基于紅外通信的無線傳感節點在漏纜檢測中的應用

陳清明

摘 要：漏纜檢測是通信行業中一項重要的檢測技術，隨著科技的不斷進步，檢測技術越來越先進，而且準確性越來越高，本文對基于紅外通信的無線傳感節點技術在漏纜檢測中的應用情況進行了介紹。應用這項先進的技術，可以解決漏纜檢測中存在的干擾問題，而且降低了應用的成本，提高了檢測數據的可靠性，將其應用在通信網絡的檢測系統中，有效提高了磁區的性能，可以在漏泄電纜自動檢測系統中大力推廣。

關鍵詞：紅外通信；無線傳感；漏纜檢測；應用

漏纜檢測是對漏泄的電纜在傳輸過程中產生的電磁波進行檢測，由于漏纜輻射具有不確定性，為了保證通信系統穩定的運行，相關工作人員需要建立漏泄電纜耦合損耗自動檢測系統。傳統的檢測設備操作比較復雜，而且應用的成本較高，本文介紹的基于紅外通信的無線傳感節點技術，可以改善傳統技術存在的問題，是一種超低功耗的無線傳感節點，具有保證穩定性、降低成本等優點，下面筆者對基于紅外通信的無線傳感節點在漏纜檢測中的應用情況進行簡單介紹。

1 漏泄電纜檢測系統

漏泄電纜是指發生耦合損耗的通信電纜，這種損耗也是漏泄電纜與外界緩解發生耦合的強度參數。在通信系統中，電纜的長度一般是檢測頻率下波長的十倍，而且工作人員需要保證電纜有足夠的長度，按照分辨率的標準對耦合損耗進行多次測量，這項檢測工作無法靠人工單獨完成，必須借助精確的計算機技術以及自動測量系統。檢測系統的總體結構如圖1所示，結合檢測軟件，可以將控制中心發送的命令傳送到紅外網絡中，然后將命令進行分解，分別傳送給主控器與EMI測試儀，主控器會將相關數據傳送給車載ΜC，再利用紅外通信網絡傳回控制中心。

圖1 檢測系統總體結構

為了保證系統正常運行，通信鏈路比較具有較高的反復利用率，還要保證鋪設的方便性，傳輸的速度不能低于115200bit/s，通信誤碼率不能大于2%。另外，泄露電纜輻射電磁信號不能產生干擾。

2 紅外無線傳感通信網絡設計

2.1 紅外通信原理

紅外通信是利用紅外光進行通信的一種空間通信方式。將所需傳輸的數據編碼后，通過控制紅外發光管閃爍完成電/光轉換，再利用紅外光接收器接收紅外光，輸出電信號，完成光/電轉換。為了提高數據的可靠性，通常對傳輸數據進行編碼，采用IrDA協議大大降低了誤碼率。IrDRl.1協議器件物理層框圖如圖2所示。

IrDA1.1標準，即高速紅外，簡稱為FIR。與慢速紅速SIR相比，由十FIR不再依托UART，其最高通訊速率可達到4Mbit/s，在物理層之上的IrLAΜ（Link Access Μrotocol）層要求所有的紅外連接以9.6kbit/s的速率（3/16調制）建立起始連接，這樣也保證了4Mbit/s的設備可以與僅支持9.6kbit/s的低速設備相通信，即保證向后可兼容。

2.2 紅外通信節點的硬件設計

首先，漏泄電纜檢測系統數據通信要求最大速率為115 200bit/s，且通信節點具備低功耗功能，待機電流小于1μA且支持紅外通信，鑒十此節點處理器選擇Cypress公司生產的PSoC4200系列單片機CY8 C4245 AXI。片上可編程系統內置放大器、濾波器等模擬資源，且有12 bit AD轉換器、SPI， RS232等數字資源，大大提高了開發進度并且降低成本。44腳芯片提供兩個RS232接口，同時一支持IrDA協議。在本設計中，一個用來作為紅外通信口，一個作為485聯網通信口。超低功耗待機電流50nA，且快速喚醒時一間小于5μs。其次，紅外收發器件采用Vishay生產的低功耗FIR器件TFDU6103，最高傳輸速率達到4Mbit/s。內置紅外調制與解調電路，相比較而言傳統的光電對管需要相應的調制解調電路，并且不能支持高速率的連續數據發送，在本設計中采用一體式的紅外通信模塊，與PSoC4串口連接，提供土作使能端口。

3 檢測系統軟件設計

3.1 紅外通信網絡軟件設計

采用紅外通信的無線傳感技術，需要降低通信網絡系統運行的功耗，而且在通信區外的紅外節點應保證處于睡眠狀態，在傳輸數據時迅速進入清醒狀態。在紅外通信網絡中，數據可分為控制命令與測試數據兩種，控制命令主要是通過遠程控制中心發出的，利用紅外網絡對命令進行分解，然后再傳回控制中心。紅外節點工作流程可分為車載紅外節點與陸地紅外節點兩種，上傳數據測試得到的數據格式見表1。

表1 紅外上傳數據表

3.2 上位機軟件設計

遠程控制中心是基十LabVIEW的人機界面，通過紅外網絡與測試端連接。運界面主要分為任務管理區、參數配置區、圖形繪制區、土程車控制區及狀態顯示區。軟件接收測試數據，并實時一繪制功率譜及顯示土作狀態。測試任務結束后保存數據并可生成通用報表文件。

4 基于紅外通信的無線傳感節點在漏纜檢測中應用的優勢

4.1 紅外通信測試

在本次測試中，選擇了兩個紅外節點，在漏泄電纜測試環境中，對誤碼率數據進行了記錄，基于紅外節點的檢測技術得到的數據顯示穩定性較高，測距誤差較小，而且滿足了系統對數據傳輸安全的要求，所以，漏纜檢測系統中可以采用基于紅外通信的無線傳感節點。

4.2 漏纜自動檢測上位機通信測試

通過上位機接收EMI測試的數據表明，紅外節點網絡鋪設在通信系統中，可以準確、可靠的完成漏泄電纜檢測任務，這種通信節點不但所占體積比較小，而且紐扣電池的供電性比較好，還具有較高的穩定性，與傳統的通信技術相比，產生的干擾大大降低了，而且網絡鋪設也較為簡單，可以反復利用設備，降低了功耗與能耗，具有節能的效果。

結束語

通過實驗與對比可以看出，基于紅外通信的無線傳感節點在漏纜檢測中發揮著重要的作用，其可以避免電磁信號檢測產生的干擾，有效保證了實驗數據的可靠性。傳統檢測系統鋪設較為復雜，而且應用的成本比較高，采用基于紅外節點的網絡，利用遠程監控技術，有效提高了設備的利用率，而且降低了應用的成本。通過大量實驗可以證明，紅外通信網絡具有較高的安全性，而且實現了低功耗運行，在漏泄電纜檢測中有著良好的應用前景，可以在通信領域大力推廣這項檢測技術。

參考文獻

[1]楊恒，楊遂軍，葉樹亮，傅琳.面向現場檢測的紅外無線傳輸系統及其性能研究[J].測控技術，2013（7）.

[2]馮琳琳，楊曉冬，王琢.泄漏同軸電纜在隧道中的輻射特性研究[J].傳感器與微系統，2011（4）.

[3]傅文淵，王爽，李國剛，凌朝東.采用紅外通信的智能化抄表器電路設計[J].華僑大學學報（自然科學版），2012（4）.