设备,我参与总体研究侧重负责信道和通信控制、荣彰涛负责天线、缪锦标负责发射机。包洲老师来得稍晚,也参与总体及通信控制的研究。

  刘增基:首先遇到的问题是采用什么样的天线年建立的系统是一套试验样机,一个方向传输控制指令,另一个方向传输报文。为了尽快上马,作为权宜之计,发射和接收天线都采用了菱形天线。菱形天线dBi),但方向图的付瓣较多,主瓣太尖锐(只有9度左右,而一般17dBi增益的天线度),也就是有相当一部分能量发射到不该去的方向了。另外,架设完毕后波束指向(包括方位角和仰角)不能动。而可用流星余迹出现概率最大的空域是位于大圆路径两侧10~20度,离地80~120千米的区域(即所谓流星热区)。因此,如果不能实现可控天线波束的话,天线的水平平面方向图应该覆盖40度左右的范围,而铅垂平面的方向图只要覆盖80~120千米高度的范围就可以了。基于以上想法,我在一次闲聊中建议荣彰涛老师设计一种双层八木天线,通过压缩铅垂方向图来提高天线增益,而且要便于升降和旋转。后来荣老师完成了双层七元八木天线的设计,由校实习工厂制造出来,再经荣老师的精心调试搞成了。该天线安装在可人工升降的铁塔上,可调高度范围约为4至32米,增益13dBi,水平平面波束宽度约30度。共做了四副,每端两副(一收一发)。完成时间大概是1964年的年底。

  再一个问题是发射机和接收机的问题。我们需要的是数字通信的设备,而当时数字通信的概念还没有传到中国,可利用的现成无线通信设备(所谓报话机)只能支持电话和人工莫尔斯码电报业务。在这种条件下,我们选择了一种天津712厂生产的超短波电台A130(仿苏联的P-105电台)。其工作频段是36~46MHz,正好合适;调制制度是窄带调频,频偏7~8kHz,其接收部分的通频带宽度是25kHz,支持话音通信;其发射部分输出功率1瓦,可作为发射机的激励器。该电台是成熟产品,工作十分可靠。为了传输快速电报信息(即数字信息),我们将传输码元速率定为2000波特,采用“二相码”的基带码型(后来知道国际上叫Manchester码),使其频谱与线Hz)基本吻合。这样,一部A130电台用作接收机,另一部A130电台用作发射机的激励器,而发射机的大功率放大器需要自行研制。缪锦标老师担负了发射机的研制任务。大约在64年的年底由缪老师设计、校实习工厂制造的两台发射机做出来了。该发射机的末级功放采用金属陶瓷管,调谐回路采用真空可变电容器,输出功率分两档,全功率:1千瓦,半功率:500瓦,整机重量(包括电源)估计有300千克。

  从调制与解调技术的角度看,当时采用的是连续相位调频,已调信号的包络是恒定的。博狗开户网址这种信号形式可以让发射机的功放工作到饱和点。但所用的限幅鉴频的解调方法存在门限效应(相干解调法尚未提出),在解调器输入信噪比低于门限值(约10dB)时输出信噪比迅速恶化。受内部噪声限制的接收机灵敏度为1.5微伏(近似于-104dBm),对于2000波特的传输速率而言,是比较低的。然而这种解调方法潜在的“宽-限-窄”抗脉冲干扰的机制,对于降低来自接收机外部的工业干扰是有用的。

  再一个问题是通信控制问题。如前所述,系统需要尽可能充分地利用流星余迹存在的瞬间进行高速的信息传输,因此就存在如何实现通信控制的问题。那时国际上普遍采用的是“门限控制”法,即在接收信噪比低于特定的门限时停止信息传输,让系统处于等待状态,同时不断发送探测信号和存储待发报文;而当检测到信噪比高于门限时要立即进行高速的突发传输。由于在流星余迹生存期的末尾接收信号强度迅速下降,而停止传输有一个过程,存在一定的迟延(包括路径传播迟延和控制指令识别迟延),所以在每次流星末尾往往发生传输差错。当然只要提高门限值就可以减小差错率,但这会缩短了可用时间,而且这样做并不能解决外界干扰引起大量差错的问题。于是我们提出“门限控制与差错控制相结合”的方法。其基本思想是:突发传输的启动仍然保留门限控制,博狗娱乐网。报文传输启动后只要不出现差错就不停止,一旦发现了差错就暂停传输,每次启动后先重传上次停止传输前发送的若干个码组,然后再发新的码组。

  为了实现这种控制方法,我们设计了全新的通信控制器。其中的数字逻辑电路都是采用电子管和电阻、电容等分立元件构成的。主要部分是48个双稳态触发器构成的移位寄存器,还有计数器、状态控制电路等。这个通信控制器的外形像一个写字台,内部装上接近一百个插件,每个插件上装一个触发器或若干个门电路。每个插件的大小与一册厚的32开的书本差不多。控制台的面板上有许多指示灯,用来指示各触发器的状态及系统的工作状态,还装上许多按键,用于发送特种符号。

  最后是通信终端的问题。当时的电报终端设备叫做电传打字机(又叫印字电报机),可以发报也可以收报。另外还有一种专用于发报的纸条发报机。这些设备的传输速率都是50波特,采用起止式同步。而我们需要的突发传输速率是2000波特。因此要有一个发送终端,实现低速输入高速输出;要有一个接收终端,实现高速输入低速输出。这种速率转换的功能只得靠存储器来实现。根据当时的设备条件我们选择了磁心存储器,利用磁心被磁化后的剩磁状态来存储二进制信息“0”或“1”。根据使用部门提出的常用报文长度,我们确定每个存储器的容量为100个汉字(每个汉字用4个十进制数码组成,长度为20比特),即2千比特。磁心存储器的缺点是容量小,而且不能边存边取,存满后才能取,取空后才能存。这样,博狗开户网址在待发报文正在低速输入存储器期间出现的流星就不能利用;存储器存满以后也要发出告警信号,要立即停止突发传输。为了缓解这一问题,我们仿照人脑的结构,将一个存储器分为两半,各存50个汉字(即1千比特),一半在低速输入时,已存满的另一半可以高速输出;或者一半在高速输入时,已存满的另一半可以低速输出。

  所谓磁心实际上是一颗颗黄豆大小的铁氧体磁环。存储容量为1000比特的存储体要用1000个小磁环排成一个矩阵。穿过每个磁环至少有三条相互绝缘的导线,X方向和Y方向的驱动线,还有一条读出线穿过所有的磁环。我曾目睹过技术人员和工人师傅穿磁环,比绣花难上不知多少倍。这样,每部终端由磁心存储体和读写控制逻辑电路、读写信号处理电路等构成,装在一个单门的大机柜里。

  在各个问题都有了解决方案的基础上,我们在1964年完成了各分机的设计,并由校工厂完成了加工制造。整个系统包括两端,每端的通信设备有两副双层八木天线、大功率发射机、接收机、控制台、发送终端机柜、接收终端机柜,还有纸条发报机、电传打字机等。经过室内联试,于1965年在北京与西安之间投入野外通信试验并获得成功。经过较长时间的双向通信试验,全天每个方向的平均通信量约为每分钟180字符,汉字的差错率小于千分之一,满足使用要求。需要说明,通信量的统计中扣除了Es层反射的贡献,每年的5到9月份在电离层的E区会不定期地出现电子密度很高的“电子云”,称为Es层,往往持续几十分钟至几十小时,在此期间可以进行连续高速的传输。

  这套在1965年研制成功的基于电子管分立元件的全双工流星余迹通信系统的代号取名为HX-101A,HX代表红星,101表示主要承研单位101研究室,A代表第一代。这几个符号就刻在控制台的标识牌上。当然,仍然存在不足之处。作为多年亲身参加这一科研实践活动的一员,我内心并不很满意,更不值得自豪。

  “在1960年代,我国的科研基本上处于独立自主,自力更生状态”记 者:您前面说,在我们做这个系统之前,国外就已经有所研究了。那1965年咱们研制的系统与国外有无不同之处?

  刘增基:在通信控制方面,我们提出了“门限控制与差错控制相结合”的方法,既大大减小了突发传输的差错率,又更有效地利用了流星余迹信道。在天线方面,我们设计和实现了更适合流星余迹信道特征的双层八木天线年代,我国的科研基本上处于独立自主,自力更生状态。用相对落后的技术手段,去实现先进而复杂的电子信息系统,这就是当时我们的处境。1965年研制成功我国第一套全双工流星余迹通信系统是值得庆幸的,但如果我们当时能掌握更先进的技术,岂不可做得更好。

  刘增基:1966年开始,我们的科研工作中断了一段时间。直到1968年,重新开始但仍然时断时续。从1968年到1973年,主要做了控制终端设备小型化的工作,用晶体管分立元件取代电子管分立元件,两个终端大机柜加一个控制台缩小为一个小机柜,发送终端、接收终端、控制器和稳压电源各占一个抽屉。发射机、接收机和天线维持不变。这一套采用晶体管分立元件的流星余迹通信系统取名为HX101B,其电性能与HX101A基本相同。HX101B在1973年通过了六机部组织的技术鉴定。鉴定后决定试生产三套交付使用单位试用。

  在试生产前我们又作了改进,解决了一些遗留问题。发射机交给无锡无线电厂生产,在发射机中采用了频率合成技术,显著提高了工作频率的准确度和稳定度。于是形成了第三代,取名为HX101C。这三套设备曾在全国建立了三条不同距离、不同方向的通信线路并进行试用。但由于设备复杂且可靠性不高,使用单位的人员难以掌握,我们的人将通信线路开通撤走后,一旦出故障,往往陷入瘫痪状态。

  1975年,为了解决某些时间通信等待时间过长的问题,我们提出采用自适应变速的方法综合利用大小流星余迹和电离层散射的思想。鉴于当时的条件,仅采用了两档速率,高速2400比特/秒,低速75比特/秒。规定:在门限下进行低速传输,在门限上进行高速传输;不论是低速还是高速,都用检错重传(ARQ)的方法进行差错控制;在高速传输过程中,如果发生连续请求重传N次的情况,则转回低速。相应地,研制了新的调制解调设备、新的通信控制器、新的发送终端——采用光电输入的快速纸带发报机、新的接收终端——磁带机,还采用了多台电传打字机用来打印接收报文,天线仍然不变。这套系统取名为HX101D。1976年先后在北京——西安(920千米)、酒泉——阿克苏(1500千米)的无线线路上进行了野外通信试验。通信效果良好,低速基本连续。这套设备的数字电路全部采用国产的小规模集成电路器件,大部分是西安延河无线电厂生产的,一个芯片上一般集成了两个双稳触发器或四个与非门。HX101D型流星余迹与电离层散射通信设备曾获1978年全国科学大会奖。

  1978年改革开放以后,技术条件逐步改善,学校引进了微处理器。101研究室在包洲老师的领导下又研制出了HX101E。E型机用微型计算机(当时是用Z80单板机)的技术来实现流星余迹通信的控制和终端功能,克服了存储容量受限的问题,使得系统的通信容量比C型机提高了两到三倍。

  “2007年前后,李赞老师的科研团队与天线厂合作研制成功新一代全双工流星余迹通信系统”记 者:上世纪六七十年代是一个特殊的时期,在那样一个艰难的环境里,是什么力量支持着您和您的同事从事科学研究的呢?刘增基:

  就我个人而言,主要有这么一些因素吧。一是作为接受过西军电传统教育的人,有着强烈的事业心,不太计较个人得失,真的想为国家做点贡献;二是凭借自己的良心,是国家培养了我们,我们应该为祖国为人民服务,虚度年华,总是觉得过意不去!另外,也出于对科学技术的兴趣,有了问题总要想方设法去解决,始终不满足现状。

  在人造地球卫星出现以后,流星余迹通信系统的地位和作用明显下降。这是因为在地球赤道上空35800千米的同步卫星,它辐射的无线电波可以覆盖地球表面的三分之一,利用三颗这样的卫星就可以覆盖全球,卫星通信不仅通信距离远,而且是面覆盖,可以在广大区域内组网,既可以构成国际通信网,也可以构成国内通信网。但卫星通信也存在不足。卫星通信系统建设的成本高,在现代技术条件下,卫星转发器的抗干扰性和抗毁性不强。所以,进入二十一世纪又有了启用流星余迹通信的特殊需求。同时,随着编码调制技术、超大规模集成电路技术和计算机技术的发展,流星余迹通信系统又有了提升的空间。在上级主管部门的支持下,我们学校又开展了新一代流星余迹通信系统的基础性研究。在2002年前后ISN国家重点实验室的金力军老师等开展了关键技术的预先研究。西电还派出多名博士生赴南极考察,与日本某大学合作研究极区的流星余迹传播规律和通信试验情况。因同步卫星的电波不能覆盖极区,在那里远距离的通信只能依靠短波电离层反射通信和流星余迹散射通信。2007年前后,李赞老师的科研团队与天线厂合作研制成功新一代全双工流星余迹通信系统。该系统的主要特点有:(1)设计并实现了基于大规模集成电路(ADC、DSP、ARM等)的软件无线电平台,便于实现不同速率的多种编码、调制方式;(2)设计并实现了新的链路通信协议和具有多档速率的自适应变速通信体制;(3)在射频部分采用了双工滤波器,从而使收发天线米、收发的频率间隔缩小到1MHz左右。该系统在国内多条南北取向的线路上完成了野外通信试验。在发射功率300瓦的条件下,获得与HX-101C相当的通信性能。

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PC机串口调试助手与单片机通信字符问题

  时,单片机与PC机是以ASCII码的形式通信的,比如发送1,其实发送的是字符1,如果在接收区以十六进制显示的线的ASCII码)。具体如下:

  2.如果以十六进制发送或者十六进制显示的话,就是以十六进制的ASCII码的形式发送或显示。

  如果在串口调试助手中发送十六进制数字,以单片机的数码管显示的话,博狗娱乐网把十六进制ASCII码,换算成十进制ASCII码,然后显示在数码管上。以下是程序示例:(单片机开发板为普中科技的HC6800-EM3 v3.0)

  * 目标:以16进制发送一个1-255之间的任一数,当单片机收到后在数码管上动态显示出来

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  51系列单片机内部的串行口具有通信的功能,该串口可以作为通信接口,利用该串行口与PC机的串行口COM1或COM2进行串行通信,将单片机采集的数据传送到PC机中,由PC机的高级语言或数据库语言对数据进行整理及统计等复杂处理,就能满足实际的应用需要。博狗娱乐网PC机的COM口,输入输出为RS-232C电平,而51单片机串行口的输入输出均为TTL电平。由于TTL电平和RS-232C电平互不兼容,所以两者接口时,必须进行电平转换。(电平转换最常用的芯片是传送线,其作用除了电平转换外,还实现正负逻辑电平转换)PC机和单片机在进行通信时,首先分别对各自的串行口进行初始化,确定串行口工作方式,设定波特率(两者应一致),传输数据长度

  引言嵌入式技术的兴起使得传统的基于PC机的互联网技术优势不再,嵌入式网络客户端与服务端技术成为热点,而该技术需要移植性高、占用资源小的协议栈,轻量级TCP/IP协议栈LWIP (light weight Internet protocol)比较适合嵌入式设备中存储容量有限的情况,而且能实现TCP/IP协议栈的基木功能,不影响设备的网络互联与传输服务。轻量级网络协议LWIP依附的硬件操作系统有RT_Thread[2-3]和uC/OS-II[4-5],鉴于uC/OS-II是一款应用较为广泛、技术较成熟的操作系统,本文采用uC/OS-II操作系统设计网络客户端。实验结果表明:ping 32字节的数据,其收发正确,错误率为0%。1 系统

  本文介绍了基于单片机和PC机的温度监测系统的设计,温度传感器采用DS18B20。下位机采用AT89S52单片机,可以显示温度和超限报警。PC机作为上住机设定上下限报警温度,接收单片机的温度数据,处理后实时显示温度和绘制温度曲线,还实现了超限报警和保存数据功能。上位机利用Matlab强大的数值计算、图形显示和串口操作功能,具有友好人机交互界面,实现了温度动态监测。温度是一个重要的物理量,在工农业生产和日常生活中,经常需要对环境温度进行监测。本文设计了一个温度监测系统,博狗娱乐网温度传感器采用DS18B20,下位机采用AT89S52单片机,实现温度测量、显示、超限报警等功能,上位机采用PC机,利用Matlab设计

  1、RS485串行通信接口电路的总体设计在电参数仪的设计中,博狗开户网址数据采集由单片机AT89C52负责,上位PC机主要负责通信(包括与单片机之间的串行通信和数据的远程通信),以及数据处理等工作。在工作中,单片机需要定时向上位PC机传送大批量的采样数据。通常,主控PC机和由单片机构成的现场数据采集系统相距较远,近则几十米,远则上百米,并且数据传输通道环境比较恶劣,经常有大容量的电器(如电动机,电焊机等)启动或切断。为了保证下位机的数据能高速及时、安全地传送至上位PC 机,单片机和PC机之间采用RS485协议的串行通信方式较为合理。实际应用中,由于大多数普通PC机只有常用的RS232串行通信口,而不具备RS485通信接口。因此,为了实现

  我们知道EIA-RS-232C是用正负电压来表示逻辑状态,单片机串行口采用正逻辑TTL电平,这样单片机和PC机的COM1或者COM2就不能直接连接。为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接,必须在EIA-RS一232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。实现这种变换的方法可用分立元件,也可用集成电路芯片。目前较为广泛地使用集成电路转换器件,如MCl488、SN75150芯片可完成TTL电平到EIA电平的转换,MCl489、SN75154可实现EIA电平到TTL电平的转换。而MAX232芯片可完成TTL←→EIA双向电平转换,博狗bodog平台!MAX232系列芯片集成度高,+5V电源(内置了电压倍增电路及负电源电路),只需外接5个容量

  ;//开中断while(1){;}}//使用串口调试助手的时候注意应该要关掉以16进制发送跟显示,发送的均是以ASCLL的,所以发送数字的时候应+0x30,发送字符的时候应加’‘,//单片机接受

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用单片机玩PID控制—从理想PID控制至先进PID控制_3

  用Keil C51开发,优点是容易了许多,缺点是不会汇编语言了,对于我个人来说,可以把差不多忘光了的C语言捡起来一些,博狗德州扑克官网总体上来说,用C51开发涉及的难度相对来说比较简单(如与数据结构比较),个人感觉,C51难点是硬件开发,或者说要搞清硬件工作的时序原理。我玩的系统,主要有:DS18B20温度传感器数据读取、LCD1602液晶显示器字符显示、串行口通信和各种,为了串行口通信需要有一个定时器,由于PID控制与时基相关,所以还需要第二个定时器,PID控制的采样周期,一般来说流量系统采样周期是1-2秒,压力和液位系统采样周期是3-5秒,温度系统采样周期是15-20秒,我们定的PID采样周期定位1秒,这样可以满足化工4大参数的控制要求,博狗开户网址而在一个采样周期中,我们把它分成n个时间片,每个时间片中执行不同的任务,因此在main函数中没有超级循环,仅仅进行一些初始化设置,此外,利用第二个定时器,我还做了时钟和万年历,试了一天大概有几秒的误差,误差可能是晶振问题,也可能是中断引起的。串口通信的工作方式:定时发送数据、中断接收数据,由于串口中断的优先级设置与第二个定时器的中断优先级别是一样的,博狗开户网址所以有可能发生以下2中情形:1当定时器正在执行任务时,发生串口中断,此时,串口中断的执行被延时,这对控制没影响,2当串口中断正在执行任务时(接受数据),发生第二个定时器中断,而且,恰好这个时间片是PID控制计算,那么这个PID计算将被延时,这对控制也没影响,串口通信还有2种情形:接收数据丢失或发送数据对方没有接收,这2种情形都可以看成是网络控制系统中的丢包概念,它最终的影响都是控制输出保持不变,如下图1所示(红色圆圈中曲线种情形:接收数据或发送数据出错,此时造成控制输出突变,如下图1所示(绿色方框中曲线),造成原因是:在进行仿真时,另外打开一个应用程序,并进行各种操作和保存文件,那将造成接收数据出错。1602液晶显示器可以显示自定义字符,为此,需要用到一个字符取模软件,这可以省去自己去计算,我用的字符取模软件如下图2所示,我玩的程序中,自定义字符有℃左上角那个小圆点。

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  本人对问题的解释是:只要接收中断打开,即RXNEIE设置为1,那么ORE中断也会自动打开,ORE为溢出错误;当接收移位寄存器被传递到USART_RDR寄存器中将产生接收中断,RXNE会被硬件置1,当读取USART_RDR寄存器中的数据同时也会自动将RXNEIE清零。溢出中断的产生是当RXNE=1时(也就是上次数据还没被读取),串口接收寄存器又接收好了一个字节的数据并准备往USART_RDR寄存器去转移的时候,ORE标志位会被置1,而ORE标志位必须软件清零,由于代码代码中未对该标志位清零,所以单片机会在中断出死机。可适当添加相关函数清除标志位:if(USART_GetFlagStatus(USART2

  整型数据转换二进制数据的技巧知识点:该技巧比较适合应用在51单片机寄存器的配置方面;减少了我们的计算量。思路——我们比较习惯直接的整型数据;当我们需要配置寄存器,这时能不能直接利用该数据作为我们配置寄存器的数据呢?这过程需要将数据转换,例如将一个int 型11110111 转换成 0xf7该如何做到呢?此时可以利用到##在C语言中的粘合作用,具体百度。一,#defineBin(n)LongToBin(0x##n##l) //注意该处l

  在设计“单片机控制线部分电路:“电源电路部分”、“晶振电路部分”、“复位电路部分”、“下载电路部分”;对不同的“IC芯片”,工作所需“电源电压”各不相同,大多为“+3.3V”或“+5.0V”;“晶振电路部分”和“复位电路部分”也需根据“芯片”对应的“datasheet”进行设计,博狗德州扑克官网特别是“复位电路部分”,必须参考手册,确定“低电平复位”还是“高电平复位”,否则会导致上电后“芯片无法复位工作”;在“初代温控板V1.0”中,控制芯片为“STM32F103RCT6”,为“低电平复位”,但由于设计失误,未添加“复位电路”,如下所示:复位电路图如图“红色部分”所示,在“初代温控板V1.0”中,博狗德州扑克官网此部分电路被忽略,导致PCB板

  立题简介:内容:介绍单片机基本电路构成;来源:综合实际使用得出;作用:统一总结单片机设计时所需电路,避免遗漏;PCB环境:Altium Designer、PADS;日期:2018-03-06;=====================分割线========================立题详解:在之前介绍过“STM32”和“STM8”单片机,对单片机入门而言,博狗德州扑克官网博狗娱乐网多是从“89C51”开始;“89C51”无愧是“经典级单片机”,在数十年前,微控制器技术并不发达,8bit单片机普及率很低,而“89C51”凭借价格、性能逐步占领市场,即使到了今天,“89C51”仍应用于很多场合;譬如现在“校园外”所设计的“自动门”,其“控制芯片”即为

  实现延时通常有两种方法:一种是硬件延时,要用到定时器/计数器,这种方法可以提高CPU的工作效率,也能做到精确延时;另一种是软件延时,这种方法主要采用循环体进行。1 使用定时器/计数器实现精确延时单片机系统一般常选用11.059 2 MHz、12 MHz或6 MHz晶振。第一种更容易产生各种标准的波特率,博狗娱乐网后两种的一个机器周期分别为1 μs和2 μs,便于精确延时。本程序中假设使用频率为12 MHz的晶振。最长的延时时间可达216=65 536 μs。若定时器工作在方式2,则可实现极短时间的精确延时;如使用其他定时方式,则要考虑重装定时初值的时间(重装定时器初值占用2个机器周期)。在实际应用中,定时常采用中断方式,如进行适当的循环

  buck电路这是一个降压电路,SW 在此处通入PWM ,进行降压的主要工作,Vout分压后,最高不超过芯片工作电压 (5V 也行 )输入到PIC AN1口,进行AD转换,将转换的结果在1602上显示出来。如果电压不是想要的电压 程序便改变PWM的占空比,以达到需要的值。主要环节在1602 的初始化 写数据 和写指令 以及 PIC的AD启动工作模块,程序如下#include__CONFIG(0x201A);#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define rs RC4 //数据命令#define en RC5 // 使能端#define DATA

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UART串口通信浅谈之(三)–字符与数据的转换

  的应用主要是实现单片机和电脑之间的信息互发,可以用电脑控制单片机的一些信息,可以把单片机的一些信息状况发给电脑上的软件。下面就做一个简单的例程,实现单片机串口调试助手发送的数据,在开发板上的数码管上显示出来。

  SBUF = RxdByte; //接收到的数据又直接发回,这叫回显-echo,以提示用户输入的信息是否已正确接收

  大家在做这个实验的时候,有个小问题要注意一下。因为STC89C52RC下载程序是使用了UART串口下载,下载完程序后,程序运行起来了,可是下载软件最后还会通过串口发送一些额外的数据,所以程序刚下载进去不是显示00,而可能是其他数据。重启打开一次就好了。

  常用的字符就包含了0~9的数字、A~Z/a~z的字母、还有各种标点符号等。那么在单片机系统里面我们怎么来表示它们呢?

  ASCII码(American Standard Code for Information Interchange,即美国信息互换标准代码)可以完成这个使命:在单片机中一个字节的数据可以有0~255共256个值,我们取其中的0~127共128个值赋予了它另外一层涵义,即让它们分别来代表一个常用字符,其具体的对应关系如下表。

  这样就在常用字符和字节数据之间建立了一一对应的关系,那么现在一个字节就既可以代表一个整数又可以代表一个字符了,但它本质上只是一个字节的数据,可以赋予了它不同的涵义,什么时候赋予它那种涵义就看编程者的意图了。ASCII码在单片机系统中应用非常广泛,下面来对它做一个直观的认识,一定要深刻理解其本质。

  对照上述表格,就可以实现字符和数字之间的转换了,比如还是这个程序,我们发送的时候改成字符格式发送,接收还是用十六进制接收,这样接收和数码管好做一下对比。

  用字符格式发送一个小写的a,返回一个十六进制的0x61,数码管上显示的也是61,ASCII码表里字符a对应十进制是97,等于十六进制的0x61;再用字符格式发送一个数字1,返回一个十六进制的0x31,数码管上显示的也是31,ASCII表里字符1对应的十进制是49,等于十六进制的0x31。这下大家就该清楚了:所谓的十六进制发送和十六进制接收,都是按字节数据的真实值进行的;而字符格式发送和字符格式接收,是按ASCII码表中字符形式进行的,但它实际上最终传输的还是一个字节数据。这个表格,当然不需要大家去记住,理解它,用的时候过来查就行了。

  通信的学习,不像前边控制部分那么直观了,通信部分我们的程序只能获得一个结果,而其过程我们却无法直接看到,所以慢慢的可能大家就会知道有示波器和逻辑分析仪这类测量仪器。如果学校实验室或者公司里有示波器或者逻辑分析仪这类仪器,可以拿过来抓一下串口波形,直观的了解一下。如果暂时还没有这些仪器,先知道这么回事,有条件再说。因为工具类的东西有的比较昂贵,有条件可以尽量使用学校或者公司的。在这里我用一款简易的逻辑分析仪把串口通信的波形抓出来给大家看一下,大家了解一下即可,如图1-1所示。

  分析仪和示波器的作用,就是把通信过程的波形抓出来进行分析。先大概说一下波形的意思。波形左边是低位,右边是高位,上边这个波形是电脑发送给单片机的,下边这个波形是单片机回发给电脑的。以上边的波形为例,左边第一位是起始位0,从低位到高位依次是10001100,顺序倒一下,就是数据0x31,也就是ASCII码表里的‘1’。大家可以注意到分析仪在每个数据位都给标了一个白色的点,表示是数据,起始位和无数据的时候都没有这个白点。时间标T1和T2的差值在右边显示出来是0.102ms,大概是9600分之一,稍微有点偏差,在容许范围内即可。通过图1-1,我们可以清晰的了解了串口通信的收发的详细过程。

  那我们这里再来了解一下,如果我们使用串口调试助手,用字符格式直接发送一个“12”,我们在我们的数码管上应该显示什么呢?串口调试助手应该返回什么呢?经过试验发现,我们数码管显示的是32,而串口调试助手返回十六进制显示的是31、32两个数据,如图1-2所示。

  对于ASCII码表来说,数字本身是字符而非数据,所以如果发送“12”的话,实际上是是分别发送了“1”和“2”两个字符,单片机呢,先收到第一个字符“1”,在数码管上会显示出31这个对应数字,但是瞬间马上就又收到了“2”这个字符,数码管瞬间从31变成了32,而我们视觉上呢,根本是没有办法发现这种快速变化的,所以我们感觉数码管直接显示的是32。

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串口通讯—通信协议

  所谓通信协议是指通信双方的一种约定。约定包括对数据格式、同步方式、传送速度、传送步骤、检纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定,通信双方必须共同遵守。因此,也叫做通信控制规程,或称传输控制规程,它属于ISOS OSI七层参考模型中的数据链路层。

  目前,采用的通信协议有两类:异步协议和同步协议。同步协议又有面向字符和面向比特以及面向字节计数三种。其中,面向字节计数的同步协议主要用于DEC公司的网络体系结构中。

  (1)实现数据格式化:因为来自CPU的是普通的并行数据,所以,接口电路应具有实现不同串行通信方式下的数据格式化的任务。在异步通信方式下,博狗开户网址接口自动生成起止式的帧数据格式。在面向字符的同步方式下,接口要在待传送的数据块前加上同步字符。

  (2)进行串-并转换:串行传送,数据是一位一位串行传送的,而计算机处理数据是并行数据。所以当数据由计算机送至数据发送器时,首先把串行数据转换为并行数才能送入计算机处理。因此串并转换是串行接口电路的重要任务。

  (3)控制数据传输速率:串行通信接口电路应具有对数据传输速率波特率进行选择和控制的能力。

  (4)进行错误检测:在发送时接口电路对传送的字符数据自动生成奇偶校验位或其他校验码。在接收时,接口电路检查字符的奇偶校验或其他校验码,确定是否发生传送错误。

  (5)进行TTL与EIA电平转换:CPU和终端均采用TTL电平及正逻辑,它们与EIA采用的电平及负逻辑不兼容,需在接口电路中进行转换。

  (6)提供EIA-RS-232C接口标准所要求的信号线:远距离通信采用MODEM时,需要9根信号线;近距离零MODEM方式,博狗开户网址只需要3根信号线。这些信号线由接口电路提供,以便与MODEM或终端进行联络与控制。

  为了完成上述串行接口的任务,串行通信接口电路一般由可编程的串行接口芯片、波特率发生器、EIA 与TTL电平转换器以及地址译码电路组成。其中,串行接口芯片,随着大规模继承电路技术的发展,通用的同步(USRT)和异步(UART)接口芯片种类越来越多,如下表所示。它们的基本功能是类似的,都能实现上面提出的串行通信接口基本任务的大部分工作,且都是可编程的。才用这些芯片作为串行通信接口电路的核心芯片,会使电路结构比较简单。

  为使计算机、电话以及其他通信设备互相沟通,现在,已经对串行通信建立了几个一致的概念和标准,这些概念和标准属于三个方面:传输率,电特性,信号名称和接口标准。

  1、传输率:所谓传输率就是指每秒传输多少位,传输率也常叫波特率。国际上规定了一个标准波特率系列,标准波特率也是最常用的波特率,标准波特率系列为110、 300、600、1200、4800、9600和19200。博狗开户网址大多数CRT终端都能够按110到9600范围中的任何一种波特率工作。打印机由于机械速度比较慢而使传输波特率受到限制,所以,一般的串行打印机工作在110波特率,点针式打印机由于其内部有较大的行缓冲区,所以可以按高达2400波特的速度接收打印信息。大多数接口的接收波特率和发送波特率可以分别设置,而且,可以通过编程来指定。

  2、RS-232-C标准:RS -232-C标准对两个方面作了规定,即信号电平标准和控制信号线-C采用负逻辑规定逻辑电平,博狗bodog平台,信号电平与通常的TTL电平也不兼容,RS-232-C将-5V~-15V规定为“1”,+5V~+15V规定为“0”。图1是TTL标准和RS-232-C标准之间的电平转换。

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