CN101442324A

CN101442324A - 基于无线网络微弱信号的监、控处理器及处理方法

Info

Publication number: CN101442324A
Application number: CNA2008101480000A
Authority: CN
Inventors: 李建平; 汤影; 卢国明; 廖建明; 顾小丰; 郝玉洁; 罗兵; 曾卓
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2008-12-23
Filing date: 2008-12-23
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2028-12-23
Also published as: CN101442324B

Abstract

该发明属于无线网络远程监、控及处理技术中与无线路由器等配套用于从强噪声中提取有用信号的监、控处理器及处理方法。处理器包括CPU，通信模块，程序读写端口模块，并行通信模块，模数转换模块，恒流源模块，变压电路，信号过滤及高电压保护电路，信号放大模块，电流信号调节电路，存储器，键盘输入电路；其方法包括通信模块接收信号后，首先对噪声进行阀值过滤，然后通过CPU在小波域对信号进行小波变换处理，以降低甚至完全消除噪声。因而具有能有效地将有用信号从众多杂散的噪声信号中提取出，并自动发送到控制平台终端等装置，实现点到点及一对多的通信，并可利用现有的GSM网络为移动办公等提供一种方便、可靠的手段等特点。

Description

基于无线网络微弱信号的监、控处理器及处理方法

技术领域

本发明属于无线网络远程监、控及处理技术。特别是一种可与无线路由器(无线收发设备)配套用于从强噪声中提取有用信号的监、控处理器及其处理方法。该处理器可用于将水文数据、工情数据、重要通知、警报信息等类数据信号自动从随机的强噪声中提取出并发送到控制平台终端等装置(设备)，以备后续处理用。

背景技术

在通过无线网络对诸如水文数据、工情数据、重要通知、警报信息等信息进行远程采集、监控，以及在智能抄表系统、运钞车的集中监视、汽车车队的集中监控等方面，由于环境中存在大量的噪声干扰，有用的信号往往会被这些无用杂散的随机信号(噪声)所淹没。如何从强噪声中将有用的信号重现，一直是个难题。而传统消除信号中的噪声污染的方法是让受污染的信号通过一个能抑制噪声而让有用的信号相对不变的滤波器，此类滤波器是由电感和电容电路及芯片等组成的低通有源滤波器，它从信号很弱或信号不可检测的噪声场中取得输入，并将此输入加以过滤，允许有用信号的电流通过，对频率较高的干扰信号则有较大的衰减，以抵消其中的原始噪声，从而达到提取有用信号的目的。由于干扰信号有差模和共模两种，因此要求滤波器要对这两种干扰信号都具有衰减作用；而有源滤波器价格高，容量小，对微弱信号检测、处理的性能主要受制于芯片技术的发展，最终检测的速度和精度几乎完全被硬件水平控制。此外，此类滤波器只能过滤一定频率(频率相对固定)的干扰信号，因此对噪声场中产生的杂散随机信号的衰减(滤除)功能极差。因而，上述背景技术存在有源滤波器价格高，容量小，对微弱有用信号的检测、重现及对杂散随机信号衰减、滤除功能差，适用范围窄，对芯片等硬件水平的依赖程度大，使用成本高，难以实现移动办公和野外办公等缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术存在的缺陷及诸多领域对无线远程信息采集、监控技术的要求，研究开发一种基于无线网络微弱信号的监、控处理器及处理方法，以将有用的信号从众多杂散的强噪声信号中提取出，达到提高无线网络对微弱信号的监、控处理能力和效率，扩大适用范围，并可借助GSM(短消息服务)网络进行移动办公和野外办公，以及降低对硬件的依赖度和应用成本等目的。

本发明的解决方案是针对噪声信号频带很宽且无规律、随机性强；而有用的信号频带固定，并有较好的周期性和规律性、重复性好的特点。通过对频带宽且无规律、随机性强的噪声信号的滤除及对有较好周期性和规律性的有用信号进行放大，从而实现其发明目的。因此，本发明处理器包括信号过滤及处理芯片(中心处理器)，关键在于该处理器还包含通信模块(信号输入、输出模块)，程序读写端口模块，并行通信模块，模数转换模块，恒流源模块，变压电路，信号过滤及高电压保护电路，信号放大模块，电流信号调节电路，存储器，键盘输入电路；而处理芯片为CPU中心处理器；中心处理器CPU与模数转换模块、恒流源模块、存储器、程序读写端口模块、并行通信模块、键盘电路模块通过通信控制总线连接，电流信号调节电路通过数据线与模数转换模块连接，通信模块与模数转换模块、通信模块与并行通信模块均分别通过数椐总线连接，变压电路则通过电源线与恒流源模块连接，而恒流源模块、信号过滤及高电压保护电路、信号放大模块及模数转换模块依次通过导线连接。

本发明处理器的处理方法：当微弱信号和开关量信号经无线路由器(无线收发设备)输入通信模块101后，分成两路，一路微弱信号经107送入模数转换模块108，另一路开关量信号经104送入并行通信模块103，经处理后由105并行输入到中心处理器CPU；CPU经114对恒流源模块109进行控制，恒流源模块109将产生的恒流信号由112输入到信号过滤及高电压保护电路113，过滤电路对信号中的噪声进行阀值过滤，过滤后的有用(电流)信号经116输入到信号放大模块115；电流信号被放大后经117输入到模数转换模块108，另一方面电流信号调节电路118将产生的一个可调电流信号由120输入到模数转换模块108，模数转换模块108将两路信号转换为数字信号后，一并经121输入到中心处理器CPU对数字信号进行小波变换处理，并根据信号系数和噪声系数在不同尺度上具有不同性质的机理，在小波域对含有噪声信号的系数进行处理，以降低甚至完全消除噪声，最终得到最优的有用信号，并将该有用信号作为反馈信号由126送入并行通信模块103并经通信模块101反馈到无线路由器、发送到控制平台终端等装置，以备后续处理用；同时，中心处理器CPU将处理后的数据经123存入存储器122；CPU的工作状态通过键盘电路模块124经由125控制总线控制，其程序的读写经106通过程序读写端口模块102来实现。

本发明处理器采用过滤电路首先对信号中的噪声进行阀值过滤，然后通过中心处理器CPU对数字信号进行小波变换处理，根据信号系数和噪声系数在不同尺度上具有不同性质的机理，在小波域对含有噪声信号的系数进行处理，以降低甚至完全消除噪声，最终得到最优的有用信号；因而本发明具有可有效地将有用的信号从众多杂散的强噪声信号中提取出且不受强噪声频率的限制，并自动发送到控制平台终端等装置，实现点到点及一对多的的通信；该处理器可充分利用现有的GSM网络资源，广泛应用于信息采集系统、智能抄表系统、运钞车的集中监视、汽车车队的集中监控方面，以及可为移动办公和野外办公提供一种方便、可靠的手段等特点。

附图说明

图1为本明处理器电路结构示意图(方框图)；

图2为本明具体实施方式处理器实际电路结构及装配示意图；

图3为本明处理器实际应用中与GSM网络、控制平台终端及用户等关系示意图(方框图)。

图中：CPU.中心处理器，101.通信模块，102.程序读写端口模块，103.并行通信模块，108.模数转换模块，109.恒流源模块，110.变压电路，113.信号过滤及高电压保护电路，115.信号放大模块，118.电流信号调节电路，122.存储器，124.键盘输入电路；104、105、106、107、111、112、114、116、117、119、120、121、123、125、126：连接线。

具体实施方式

图2为本实施方式实际电路结构及装配图，其中：中心处理器CPU型号为MSP430F147，通信模块101型号为HEADER6，程序读写端口模块102型号由809复位芯片(德州仪器公司生产)和HEADER14组成，并行通信模块103型号为MAX3471，模数转换模块108由型号为ADS1240的芯片和提供时钟信号的由电容C16，C17与XTAL1元件组成的晶振电路组成，恒流源模块109型号为AD421，变压电路110包括发光二极管和两个三极管组成的常规变压电路，信号过滤及高电压保护电路113由电容C19，C20，C21，C27组成的滤波电路和限压二极管385-2.5V(D3)组成，信号放大模块115型号为TLV2252，电流信号调节电路118由电阻R8，R9，R11和可变电阻R10按桥式并联组成，存储器122型号为CAT24WC256，键盘输入电路124采用三个四触点按键。

本实施方式的处理方法为：变压电路110为整个处理器提供工作电压VCC；工作时无线路由器将微弱信号和开关量信号输入通信模块101，开关量信号由该模块A，B脚输入并行通信模块103，然后由并行通信模块的1脚经CPU的33脚输入中心处理器CPU；该CPU控制恒流源模块109，CPU输入的电压信号经恒流源模块109转换为电流信号，在REFout2脚产生一个恒定电流421-REF+，恒定电流421-REF+输入信号过滤及高电压保护电路113，信号过滤及高电压保护电路113将小信号421-REF+中的噪声去除，并防止电压过大，烧毁电路，然后输入信号放大模块115，信号放大模块115将信号放大产生的信号由REF+脚送入模数转换模块108；由通信模块101输出的微弱信号S+和S-则经1脚、2脚输入模数转换模块108，经该模块转换后的数字信号从DOUT脚串行输出到中心处理器CPU、处理后，将反馈信号由CPU的32脚输出到并行通信模块103，再经通信模块101发送到控制平台终端，以备后续处理用；同时将中心处理器CPU处理后的该数据存入到存储器，作为数据备份；三个按键直接接到中心处理器CPU上，端口为低电平时表示该键按下。附图3为本实施处理器实际应用时与GSM网络、控制平台终端及用户等关系示意图(方框图)。

Claims

1、一种基于无线网络微弱信号的监、控处理器，包括信号过滤及处理芯片，其特征在于该处理器还包含通信模块，程序读写端口模块，并行通信模块，模数转换模块，恒流源模块，变压电路，信号过滤及高电压保护电路，信号放大模块，电流信号调节电路，存储器，键盘输入电路；而处理芯片为CPU中心处理器；中心处理器CPU与模数转换模块、恒流源模块、存储器、程序读写端口模块、并行通信模块、键盘电路模块通过通信控制总线连接，电流信号调节电路通过数据线与模数转换模块连接，通信模块与模数转换模块、通信模块与并行通信模块均分别通过数椐总线连接，变压电路则通过电源线与恒流源模块连接，而恒流源模块、信号过滤及高电压保护电路、信号放大模块及模数转换模块依次通过导线连接。

2、按权利要求1所述基于无线网络微弱信号的监、控处理器的处理方法，其方法为：变压电路为整个处理器提供工作电压，当微弱信号和开关量信号经无线路由器输入通信模块后，分成两路，一路微弱信号送入模数转换模块，另一路开关量信号送入并行通信模块，经处理后并行输入到中心处理器CPU；CPU对恒流源模块进行控制，恒流源模块将产生的恒流信号输入到信号过滤及高电压保护电路，过滤电路对信号中的噪声进行阀值过滤，过滤后的有用信号输入到信号放大模块；电流信号被放大后输入到模数转换模块，另一方面电流信号调节电路将产生的一个可调电流信号输入到模数转换模块，模数转换模块将两路信号转换为数字信号后、一并输入到中心处理器CPU对数字信号进行小波变换处理，并根据信号系数和噪声系数在不同尺度上具有不同性质的机理，在小波域对含有噪声信号的系数进行处理，最终得到最优的有用信号，并将该有用信号作为反馈信号送入并行通信模块、再经通信模块反馈到无线路由器、以备后续处理用；同时，中心处理器CPU将处理后的数据存入存储器；CPU的工作状态通过键盘电路模块由控制总线控制，其程序的读写则通过程序读写端口模块来实现。