之前小熊派鸿蒙开发板还没开售的时候，小熊派官方给我送了一套，这是小熊派第三次给我送开发板了，开发板还是一如既往的精致： 因为时间安排不过来，所以一直没有拿出来玩。正好处于年底，又到新的一年立flag的时候，咱们就立个明年学习鸿蒙OS的flag，等到过完春节回来的时候再着手系统性地进行学习。现在先拿出来擦擦灰来简单体验体验： 首先肯定先找到配套资料，看看资料里都有什么东西，再跑个demo熟悉熟悉一下流程。 认识小熊派-鸿蒙·季（BearPi-HM Nano）开发板 小熊派-鸿蒙·季（BearPi-HM Nano）是一款由小熊派专为HarmonyOS系统打造的鸿蒙开发板。 采用IoTCluB的E53接口标准，可接入所有的E53案例扩展板。 主控为WiFi SOC Hi3861，160MHz主频，SRAM 352KB、ROM 288KB、2M Flash。 板载NFC Forum Type 2 Tag芯片及天线，可实现鸿蒙“碰一碰”功能。 一根TypeC USB线，即可实现供电、下载、调试等多种功能。 获取源码、教程 小熊派BearPi-HM Nano开发板基于HarmonyOS的源码链接： https://gitee.com/bearpi/bearpi-hm_nano 安装开发环境、编译源码 按照上面的链接可以找到一个 BearPi-HM Nano 十分钟上手教程的教程，即可使用小熊派官方提供VMare镜像快速体验，这个应该是最近不就刚更新的这个，我记得刚开始发布的时候的教程的开发环境的搭建要装的东西是比较多的，所以我就先搁着了。 前几天看到更新了这个VMare镜像快速体验教程，可以很方便地让我们开始进行学习，免去了安装开发环境的门槛（搭建Linux下开发环境也是一种技能，哪怕是跟着教程走，可能也会碰到很多问题）。 我们拿着官方提供的Vmare镜像使用Vmare软件打开就能得到： 我们可以使用MobaXterm工具登录我们的Ubuntu，这个工具在我们之前的笔记中也有用到，这是个一款很强大的远程终端软件： 如果使用MobaXterm工具登录不了Ubuntu，可能需要修改我们的虚拟机网络适配器。 这里有三种网络模式供我们选择： （1）桥接模式（Bridged）： （2）网络地址转换模式（NAT） （3）主机模式（ host-only） 这里我设置网络连接为桥接模式： 接下来设置桥接模式桥接到无线网卡： Windows 、ubuntu各分得一个IP， 并且两个 IP 处于同一网段，比如我这里的： windows IP为：192.168.1.6 ubuntu IP为：192.168.1.7 根据教程，我们安装一个RaiDrive软件把ubuntu文件远程映射到Windows上，这样我们就可以很方便地实现在windows下阅读、编写代码，在Ubuntu下编译代码。 映射出来的源码目录： 编译代码： 下载程序需要安装Hiburn工具，使用Hiburn工具进行下载： 源码、例程 下面是整个工程的目录： 各个目录存放的东西如： 其中需要特别关注的就是applications这个目录了，开发板相关的demo都放在这下面： 这些例程分为内核例程、基础例程、传感器例程、物联网例程，每个例程都附有很详细说明： 这些例程由applications/BearPi-HM_Nano/sample/目录下的BUILD.gn进行统一管理，这是个构建相关的文件，我们可以很方便地选中编译某个例程，比如编译led的demo： 上面就是我们对 BearPi-HM Nano开发板进行一个简单地开发环境搭建及对一些例程结构的基本了解，知道了怎么编译、怎么下载程序、知道例程地大致结构，就可以开始我们地学习了。这里只是一个开始，等到之后我们再进行更详细地学习分享。 免责声明：本文内容由21ic获得授权后发布，版权归原作者所有，本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点，不代表本平台立场，如有问题，请联系我们，谢谢！

单片机硬件设计中应注意的问题 1 在元器件的布局方面，应该把相互有关的元件尽量放得靠近一些，例如，时钟发生器、晶振、CPU的时钟输入端都易产生噪声，在放置的时候应把它们靠近些。 对于那些易产生噪声的器件、小电流电路、大电流电路开关电路等，应尽量使其远离单片机的逻辑控制电路和存储电路（ROM、RAM），如果可能的话，可以将这些电路另外制成电路板，这样有利于抗干扰，提高电路工作的可靠性。 2 尽量在关键元件，如ROM、RAM等芯片旁边安装去耦电容。实际上，印制电路板走线、引脚连线和接线等都可能含有较大的电感效应。大的电感可能会在Vcc走线上引起严重的开关噪声尖峰。 防止Vcc走线上开关噪声尖峰的方法，是在VCC与电源地之间安放一个0.1uF的电子去耦电容。如果电路板上使用的是表面贴装元件，可以用片状电容直接紧靠着元件，在Vcc引脚上固定。是使用瓷片电容，这是因为这种电容具有较低的静电损耗（ESL）和高频阻抗，另外这种电容温度和时间上的介质稳定性也很不错。尽量不要使用钽电容，因为在高频下它的阻抗较高。 　　 在安放去耦电容时需要注意以下几点： 在印制电路板的电源输入端跨接100uF左右的电解电容，如果体积允许的话，电容量大一些则更好。 原则上每个集成电路芯片的旁边都需要放置一个0.01uF的瓷片电容，如果电路板的空隙太小而放置不下时，可以每10个芯片左右放置一个1～10的钽电容。 对于抗干扰能力弱、关断时电流变化大的元件和RAM、ROM等存储元件，应该在电源线（Vcc）和地线之间接入去耦电容。 电容的引线不要太长，特别是高频旁路电容不能带引线。 3 在单片机控制系统中，地线的种类有很多，有系统地、屏蔽地、逻辑地、模拟地等，地线是否布局合理，将决定电路板的抗干扰能力。在设计地线和接地点的时候，应该考虑以下问题： 逻辑地和模拟地要分开布线，不能合用，将它们各自的地线分别与相应的电源地线相连。在设计时，模拟地线应尽量加粗，而且尽量加大引出端的接地面积。一般来讲，对于输入输出的模拟信号，与单片机电路之间通过光耦进行隔离。 在设计逻辑电路的印制电路版时，其地线应构成闭环形式，提高电路的抗干扰能力。 地线应尽量的粗。如果地线很细的话，则地线电阻将会较大，造成接地电位随电流的变化而变化，致使信号电平不稳，导致电路的抗干扰能力下降。在布线空间允许的情况下，要保证主要地线的宽度至少在2～3mm以上，元件引脚上的接地线应该在1.5mm左右。 要注意接地点的选择。当电路板上信号频率低于1MHz时，由于布线和元件之间的电磁感应影响很小，而接地电路形成的环流对干扰的影响较大，所以要采用一点接地，使其不形成回路。当电路板上信号频率高于10MHz时，由于布线的电感效应明显，地线阻抗变得很大，此时接地电路形成的环流就不再是主要的问题了。所以应采用多点接地，尽量降低地线阻抗。 电源线的布置除了要根据电流的大小尽量加粗走线宽度外，在布线时还应使电源线、地线的走线方向与数据线的走线方身一致在布线工作的，用地线将电路板的底层没有走线的地方铺满，这些方法都有助于增强电路的抗干扰能力。 数据线的宽度应尽可能地宽，以减小阻抗。数据线的宽度至少不小于0.3mm(12mil)，如果采用0.46～0.5mm(18mil～20mil)则更为理想。 由于电路板的一个过孔会带来大约10pF的电容效应，这对于高频电路，将会引入太多的干扰，所以在布线的时候，应尽可能地减少过孔的数量。再有，过多的过孔也会造成电路板的机械强度降低。 　　 一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等，要设计合适的接口电路。 　　 系统的扩展和配置应遵循以下原则： 尽可能选择典型电路，并符合单片机常规用法。为硬件系统的标准化、模块化打下良好的基础。 系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求，并留有适当余地，以便进行二次开发。 硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构与软件方案会产生相互影响，考虑的原则是：软件能实现的功能尽可能由软件实现，以简化硬件结构。但必须注意，由软件实现的硬件功能，一般响应时间比硬件实现长，且占用CPU时间。 系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。如选用CMOS芯片单片机构成低功耗系统时，系统中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品。 可靠性及抗干扰设计是硬件设计必不可少的一部分，它包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电路板布线、通道隔离等。 单片机外围电路较多时，必须考虑其驱动能力。驱动能力不足时，系统工作不可靠，可通过增设线驱动器增强驱动能力或减少芯片功耗来降低总线负载。 尽量朝“单片”方向设计硬件系统。系统器件越多，器件之间相互干扰也越强，功耗也增大，也不可避免地降低了系统的稳定性。随着单片机片内集成的功能越来越强，真正的片上系统SoC已经可以实现，如ST公司 的μPSD32××系列产品在一块芯片上集成了80C32核、大容量FLASH存储器、SRAM、A/D、I/O、两个串口、看门狗、上电复位电路等等。 　　 单片机系统硬件抗干扰常用方法实践： 影响单片机系统可靠安全运行的主要因素主要来自系统内部和外部的各种电气干扰，并受系统结构设计、元器件选择、安装、制造工艺影响。这些都构成单片机系统的干扰因素，常会导致单片机系统运行失常，轻则影响产品质量和产量，重则会导致事故，造成重大经济损失。 　　 形成干扰的基本要素有三个： 干扰源。指产生干扰的元件、设备或信号，用数学语言描述如下：du/dt， di/dt大的地方就是干扰源。如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。 传播路径。指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。 敏感器件。指容易被干扰的对象。如：A/D、D/A变换器，单片机，数字IC，弱信号放大器等。干扰的分类干扰的分类有好多种，通常可以按照噪声产生的原因、传导方式、波形特性等等进行不同的分类。按产生的原因分：可分为放电噪声音、高频振荡噪声、浪涌噪声。按传导方式分：可分为共模噪声和串模噪声。按波形分：可分为持续正弦波、脉冲电压、脉冲序列等等。 干扰的耦合方式： 干扰的耦合方式干扰源产生的干扰信号是通过一定的耦合通道才对测控系统产生作用的。因此，有必要看看干扰源和被干扰对象之间的传递方式。干扰的耦合方式，无非是通过导线、空间、公共线等等，细分下来，主要有以下几种： 直接耦合：这是直接的方式，也是系统中存在普遍的一种方式。比如干扰信号通过电源线侵入系统。 公共阻抗耦合：这也是常见的耦合方式，这种形式常常发生在两个电路电流有共同通路的情况。为了防止这种耦合，通常在电路设计上就要考虑。使干扰源和被干扰对象间没有公共阻抗。 电容耦合：又称电场耦合或静电耦合。是由于分布电容的存在而产生的耦合。 电磁感应耦合：又称磁场耦合。是由于分布电磁感应而产生的耦合。 漏电耦合：这种耦合是纯电阻性的，在绝缘不好时就会发生。 　　 采取的抗干扰主要手段： 常用硬件抗干扰技术针对形成干扰的三要素，采取的抗干扰主要有以下手段： 1 i 1 抑制干扰源抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt，di/dt。这是抗干扰设计中先考虑和重要的原则，常常会起到事半功倍的效果。减小干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。抑制干扰源的常用措施如下： 继电器线圈增加续流二极管，消除断开线圈时产生的反电动势干扰。仅加续流二极管会使继电器的断开时间滞后，增加稳压二极管后继电器在单位时间内可动作更多的次数。 在继电器接点两端并接火花抑制电路（一般是RC串联电路，电阻一般选几K 到几十K，电容选0.01uF），减小电火花影响。 给电机加滤波电路，注意电容、电感引线要尽量短。 电路板上每个IC要并接一个0.01μF～0.1μF高频电容，以减小IC对电源的影响。 注意高频电容的布线，连线应靠近电源端并尽量粗短，否则，等于增大了电容的等效串联电阻，会影响滤波效果。 布线时避免90度折线，减少高频噪声发射。 可控硅两端并接RC抑制电路，减小可控硅产生的噪声（这个噪声严重时可能会把可控硅击穿的）。 　　 1 ii 1 切断干扰传播路径按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类。所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰。高频干扰噪声和有用信号的频带不同，可以通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰噪声的传播，有时也可加隔离光耦来解决。电源噪声的危害，要特别注意处理。所谓辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰。一般的解决方法是增加干扰源与敏感器件的距离，用地线把它们隔离和在敏感器件上加蔽罩。切断干扰传播路径的常用措施如下： 充分考虑电源对单片机的影响。电源做得好，整个电路的抗干扰就解决了一大半。许多单片机对电源噪声很敏感，要给单片机电源加滤波电路或稳压器，以减小电源噪声对单片机的干扰。比如，可以利用磁珠和电容组成π形滤波电路，当然条件要求不高时也可用 100Ω电阻代替磁珠。 如果单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之间应加隔离（增加π形滤波电路）。 注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。 电路板合理分区，如强、弱信号，数字、模拟信号。尽可能把干扰源（如电机、继电器）与敏感元件（如单片机）远离。 用地线把数字区与模拟区隔离。数字地与模拟地要分离，在一点接于电源地。A/D、D/A芯片布线也以此为原则。 单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减小相互干扰。大功率器件尽可能放在电路板边缘。 在单片机I/O口、电源线、电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件如磁珠、磁环、电源滤波器、屏蔽罩，可显著提高电路的抗干扰性能。 　　 1 iii 1 提高敏感器件的抗干扰性能提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件这边考虑尽量减少对干扰噪声的拾取，以及从不正常状态尽快恢复的方法。提高敏感器件抗干扰性能的常用措施如下： 布线时尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声。 布线时，电源线和地线要尽量粗。除减小压降外，更重要的是降低耦合噪声。 对于单片机闲置的I/O口，不要悬空，要接地或接电源。其它IC的闲置端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源。 对单片机使用电源监控及看门狗电路，如：IMP809，IMP706，IMP813， X5043，X5045等，可大幅度提高整个电路的抗干扰性能。 在速度能满足要求的前提下，尽量降低单片机的晶振和选用低速数字电路。 IC器件尽量直接焊在电路板上，少用IC座。 　　 1 iv 1 其它常用抗干扰措施交流端用电感电容滤波:去掉高频低频干扰脉冲。变压器双隔离措施：变压器初级输入端串接电容，初、次级线圈间屏蔽层与初级间电容中心接点接大地，次级外屏蔽层接印制板地，这是硬件抗干扰的关键手段。次级加低通滤波器：吸收变压器产生的浪涌电压。采用集成式直流稳压电源：因为有过流、过压、过热等保护。I/O口采用光电、磁电、继电器隔离，同时去掉公共地。通讯线用双绞线：排除平行互感。 　　 防雷电用光纤隔离为有效。A/D转换用隔离放大器或采用现场转换：减少误差。外壳接大地：解决人身安全及防外界电磁场干扰。加复位电压检测电路。防止复位不充分CPU就工作，尤其有EEPROM的器件，复位不充分会改变EEPROM的内容。 　　 印制板工艺抗干扰： 电源线加粗，合理走线、接地，三总线分开以减少互感振荡。 CPU、RAM、ROM等主芯片，VCC和GND之间接电解电容及瓷片电容，去掉高、低频干扰信号。 独立系统结构，减少接插件与连线，提高可靠性，减少故障率。 集成块与插座接触可靠，用双簧插座，集成块直接焊在印制板上，防止器件接触不良故障。 有条件采用四层以上印制板，中间两层为电源及地。 END 免责声明：本文内容由21ic获得授权后发布，版权归原作者所有，本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点，不代表本平台立场，如有问题，请联系我们，谢谢！

引 言 随着互联网技术的迅速发展，传统的监控系统已无法满足人们对准确性、适用性和方便性的要求。同时，智能手机更新换代，处理能力日益变强，成为了人们日常生活中不可或缺的一部分。为满足人们对监控区域进行随时随地实时监控的需要，本文研究设计了一种智能手机视频监控系统，将手机端作为视频监控客户端，结合混合编码技术，实现了对监控区域的实时监控与监控视频的存储。 1 移动视频监控系统的设计 本文设计的视频监控系统、移动视频客户端均基于Android 系统，有效结合了混合编码技术与云存储技术[1]，可在客户端随时随地观看锁定的摄像视频，若视频图像发生异常，能在第一时间报告给锁定的主人，主人可通过App 远程控制摄像头。 2 移动视频系统的关键技术 2.1 混合编码技术 为了使高质量通信成为可能，并尽可能减少数据损失，故使用主流的视频编解码标准H.264。视频编码的目的在于减少表示数据的比特。由于视频图像数据的相关性强，在帧内以及帧间具有大量空域和时域冗余信息，因此可以通过去除这些冗余信息来实现对视频数据的压缩[2]。其中，在数据压缩方面最受欢迎的是基于统计特性的运动补偿+ 变换编码的混合编码框架。国内外通用的视频压缩标准均基于此框架，如广泛使用的MPEG 系列及H.26X 系列标准。 MPEG-4 不仅针对在一定比特率下的视频编码，更注重多媒体系统的交互性和灵活性。主要应用于视频电话、视像电子邮件等，其传输速度要求较低，为 4 800 ～6 400 bit/s，分辨率为176 144。利用较窄的宽带，通过帧重建技术压缩和传输数据，力求以最少的数据获得最佳的图像质量[3]。 H.264 技术具有比 MPEG-4 更为高效的编码效率，比后者节约 50% 的码率。可提供连续且流畅的高质量图像，并且在较低码率的情况下依旧能提供较高质量的视频图像[4]。 就单张图像来说，MPEG-4 对视频数据的处理更优秀； 而就整体视频传输来说，H.264 更胜一筹。 预测编码：建立一个模型，通过数据的相关性，利用之前的样本对下一个新样本值进行预测，并将预测值和实际值的残差值编码传输到接收端，同时在接收端建立一个相同的模型，按此模型进行解码操作。 运动估计：从当前帧中提取视频序列的运动趋势和走向过程。 一个完整的编码过程基本可以概括为视频源通过滤波器得到波形图，量化得到初始的完整码流，通过帧间、帧内编码和熵编码技术得到最终压缩后的码流。 视频编解码部分采用JM 编解码器。在实验中，视频源将收集到的视频数据改变格式后输入到JM 编码器的工作目录中，在 Visual Studio 2013 平台上运行。通过编码器采样获取预测数据，并与实际值相减得到残差，使用帧内、帧间技术对残差进行量化操作 / 变换，对编码语法元素进行熵编码，然后在编码器的工作目录下得到压缩后的码流。 当码流传输到接收端后，同样会被输入到解码器的工作目录中，通过一系列相反的操作后得到压缩前的视频数据。 2.2 客户端实现 2.2.1 平台选择和开发语言 服务器端采用Windows 操作系统与Java 语言；客户端包括Android 操作系统，Java 语言，Android 编程。 Java 是一门面向对象编程的语言，较好地实现了面向对象编程理论，同时也是一种不受限于特定平台的语言，具有可移植性[5]。此外，Java 还具有稳健、安全、高性能等特征， 是一种功能丰富的开发语言。 2.2.2 客户端 UI设计 用户界面（UI）是系统和用户之间进行交互与信息交换的重要媒介，使得用户能够方便、有效地操作硬件以达成双向交互，完成工作。 本文 采用 Android Studio 进行 Android 编 程。Android Studio 具有非常丰富的可视化编程功能，可以在编程的同时看 到其被应用在不同尺寸屏幕中的情况。Android 操作系统的用 户界面都以 View 与 ViewGroup 为基础。View 是用户界面的 基本组成单元，ViewGroup 是其子类，ViewGroup 的子类称为 “Layout（布局）”。View 与 ViewGroup 在布局中的层次结构如 图 1 所示。 Android 编程中有多种 布局方 式， 分别为线 性布局（LinerLayout）， 相 对 布 局（RelativeLayout）， 帧 布 局（FrameLayout）， 绝对布局（AbsoluteLayout） 等。本文编程主要用到线性布局（LinearLayout）， 该布局有 horizontal 和 vertical 两个方向。Android Studio 在创建布局方式上分为两种： 其一，在XML 配置文件中声明布局方式；其二，在应用程序中直接通过代码实例化布局及其组件。 2.3 视频的播放显示 对于获取的视频文件首先要经过解码，…

引 言 我国是小麦种植大国，在麦田管理过程中，存在麦田火灾、 燃烧秸秆及过量使用化肥引起土壤环境问题等现象。近年来， 物联网技术的快速发展和应用 [1,2]，为解决上述问题提供了有 效方法。 ZigBee 技术的通信距离较短，且组网复杂 [3]。LoRa 技 术通信距离较远，主要采用星型轮询组网结构 [4]，组网简单。 通用分组无线业务（General Packet Radio Service，GPRS）是 基于 GSM 的一种新型数据处理业务，也被描述为 2.5G，具 有传输速率高、接入时间短等特点 [5]。由于麦田面积比较大、 监测点多，若只使用 ZigBee 和 GPRS 技术，组网较为复杂 [6]； 若只使用 LoRa 和 GPRS 技术，将会因通信范围内部署节点较 多而导致轮询获取信息的速度较慢。因此，将上述三种无线 通信技术相结合，形成分层系统结构。麦田监控系统可在麦田 科学管理、麦田火灾报警及燃烧秸秆管控方面发挥积极作用。 1 系统总体架构 该 系 统 主 要 由 ZigBee 终 端、ZigBee-LoRa 采 集 器、LoRa-LoRa 中继器、LoRa-GPRS 集中器组成。 由ZigBee 终端采集麦田信息，并将采集到的麦田信息传送到ZigBee-LoRa 采集器，ZigBee-LoRa 采集器将接收到的信息传送到LoRa-GPRS 集中器。若距离较远，则可以使用LoRa-LoRa 中继器，实现远距离传输。集中器将报警信息通过基站传送至麦田负责人，并可将麦田信息通过Internet上传给监控中心。麦田监控系统如图 1 所示。 2 系统硬件结构图 2.1 ZigBee终端 ZigBee 终端主要用于采集多麦田信息， 其结构如图 2所示，包括电源模块、交互模块、主控芯片 MSP430F169、 ZigBee 通信模块及烟雾传感器等。 微量元素和水分对小麦产量有着重要的影响[7]，而滥用肥料将会造成土壤污染[8]。麦田火灾不仅会造成生命财产损失， 且燃烧秸秆对空气亦会造成污染。因此，本文设计的系统主要对微量元素、水分、烟雾进行监测。为防止烟雾传感器被误认为遭到遮挡，特增加了对烟雾传感器遮挡的监测。 2.2 ZigBee-LoRa采集器 ZigBee-LoRa 采集器的结构如图 3 所示，包括电源模块、主控芯片MSP430F169、交互模块、ZigBee 通信模块、LoRa 通信模块及GPS 模块。 当ZigBee 通信模块完成对 ZigBee 终端信息的采集后， 由LoRa 通信模块将采集到的信息上传到LoRa-GPRS 集中器或 LoRa-LoRa 中继器， 全球定位系统（Global Positioning System，GPS）[9]为麦田监控系统提供位置信息。由于ZigBee通信距离较近，因此，在ZigBee-LoRa 采集器中应用GPS 模块即可满足采集信息的位置要求，同时大大节省了成本。 2.3 LoRa-LoRa中继器 LoRa-LoRa 中继器的结构如图 4 所示，包括电源模块、交互模块及LoRa 通信模块。对于距离大面积麦田相对较远的孤立麦田，为减少 GPRS 模块的使用，可以通过LoRa-LoRa 中继器对信号进行复制、放大，保证 LoRa-GPRS 集中器可以不失真地接收到信号。 2.4 LoRa-GPRS集中器 LoRa-GPRS 集中器的结构如图 5 所示，包括电源模块、LoRa 通信模块、交互模块及GPRS 通信模块。LoRa 通信模块用于接收LoRa-LoRa 中继器和ZigBee-LoRa 采集器上传的信息，GPRS…

《通信原理》课程是黑龙江省及黑龙江科技大学精品课程， 是通信、电子、信息领域中重要的专业基础课，是电子信息工程专业和通信工程专业必修的主干核心专业基础课程。该课程理论性强，涉及高频电子线路、信号与系统、数字信号处理、随机信号分析、概率论等相关前序课程，内容比较抽象复杂、涉及知识面较广、信息量较大、内容更新较快，面对这些问题， 教师在教学过程中出现 教学难 ，学生在学习过程中出现 难学 现象，产生 厌学 情绪较为普遍 [1-3]。传统的教学方法已无法满足现行教学体制的要求，有针对性的对课程教学方法及方式进行改革变得尤为必要。本研究以高等教育培养高层次复合型人才的培养目标及社会、企业需求和学生特点为课程教学出发点，通信工程 课题组成员通过多年的实践与总结， 从教学内容调整、课程协调、教学方法与手段、实践教学及考核方式等几方面对该课程进行多方位的改革与创新。 1 教学内容调整 (1) 紧跟时代、合理取舍教学内容。在教学内容的调整上，根据时代发展的需求进行取舍，精简模拟通信的内容，以数字通信内容为核心，保证教学内容的先进性。根据学生的层次及学习和接受情况，适当添加考研、设计、开发、工作等情况中涉及的内容，如在《通信原理》课程中对信息论部分内容进行介绍，无论是对准备进入研究生阶段学习还是步入工作岗位的学生而言，了解这门课程都非常有必要。 (2) 结合前序课程，合理安排内容，重复的内容简单讲， 引用的结论单独讲。在通信原理课程的讲授过程中会涉及高频电子线路、信号与系统、数字信号处理、随机信号分析、概率论等课程所教授的内容，研究各门课程之间的联系，将用到 (3) 理论知识是基础，学以致用是关键，将理论学习与实践结合讲。项目组成员在授课期间讲解完知识点后，结合Matlab/SimuLink软件进行系统设计、仿真与分析，通过演示与讲解使学生了解设计原理及过程，以及参数的设置等方法， 可有效引起了学生的学习兴趣。其次，课堂上有针对性的布置设计任务，在做的同时发现问题、解决问题，共同探讨，增强学生的自主学习意识，提高认知性，进一步加强理解和巩固知识点，提高课堂的有效性。 2 课程协调 由于本课程涉及众多前序和后续课程，为有效协调课程， 故引入 课程群 的思想，形成 教学链 。对于《通信原理》教材中涉及的前序课程，在教学计划上将其安排在前两个学期进行讲授，时间跨度不要太大，便于知识点的记忆与巩固。可有效将相关课程合理协调，整合成一条 教学链 ，有助于课程的建设与教师的交流。 3 教学方法与手段 采取 大班化教学，小班化讨论 的教学方法。大班教学可提高主讲教师的课堂利用率，节省教学硬件资源。大班化教学能让更多的学生及年轻教师在优秀的主讲教师的课堂中听课，保证学生的认知度，提高年轻老师的教学水平。小班化讨论，可利用QQ 群、微信群等方式与学生共同学习，师生共学，同学共学，将教与学融为一体。这种教学方式改变了传统的教育观念与教育思想，不再以教师为中心，从以学生为主体，教师为主导，变成了双向互动的教学模式。 充分利用现代化的教学手段构造通信课程的教学体系，打造课程精品。通过编写通信原理课程教材及实验教材、建设通信原理课程网站及手机终端、制作通信原理课件、撰写通信原理课程教案、建成《通信原理》网络视频课，以形成通信原理的课程体系。 在教学中为了使学生能够更好地掌握和理解通信技术，将教学环节和实践环节有机结合，即通过理论教学、Matlab/SimuLink仿真、电路系统设计、课程设计、毕业设计、工程实践等方式，将理论与实践相结合，加深认识，提高动手能力。 为了能够更好地与学生沟通，了解学生的学习情况与掌握程度，通过网络平台、手机终端、QQ群、微信群、E-mail 等方式构架多种渠道，为师生打造互动方式。 为方便学生学习及了解课程相关信息，建设通信原理网站及手机终端，方便学生查找信息、资源共享、相互交流， 能够随时随地学习。 4 实践教学 结合哈佛大学霍华德· 加德纳教授的多元智能理论，进行以课程设计和毕业设计为突破口的实践教学。利用现有比较先进的仪器设备，教师开动脑筋，在验证性实验基础上增加综合性、设计性的项目，逐步开设有 创新性 的综合性、设计性实验。如在 2DPSK 调制与解调实验和PCM 调制与解调 开放实验室也是一种实验教学改革的思路，目前主要在两种情况下开放： (1) 在教师的指导下学生参与《通信原理》方向的科研， 或者学生参与需要用到《通信原理》实验仪器的研究； (2) 在进行设计性实验与毕业设计时开放。在改革中不断修改与补充相应的课程实验项目和配套实验指导书、课程设计指导书、实验教案和实验报告书等教辅材料。 5 考核方式 为防止一次考试定乾坤现象的出现，要合理调整考核方式，项目组将平时成绩增加到 30%，加强对出勤、课堂表现、作业、实验、期中考试等全方位的考查，分出层次，尽量减少平时不努力，考试通过其他手段蒙混过关的现象出现，公平公正的对待每一位同学。 通过以上方面的综合改革与运用，充分调动了学生的学习热情，对于知识点的了解与掌握更加深刻，提高了学生的动手实践能力，加强了认识，开阔了视野，增强了课堂的有效性。 6 结 语 《通信原理》课程通过多方位的教学改革与实践，取得了较好的成效，教学内容紧凑，简洁明了，注重理论与实践结合， 培养了学生的综合素质；通过多种渠道进行教学，及时掌握学生的学习动态，改变传统的教学模式，突出学生的主体地位， 促进交流与沟通，培养学生自主学习与探索的精神；课程群、教学链、课程体系的建设，有效促进了课程建设，协调了相关课程的内容，保证了课程的衔接性。本研究对与高校电子信息类的《通信原理》教学起到了一定的指导作用。

射频识别（RFID）是一种自动识别技术，利用空间电磁场实现信号的非接触传递，达到识别目标信息的目的。随着通信技术和半导体制作工艺的发展，微波领域的RFID应用越来越广，而作为物联网工程专业核心课程之一的 RFID技术，对物联网感知层感知水平的提高起到关键作用，物联网工程专业实践教学开展的质量对培养复合型工程应用人才质量的影响至关重要。但大多院校物联网实践教学均围绕传感器、无线传感网络构建分析和 RFID基础理论验证开展，正确把握物联网各专业课之间的联系特点，同时设计好其实践教学环节已成为各高校需要关注的问题。 1 RFID实践教学体系 物联网是一个涉及计算机软件、电子信息、通信工程和信息安全等专业知识的学科，需要对以上各专业技术集成创新。RFID 基础理论包含了上述各专业知识，但又是一个独立的完整体系架构，其实践教学是整个物联网专业实践教学环节的重要组成部分，由于各高校侧重学科不同，RFID 实践教学的开展也不相同，大致可分为以下 3 类： (1) 通信类实践。RFID实践教学主要依托通信知识开展，包括电子标签和读写器通信编解码方式的实验、调制解调的实验、无线传感节点通信实验等，课程设计和毕业设计等实践也均围绕通信技术开展。 (2) 计算机软件类实践。RFID实践教学以软件类为主， 主要包括通信协议分析实验、防碰撞算法验证实验、编解码 算法编程实验等，课程设计和毕业设计为中间件开发、应用 (3) 电子类实践。RFID 实践教学主要以电子信息类为主，包括电子标签读写实验、电子标签和读写器阻抗匹配实验、射频电路仿真实验等，课程设计和毕业设计为RFID阻抗匹配网络设计、读写器电源设计、读写器射频电路设计、射频频率跟踪系统设计等。RFID实践教学体系结构如图 1所示。 2 物联网 RFID实践教学创新模式 由于物联网涉及多项专业知识，所以 RFID 实践教学模式不应是某一类专业的教学，应当综合通信专业、计算机专业和电子专业的实践，以通信专业知识理论验证为基础，电子专业硬件设计制作为平台，计算机应用软件设计为目标，贯穿RFID实践教学体系，才能把众多专业知识在RFID 课程中融会贯通，达到比较全面的实践目的。和以往依托院校特色专业为基础的物联网专业实践教学开展模式不同，RFID 实践教学创新模式体系构建如图 2 所示。 （1） 基础理论验证， 主要为 RFID 通信技术基础理论的验证实验。包括 RFID 通信模型中的各种编码解码波形观察分析对比， 常用调制解调算法的实现和波形观察， 125 kHz/13.56 MHz/900 MHz RFID 标签内容在不同标准体系下的读写实验以及RFID 天线频率、方向性、阻抗和稳定性 (3) 软件设计，主要为读写器读写程序的设计和防碰撞算法的实现。包括低频和高频的读写器数据存取程序设计或者仿真，ALOHA及其改进算法以及BTS算法的仿真和观察。 (4) 应用系统集成，主要为RFID通信系统的综合应用设计。包括利用单片机或 DSP实现抑或其他基于无线通信技术的应用系统设计，如单片机控制的 RFID标签汽车防盗系统、考勤系统和一卡通信息读取系统的设计。可以以课程设计或毕业设计的形式进行实践教学。 RFID 实践教学体系基础理论验证实践平台如图 3 所示。 图 3 RFID 实践教学体系基础理论验证实践平台 3 RFID实践教学创新模式实施应注意的问题 RFID 实践教学创新模式的实施应注意以下几个问题： 理论教学相关知识的完善。为实现 RFID实践教学开展的有效性，与其相关专业知识的补充十分必要，主要包括通信基础理论、无线通信技术、电磁场电磁波技术、微波技术和天线理论等基础知识，而这在一定程度上取决于培养计划的保障。 实践教学设备的配置。实践教学开展的好坏直接 受制于其配套设备，RFID实践教学创新模式实施的必要设备包括具有通信编解码和调制解调功能的综合开发平台、RFID 标签制作综合试验箱、电磁场电磁波或天线特性分析软件和不同频段的RFID读写器等硬件设备。 实验室师资队伍建设。物联网RFID课程涉及多专业、多学科，单一学科的实验室人员无法胜任学生实践教学的指导，因此应加强实验室师资队伍的建设，由专业课老师来指导学生的实践教学。 4 结 语 物联网RFID 课程是一个涉及多专业知识的学科，本文分析了目前依托特色专业的RFID 实践教学体系结构，提出了物联网RFID 实践教学创新模式，并说明了其实施应注意的问题，为RFID 实践教学的有效开展奠定了基础。

引 言 智能家居是一种居住环境，其基础是住宅，其目的是构建高效的住宅与家庭日程管理系统，其手段是利用网络、布线、音频、自控、安全等一系列技术将家居生活有关的设施集成。 作为一个新兴产业，智能家居还未真正进入成长期，市场消费观念还未形成，但随着智能家居市场推广普及的进一步落实，在消费者的观念形成后，智能家居市场未来拥有无穷潜力，产业前途无量。正因为如此，越来越多的智能家居生产企业开始投入对行业市场的研究，特别是对企业成长环境和消费者需求变化的深入研究。随着科学技术日新月异的发展， 数据通信技术迅速向智能家居渗透。居住环境信息获取和传输技术需要运用适宜的现代通讯手段来实现。按通信技术传输介质的不同可分为有线和无线两种方式。有线通信方式具有系统可靠性高、抗干扰能力强等优点。但传感器与执行机构数量多且分散，导致布线复杂、维护困难。无线通信以组网灵活、无需布线等优点在智能家居中逐渐兴起。智能家居中常见的有线方式有电力载波和以太网等，无线方式则包括ZigBee、WiFi、GSM/GPRS、无线射频技术等，本文对这些通信技术在智能家居领域中的应用进行了综述。 1 有线通信方式 有线通信方式具有稳定、安全和高速等优点，但存在设备移动性差和布线繁琐、布线成本高等不足。常用的有线通信方式有电力载波和以太网等。 1.1 电力载波通信 电力线载波（Power Line Carrier，PLC）是电力系统特有的通信方式，电力线载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。其最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线就能进行数据传递。 马乐等（2013）[1]设计了基于物联网体系的智能家居系统，以 Internet 和GSM 为远程控制基础，以 RF 无线射频技术为近程控制手段，以 PLC 为通讯总线，解决家庭内部点对点高速多媒体数据传输的问题。罗玉平等（2014）[2]设计了基于电力线载波通信的智能家居控制系统，系统以STM32 主控制器为核心，内嵌Web 服务器，结合 GPRS 网络、电力载波通信技术以及传感器技术可实现远程智能控制。宣航（2015）[3]开发了基于物联网的智能家居监控系统，该系统基于电力线载波通信技术，以TOP6410 开发板为核心，以OFDM 调制技术为基础构建了智能家居系统的硬件体系结构和软件平台。 1.2 以太网 以太网（Ethernet）首次由罗伯特 • 梅特卡夫和施乐公司帕洛阿尔托研究中心的同事研制，如今已成为最流行的通信协议标准。以太网可以分为标准以太网、快速以太网、千兆以太网以及万兆以太网。 南春辉等（2013）[4]设计了基于Web 技术的嵌入式智能家居系统，通过构建Web 服务器对家居设备的工作状态进行记录和控制，内部家居通过以太网相连，以Socket 协议与服务器通信。陈玮等（2015）[5]设计了基于Andriod 平台的智能家居系统，将云计算中心与路由器用以太网连接，使用内外网通信方式，当家庭宽带不可用时仍能通过内网实现对家居设备的控制。侯维岩等（2015）[6]设计并实现了智能家居网关及其 Web 控制软件，提出了一种能够同时兼容 ZigBee、Bluetooth 和以太网，并能方便操作的B/S 智能家居控制系统。 1.3 RS-485总线 RS-485 是串行数据接口标准，1983 年在RS-422 基础上制定了 RS-485 标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA- 485-A 标准。 陶莉等（2007）[7]设计了基于RS-485总线的智能家居系统，采用RS-485总线的主从网络实现了以 PC机为家庭网关的基于RS-485总线的智能家居系统。徐锋等（2009）[8]设计了智能家居远程控制系统，以 ARMLPC2364为核心，由MAX3088 构成 RS-485接口，不仅可以节省开支，其省电节耗效果也十分明显。刘璟（2010）[9]设计了基于PXA270-Linux 的智能家居系统，通过运用RS-485总线接入各种传感器模块的思想， 实现了家居安全报警、家用电器及照明系统远程控制。张小贝等（2012）[10]设计了基于嵌入式控制和RS-485的智能家居系统，具有良好的应用性。张玲（2014）[11]设计了基于STM32的智能家居系统，各智能产品通过 RS-485总线方式和控制器通讯， 具有控制方式多样灵活、模块功能可扩展性强、设备操作简单易行等优点。 RS-485 接口具有良好的抗干扰性，按其接口组成的半双工网络一般只需两根连线，长的传输距离和多站能力等使其成为首选的串行接口，但 RS-485 总线的主从和半双工工作方式难以实现各节点之间的数据交换，且存在效率低、实时性差等问题。 2 无线通信方式 与有线通信方式相比，无线通信网络是一种以数据为中心的自组织无线网络，具有可快速临时组网、拓扑结构可动态变化、抗毁性强、无需架设网络基础设施等优点。常用的无线通信方式有ZigBee、WiFi、GSM/GPRS、无线射频技术等。 2.1 ZigBee技术 ZigBee 类似于蓝牙，是一种新生的短距离通信技术。与蓝牙高昂的价格，组网复杂等特点不同，ZigBee 成本低、功耗低，且组网方便，因此许多厂商都对其感兴趣。ZigBee 遵循IEEE 802.15.4 标准，工作在 204 GHz 的频段上。 运用这种技术将智能家居中的各种电子设备组成一个无线传感网络，从而快捷方便地对居住环境参数进行自动监测， 意义重大。辛海亮等（2013）[12]设计了一种基于 ZigBee 的物联网智能家居控制系统的总体方案，以 Linux 系统为核心，以ZigBee 无线通信技术进行信号传输并以GPRS 通信技术进行系统远程监控。高鹏等（2014）[13]设计了基于ARM 和ZigBee的智能家居监控网络，在家庭内部通过基于德州仪器 CC2530 无线收发芯片的ZigBee 无线网络将家用电器与其他监控设备连接在一起组成无线家庭网络。庞泳等（2014）[14]设计了基于ZigBee 的智能家居改进系统，通过改进的MAC 协议与ZigBee数据帧结合，对网内不同数据类型采取针对性处理措施，使系统具有较低的功耗和较高的安全性。季建华（2015）[15]设计并实现了基于物联网的智能家居远程监控系统，同时又以JN5139 芯片为核心设计了各ZigBee 终端节点，采用星型网络实现 ZigBee 无线组网。Chatura 等（2016）[16]基于ZigBee 设计了低复杂度展频智能家居网络体系，提升了共存能力，增强了多径衰落影响下的鲁棒性。Raafat 等（2016）[17]基于ZigBee面向残疾人设计了可配置的智能家居控制系统，结果表明， 该系统可为残疾人提供更好、更便捷的生活方式。孙正凤等（2016）[18]设计了基于改进ZigBee 路由算法的智能家居控制系统，仿真表明，当节点数越多，改进的算法可减少 30% 的能耗， 并且随时间的增长，死亡节点数将降低 10%，有效均衡了网络负载。 应用ZigBee 技术可通过无线传输方式实现每个节点家居环境控制器与管控计算机的组网及灵活的网络数据传输，提高了智能家居系统的灵活性和可靠性，并大幅降低了成本。 2.2 无线WiFi技术 WiFi（Wireless Fidelity） 网络符合 IEEE/802.11b 协议， 由AP（Access Point）和无线网卡组成，组网方式较为简单， 具有无线接入、高速传输以及传输距离远等优点。 董思乔等（2015）[19]设计了基于 WiFi…

引 言 节点 位 置 的 信 息 是 无 线 传 感 网 络（Wireless Sensor Network，WSN）能够实现其应用的关键，如何实现节点的准 确定位一直是 WSN 应用中被关注的问题。WSN 中的节点主要 由锚节点和未知节点组成，其中锚节点指少量带有 GPS 定位 装置的节点，能实现精确定位，但未知节点则需要通过锚节点 来进行自身定位 [1，2]。由于锚节点需加装 GPS 设备，能量消耗 高，因此无法广泛使用。 目前 WSN 中的节点定位分为基于测距（Range-Based）和 无需测距（Range-Free）两种算法 [3]。基于测距的算法常用的 有 RSSI，TOA，TDOA，AOA[4]，这种算法需要测算出相邻 节点间的距离，再计算周围未知节点的坐标，从而实现定位的 目的；无需测距的算法主要有 DV-Hop 算法 [5]、质心算法 [6]、 APIT 算法 [7]，采用这些算法不需要测出节点之间的实际距离， 而是通过估算来获得未知节点的位置，但估算导致定位存在 偏差，需要进一步求精后才能获取准确位置。 文献 [8] 提出把锚节点通过人工部署为小区域的内切圆方 式，以提高节点定位的精度。文献 [9] 分析了 WSN 部署与能 耗的关系，通过对 DV-Hop 算法进行研究发现，锚节点位置 的不规则放置会对定位误差产生较大影响，在一定的 WSN 范 围内使用 DV-Hop 定位，可以通过锚节点规则性的部署来提高 定位的有效性，从而降低传感器定位误差。 1 DV-Hop算法及误差分析 1.1 DV-Hop定位算法 DV-Hop 算法的步骤如下： （1）锚节点向周边的未知节点广播信息，信息包中含有初始化为零的最小跳数项。未知节点收到信息包后，对最小跳数项加 1 再把整个信息包转发给下一个节点。 式中，（xi，yi） 为未知节点的坐标 ；（x1，y1）， ，（xj，yj）为该未知节点所记录锚节点的坐标。 (4) 令公式（3）前面的（j－ 1）个方程依次减去最后一个方程得到一个线性表达式 AX=b。 (5) 用最小二乘法解表达式可得 X=（ATA）-1ATb。 1.2 DV-Hop算法误差 在无线传感网络中，对于所有未知节点均使用跳数与校正值的乘积来表示距离，计算出的估计距离与真实距离存在很大偏差。有些文献提出引用各种迭代算法求出最接近真实值的未知节点的坐标，使得定位误差最小[10]。但迭代法的引入会增加定位的计算量，并增加WSN 的能耗。 存在较大误差的原因是锚节点位置的不规则放置，导致未知节点离锚很近或很远，从而加大了估算误差。 为了计算 DV-Hop 算法的误差，在仿真中采用了文献 [11]的误差计算公式： 其中，（x’，y’）和（x，y）分别表示未知节点的估算坐标和实际坐标，k 为仿真次数，R 为节点通信半径，N 为节点个数。 2 仿真环境与过程 2.1 仿真环境 仿真是在装有 Matlab2010 的Windows 7 平台上进行的。仿真环境参数选择见表 1 所列，正方形、均匀、交叉形式锚节点各坐标的选择见表 2 所列。 考虑到实际中 WSN 的传感器节点可能随机分布，而锚节 点可以按需要的方式进行人工部署。为了使仿真具有比较性， 每次计算误差时假设未知节点的位置固定，而锚节点则以随机、 正方形、均匀、交叉等方式部署。以 100 个节点为例：…

引 言 台湾联发科技股份有限公司（MTK）提供的完整的手机、平板产品解决方案在国内市场占有率很高[1]。MTK 相比高通平台准入门槛低，拥有更大的用户群体，更多的开放资料可供参考。MTK chipsets 高集成套片方案和turnkey“交钥匙”政策使得手机及相关二次开发的工作量大大降低，使 MTK 平台在除手机以外的专业领域中应用成为可能。 目前，移动智能设备的开发往往侧重于特定的应用领域， 如车载平台、射频识别、智能网关等[2]。在某一领域，这些设备往往功能相近、硬件系统相似，如果将处理器、射频模块、存储器、通信模块、电源管理等底层通用的模块集成在一起， 封装成一个大的“芯片”，并将常用接口引出，则整机的设计工作将大大简化，而这个大芯片我们称其为“核心板”。平台核心板实物图如图 1 所示。将核心板作为一个独立模块分离出来，用户只需要添加显示屏、按键、传感器等外设，利用核心板搭载的安卓智能操作系统接上电池就能工作，这种“核心板 1.1 核心板选型 某煤矿安全管理项目需要开发一款手持巡检记录仪，要求具有“三违”现场取证、下井作业人员识别卡检测、巡更轨迹信息记录、井下设备资产管理、蓝牙通信、WiFi 语音通话、图片视频采集及无线传输功能 [3]。根据上述功能需求，本文采取“核心板 + 外设扩展”的思路来实现。本设计采用MTK 手机平台、MT6572 处理器及苏州煜瑛微电子公司生产的YYW-M-6572 型核心板，该产品具有集成度高、功能完善、体积小、功耗低的优点。核心板主要由MT6627 WiFi/ GPS/BT/FM 四合一通信 芯片、MT6572 CPU、MT6166 RF Transceiver 射频模块、MT6323 电源管理芯片、AW3210 充电管理芯片、SKY77590 功放芯片、存储芯片构成。其功能模块示意图如图 2 所示， 有GPIO、UART、SPI、I2C、USB 等常用接口，且具有 WiFi、蓝牙、GSM 等常用通信模块，具有很强的可扩展性。 巡检记录仪的外设扩展部分除了可进行通用的LCD 及电 1.2 扩展外设选型 2.4 G 无线传输模式在无遮挡的环境下， 识别距离大约为几十米，能满足设备信息动态管理的要求。读卡芯片采用 NRF24LE1 芯片， 对应的射频卡为有源卡， 内部也采用NRF24LE1 芯片，由纽扣电池供电。由于芯片内置高速单片机， 数据接收发送程序固化在芯片内部，采用UART 接口接收上位机指令，读卡器能对射频卡进行读写操作[5]。 人员识别采用 13.56 MHz 的短距离射频识别。卡片为采用无线感应方式供电的无源卡， 兼容 ISO/IEC14443A 及MIFARE 协议，价格低廉，应用广泛。读卡芯片采用NXP 公司生产的MFRC522 芯片，具有低电压、低功耗、小尺寸、低成本等优点， 兼容 ISO/IEC14443A 及MIFARE 模式。采用SPI 接口与上位机通信[6]。巡检仪整机设计方案图如图 3 所示。 MTK 提供的 Turn key Solution 模式将芯片与手机开发所需的软件平台乃至第三方软件捆绑销售，提供了较健全的多媒体平台解决方案。MTK 源代码由核心板供应商提供，目前推荐使用Ubuntu 10.04 搭建MTK android 编译环境[7，8]。 安卓智能手机客户端应用程序是用Java 作为编程语言， 通过Eclipse 创建开发，使用Java 开发包 JDK 及安卓 ADT 进行软件开发和调试 [9]。软件开发的主要工作是调试 UART 和SPI 接口的驱动程序。下面分四步简单介绍SPI 驱动开发及应用测试步骤： 在 SPI 驱动中，有两个重要的结构，分别为 spi_device 与spi_driver。Spi_device 板信息用spi_board_info 结构体来描述，它描述了SPI 外设（RC522 模块）使用的主机控制器序号、片选信号、数据比特率、传输方式等。因此要先填充structspi_board_info 这个结构体。注册SPI 设备与驱动，通过 SPI 总线实现数据读写。这里注册一个混合设备 ：misc_ register（&rc522_misc_device）；在 read，write 操作里都会调 用 到 WriteRawRC（unsigned char Address，unsigned char…

油罐附件是油罐的重要组成部分。在这些附件中，有些是为了完成油品收发作业和便于生产管理而设置的，例如进出油短管、放水管、加热器、量油孔、梯子、栏杆、液位计等；有些则是为了保障油罐使用安全，防止或消除各类油罐事故而设置的,例如阻火器、呼吸阀、液压安全阀、静电接地装置等。其中,安全是生产的基础，也是发展的基础。现就油罐的安全附件（呼吸阀、液压安全阀、阻火器）的安检和维护等进行简要探讨。 1呼吸阀 油罐呼吸阀是保证油罐安全使用，减少油品损耗的一种重要设备。目前，重力式或弹簧式机械呼吸阀的主要缺陷是通气量小、可靠性低，在实际使用中事故率较高。 呼吸阀的基本功能有两个：一是保证油罐安全密闭储油；二是减少油品蒸发损耗。后者要求呼吸阀具有良好的密封性,前者才是对呼吸阀最重要的要求。在密闭储油情况下，油罐是否会因超压而凹瘪及翘底，关键看油罐呼吸时气流能否顺畅通过呼吸阀。 1.1呼吸阀的工作原理 呼吸阀是保护油罐安全的重要附件，安装于罐顶，用于自动控制油罐内外气体通道的启闭，维持油罐的压力平衡，对油罐的超压或超真空起保护作用，又可以在一定范围内降低油品的蒸发损失。呼吸阀是利用阀盘的重量（有时候阀盘上加重块）或弹簧的弹力来控制罐内呼气压力和吸气的真空度。当罐内气体的压力超过油罐的允许压力值时，压力阀被顶开，混合油气从罐内逸出（呼出），使罐内的压力不再增高。当罐内气体的真空度超过油罐的允许真空度时，真空阀即被顶开，吸入空气（吸气）维持油罐压力平衡。压力在一定范围内，油罐不呼吸，所以呼吸阀在一定程度上减少了油品的蒸发损耗。呼吸阀控制的压力和真空度的数值应根据油罐结构本身的允许值来决定。选择呼吸阀型号时，要根据油品收发作业时的最大排量来确定。呼吸阀的直径大于250mm时，可选用两个不超过250mm的呼吸阀。 当罐内油气压力大于油罐允许压力时，油罐蒸汽经压力阀外逸，此时真空阀处于关闭状态；当罐内油气压力小于油罐允许真空度时，新鲜空气通过真空阀浸入罐内，此时压力阀处于关闭状态，允许压力(或真空压力)靠调节盘的重量或弹簧的弹力来控制，但也必须在油罐的允许压力范围之内。 1.2呼吸阀的性能 正常使用的呼吸阀，通常都应当具备以下性能： 首先是防冻耐腐蚀性。根据SY7511—87石油储罐呼吸阀的标准规定：呼吸阀在相对湿度为70%、温度(-30±1)的环境下，经24h冷冻后，阀盘开启压力应符合工作压力的要求。 呼吸阀阀盘、导杆及连接件、密封件等均应采用不锈钢或聚四氟乙烯材料，以防腐蚀、失效。 其次要有密封可靠性。近年来，呼吸阀的密封方式有很大突破，已经由过去的硬件密封发展到薄膜弹性密封，这种密封的特点是密封可靠、泄漏量小、油气挥发少。 第三是通气能力。美国石油工程师协会API2000[1]通气标准要求:当储存油品的闪点高于3778时，吸入通气量Q=V+Q„排出通气量Q°=1.07V+0.6Qt；当储存油品的闪点低于37.78°C时,吸入通气量Qi=V+Qt，排出通气量Q°=2.14V+Qt。通气量的大小取决于油品的最大排泄速度(V)和油品的最大充装速度(V)及气温变化引起的通气量(Q)我国石油储罐的通气量应结合国内储罐实际收发作业和气候变化情况而定。 综上所述，呼吸阀的控制要求是，在罐内气体压力大于控制压力的前提下，保证呼吸阀在各种作业和环境下都能满足油罐呼吸所需的通气量。而控制压力是呼吸阀控制过程的检测点，能否达到控制要求，取决于呼吸阀能否自动控制通气量。 因为呼气阀的控制压力大于吸气阀的控制压力，所以,呼气阀流通截面积小于吸气阀的流通截面积。另外，在夏季温差较大时，吸气阀△:引起的吸气量比呼气阀出引起的呼气量大，因此，呼吸阀口径的选择要以吸气阀为主。为了制造方便，常把呼气阀做成和吸气阀相同的直径。而呼吸阀的通气量Qqi在计算中取QZ和QY之中的较大者，用Qy表示。 这样，则有: 为了节约，常取1.2Qy与1.2VUDtv/273中较大者为正常工作值，并按此值选阀。目前，只有在测得呼吸阀性能曲线,并掌握额定压力下的额定流量后，再结合油罐正常呼吸流量,才能确定其口径和数量。 1.3目前呼吸阀存在的问题 目前的呼吸阀往往不具备防冻功能。在严寒的冬季，储油罐内油气混合物中所含有的水蒸气在机械呼吸阀的弹簧钢丝上冷凝冻结，使弹簧工作失灵。有时水蒸气停滞于阀盘导杆与导套的间隙中并冻结，从而导致呼吸阀不能呼吸。 造成这一问题的原因是：油罐顶部空间是油气、空气和水蒸气的混合气体。通常情况下，其水蒸气的分压力低于油罐内气体空间当地温度所对应的饱和压力。这种混合气体也称为未饱和气体。未饱和气体具有吸湿能力，可以容纳更多的水蒸气。如果水蒸气的分压力达到当地温度所对应的饱和压力,则为饱和气体。饱和气体不再具有吸湿能力，若增加水蒸气含量，就会有相同数量的水凝结出来。混合气体的饱和压力是温度的函数，随温度的降低，饱和压力减小。因此，当温度降低时，尽管水蒸气的含量不变，但其可以容纳水蒸气的能力下降，最终未饱和的气体达到饱和状态，这时的温度称为露点温度。当混合气体处在露点温度以下时，混合气体中的水蒸气就会凝结出液体水。 在寒冷季节工作的呼吸阀，阀盘的外侧与大气环境连通,其温度接近外界环境空气的温度。当罐内混合气体与阀盘接触或罐内混合气体流经阀盘时，阀盘会冷却混合气体，从而使气体温度处于其露点温度以下，这样，混合气体内的水蒸气凝结为水，继而结冰。结冰的后果是阀盘与阀座冻在一起，进而使呼吸阀功能失效。 其次的问题就是漏气。有些呼吸阀的阀盘、阀座等所用的密封材料采用的是普通橡胶、尼龙及易腐蚀材料，经罐内油气浸蚀会产生变形，从而使大量的油气从呼吸阀中溢出。 再就是卡死问题。卡死多发生在呼吸阀安装不正确或油罐变形导致阀盘导杆歪斜以及阀杆锈蚀的情况下，阀座在沿导杆上下活动中不能到位，将阀盘卡于导杆某一部位。 另外，还有粘连问题。这是因为油蒸气、水分与沉积于阀盘、阀座、导杆上的尘土等杂物混合发生化学物理变化，久而久之使阀盘与阀座或导杆粘结在一起。 最后就是堵塞问题。这主要是由于呼吸阀长期未保养,致使尘土、锈渣等杂物沉积于呼吸阀内或呼吸管内，以及虫类或鸟类在呼吸阀口筑巢等原因，使呼吸阀堵塞。 以上这些故障，有的会使呼吸阀达到控制压力时不能动作，造成油罐超压，危及油罐安全;有的则使呼吸阀失去作用，造成大小呼吸失控，从而增加进油的蒸发损耗，使油料质量下降，加重区域大气污染，影响操作人员的身体健康，增加区域危险因素。 为此，有人设计出了全天候呼吸阀。这种呼吸阀为避免冻结，首先在阀盘材料上采用了刚性骨架和氟膜片的组合，阀座采用聚四氟乙烯环套，导杆和导向套均采用四氟乙烯衬套;其次，在结构上，阀盘与阀座之间采用带有空气垫的软接触,从而有效防止了微压差泄漏。这种机械呼吸阀在防冻结及密封方面的确有明显改进，但并不能从根本上解决防冻结问题。1.4机械呼吸阀的检查与维护 检查呼吸阀时，首先要检查呼吸阀内部的阀盘、阀座、导杆、导孔、弹簧等有无生锈和积垢，并进行清洁，必要时可用煤油清洗；其次应检查阀盘活动是否灵活，有无卡死现象，密封面(阀盘与阀座的接触面)是否良好，由于密封面的材料为有色软金属，在对其研磨时，要选用较细的研磨剂(如红丹润滑油)；第三，应检查阀体封口网是否完好，有无冰冻、堵塞等现象，擦去网上的锈污和灰尘，保证气体进出畅通;第四，要检查压盖衬垫是否严密，必要时要进行更换；另外，还要检查螺栓，给螺栓加油。 在日常的巡检过程中，通过外部目测检查，往往较难发现上述问题的原因，无法预知呼吸阀的技术状况。在日常的检查中，可以采用在呼吸阀上附设一手动试验端子，直动式呼吸阀用手动把手，先导式呼吸阀用试验按钮。检查时只要在手动试验端子上施以略大于气体压力对阀盘作用力的手动力,即可感知呼吸阀大致的技术状况。在日常的检查中，每次都可以试验一下，能够使阀盘经常地在其全启范围内进行运行，即可有效地防止锈蚀、卡死、粘连等，同时，在紧急情况下，也可以通过手动试验端子打开呼吸阀。 2液压安全阀 液压安全阀是为提高油罐安全使用性能的又一重要设备,它的工作压力比机械呼吸阀要高出5%~10%。正常情况下，它是不动的，当机械呼吸阀因阀盘锈蚀或卡住而发生故障，或油罐收付作业异常而出现罐内超压或真空度过大时，它将起到油罐安全密封和防止油罐损坏的作用。图1所示是液压安全阀的结构图。 图1液压安全阀结构图 2.1工作原理 液压呼吸阀的工作原理图如图2所示。液压安全阀是用阀内的变压器油(或柴油)来控制储罐的工作压力的。当储罐内的压力与大气压平衡时，阀内油槽隔壁内外液面呈图2(a)所示的水平状态；当储罐内压力大于大气压时，阀内与储罐相同的变压器油被压向油槽隔壁外侧，此时罐内压力继续增高,当达到一定压力，内侧液位到达隔壁底端时，储油罐内的油气就以小气泡的形态经过油层冲出，进入大气(见图2(b))；当储罐内压力小于大气压力时，阀内的变压器油在压力差的作用下，被压向油槽隔壁内侧，此时负压继续下降，当负压值达到一定值时，外侧液位达到隔壁底端时，大气通过变压器油又以小气泡的形式进入储罐(见图2(c))，这样，储罐就会 及时得到大气补充而不致抽瘪。 (a)油罐内压力与(b)油罐内(c)油罐内 周围大气压相等保持正压力保持负压力 图2液压呼吸阀工作原理图 2.2存在问题 液压呼吸阀存在的主要问题是喷油问题。因此，液压安全阀下面需要配置阻火器，以防止火源带入储罐内。有时由于液压安全阀安装使用不当，就会出现喷油现象。其原因：一是集油槽高度不够，当储罐内压力达到液压安全阀工作压力时，冒出的小气泡会溢出集油槽儿落在罐顶，造成喷油；二是安装偏斜，安全阀安装偏斜会使阀内油液出现高低不一,这样,在达到工作压力时，较低一侧的油液就可能溢流出来。 另外，如果维护保养不够，液压安全阀在使用过程中,长时间不进行维护保养，就会造成液封油变质。 2.3维护保养 液压安全阀的动作与油液的密度和油槽隔板浸入油中的深度有关，因此，使用中不要随意调节液位的深度和更换油液的品种。另外，液压安全阀在安装时，要保证阀体与水平面垂直，其偏差不能超出0.5mm,以防油液喷出。 液压安全阀的检查与维护主要有两个方面，一是阀体，二是液封油料。特别是液封油料，由于在使用过程中要挥发损耗一部分，而且水蒸气及罐内排出的一部分油气会凝结到液封油料中，因此，长期使用后，液封油料的数量和重度都有所变化。为保证其控制压力的正确性，必须定期进行检查。 液压安全阀的维护保养一般每季度进行一次。检查维护的主要内容有以下几方面： （1）检查阀体表面有无渗漏和油迹，检查内筒隔板有无锈穿而造成进出口旁通； （2）检查油标尺密封垫是否良好； （3）液封油高度是否符合要求，必要时要添加液封油； （4）检查液封油是否合格，应放出底部的水和杂质，必要时要化验油品或更换油品； （5）加强日常巡检的力度，确保液压安全阀正常工作。 3阻火器 阻火器又称油罐防火器，是油罐的防火安全设施。它装在机械呼吸阀或液压安全阀下面，内部装有许多铜、铝或其它高热容金属制成的丝网或皱纹板。万一当外来火焰或火星通过呼吸阀进入防火器时，金属网或皱纹板要能迅速吸收燃烧物质的热量，使火焰或火星熄灭，从而防止油罐着火。 3.1阻火器的种类 阻火器按阻止火焰速度分类可分为阻爆燃型阻火器和阻爆轰型阻火器；按阻火器安装位置分类可分为管端阻火器(安装在管子顶端)和管中阻火器(安装在管子中间)；按阻火器用途分类可分为油罐阻火器、加油站阻火器、车用阻火器、加热炉用阻火器、火炬阻火器、排风导管阻火器、船用阻火器、乙炔阻火器和氢气阻火器等；按阻火器结构分类可分为金属网型阻火器(已淘汰)、波纹型阻火器、平行板型阻火器、多孔板型阻火器、泡沫金属型阻火器、充填型阻火器、水封型阻火器等；按阻火器使用气体介质可分为I级气体阻火器、nA级气体阻火器、nB级气体阻火器、nC级气体阻火器等。 3.2阻火器的主要技术，性能 国家和中国石油集团公司颁布的标准对阻火器做了如下规定： 阻火器壳体应能承受不小于0.9MPa的水压，且无泄漏、无裂痕和永久变形； 阻火器应能连续阻爆13次，每次都能阻火； ⑶阻火器应能经受耐烧1h,在此期间无回火； 阻火器在空气相对湿度大于70%、温度为(-30±1)°C的条件下，经过24h冷冻后，仍能保证正常工作； 阻火器通气量不小于图3所示的规定。 阻火器的以上性能要通过国家权威部门的技术鉴定和认可后，方可投入使用。 图3阻火器通气量规定范围 3.3阻火器的选用 中国西北部的冬季气温相对较低，所以，根据此气候环境特点以及阻火器的技术性能，本文推荐以下几种阻火器，仅供参考。 （1）全天候阻火器。该阻火器的阻火层是用0.1~0.3mm厚的不锈钢波纹带与光带缠绕而成，缠制后的阻火层形成许多网状小孔，可以保证空气和油气流通。当火源或雷击火花通过阻火层时，能在器壁效应的作用下迫使火花熄灭，从而起到阻火作用。 （2）侧取式阻火器。该阻火器只是在壳体上开一长方孔,阻火层可从长方孔送入安装，它的主要特点是维护保养方便,保养时只要将长方孔法兰拆除即可进行维护保养。 （3）全天候阻火呼吸阀。该阀阻火、呼吸两种功能并用，是1989年研制出的一种新产品，深受用户欢迎。 以上推荐的三种阻火器，在防冻功能上都做了相应的处理。 3.4维护保养 为了确保油库储油罐的安全运行，对阻火器要进行定期的维护保养，并要与呼吸阀同时进行。保养时，要对照产品说明书将阻火器取出，检查阻火层的波纹孔是否堵塞或有脏物和腐蚀现象，如有堵塞和脏物应立即清洗、吹干方可安装。安装后要使阻火层壳体结合面紧固，以防松动。如阻火层出现腐蚀变形应及时更换，以保证储罐安全。 4结语 事实上，储罐呼吸阀、阻火器和液压安全阀都是各类储罐安全的重要附件，在选用和维护保养中，一定要严格执行国家和石油行业标准规范。基层管理和操作人员要严格执行储罐标准作业操作程序卡，定期对其附件进行维护保养，不断增强安全意识，加强对岗位员工日常安全操作的培训教育，全面了解掌握储运安全技术，为油品的安全储存、输转，尽职尽责。