時(shí)間：2022-07-23 22:04:38
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關(guān)鍵詞：藍(lán)牙基帶數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備連接
藍(lán)牙（Bluetooth）是一種新型、開放、低成本、短距離的無線連接接技術(shù)，可取代短距離的電纜，實(shí)現(xiàn)話音和數(shù)據(jù)的無線傳輸。這種有效、廉價(jià)的無線連接技術(shù)可以方便地將計(jì)算機(jī)及外設(shè)、移動(dòng)電話、掌上電腦、信息家電等設(shè)備連接起來，在它可達(dá)到的范圍內(nèi)使各種信息化移動(dòng)便攜設(shè)備都能實(shí)現(xiàn)無縫資源共享，還可通過無線局域網(wǎng)（WirelessLAN）與Internet連接，實(shí)現(xiàn)多媒體信息的無線傳輸。
藍(lán)牙系統(tǒng)采用分散式（Scatter）結(jié)構(gòu)，設(shè)備間以及從方式構(gòu)成微微網(wǎng)（Piconet），支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信。它采用GFSK調(diào)制，抗干擾性能好，通過快速跳頻和短包技術(shù)來減少同頻干擾，保證傳輸?shù)目煽啃?。使用的頻段為無需申請(qǐng)?jiān)S可的2.4GHz的ISM頻段。
藍(lán)牙協(xié)議從協(xié)議來源大致分為四部分：核心協(xié)議、電纜替代協(xié)議（RECOMM）、電路控制協(xié)議和選用協(xié)議。其中核心協(xié)議是藍(lán)牙專利協(xié)議，完全由藍(lán)牙SIG開發(fā)，包括基帶協(xié)議（BB）、連接管理協(xié)議（LMP）、邏輯鏈路控制和適配協(xié)議（L2CAP）以及服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議（SDP）。藍(lán)牙協(xié)議從體系結(jié)構(gòu)又可分為底層硬件模塊、中間協(xié)議層和高端應(yīng)用層三大部分，其中鏈路管理層（LM）、基帶(BB)和射頻層（RF）構(gòu)成藍(lán)牙的底層模塊。由此可見，基帶層是藍(lán)牙協(xié)議的重要組成部分。本文主要對(duì)藍(lán)牙技術(shù)中最重要的基帶數(shù)據(jù)傳輸機(jī)理進(jìn)行分析。
1基帶協(xié)議概述
圖1給出藍(lán)牙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。在藍(lán)牙系統(tǒng)中，使用藍(lán)牙技術(shù)將設(shè)備連接起來的網(wǎng)絡(luò)稱作微微網(wǎng)（Piconet），它由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)（MasterUnit）和多個(gè)從節(jié)點(diǎn)(SlaveUnit)構(gòu)成。主節(jié)點(diǎn)是微微網(wǎng)中用來同步其他節(jié)點(diǎn)的藍(lán)牙設(shè)備，是連接過程的發(fā)起者，最多可與7個(gè)從節(jié)點(diǎn)同時(shí)維持連接。從節(jié)點(diǎn)是微微網(wǎng)中除主節(jié)點(diǎn)外的設(shè)備。兩個(gè)或多個(gè)微微網(wǎng)可以連接組成散射網(wǎng)（Scatternet）。
圖2給出藍(lán)牙協(xié)議結(jié)構(gòu)示意圖。基帶層位于藍(lán)牙協(xié)議棧的藍(lán)牙射頻之上，并與射頻層一起構(gòu)成藍(lán)牙的物理層。從本質(zhì)上說，它作為一個(gè)鏈接控制器，描述了基帶鏈路控制器的數(shù)字信號(hào)處理規(guī)范，并與鏈路管理器協(xié)同工作，負(fù)責(zé)執(zhí)行象連接建立和功率控制等鏈路層的，如圖3所示。基帶收發(fā)器在跳頻（頻分）的同時(shí)將時(shí)間劃分（時(shí)分），采用時(shí)分雙工（TDD）工作方式（交替發(fā)送和接收），基帶負(fù)責(zé)把數(shù)字信號(hào)寫入并從收發(fā)器中讀入數(shù)據(jù)。主要管理物理信道和鏈接，負(fù)責(zé)跳頻選擇和藍(lán)牙數(shù)據(jù)及信息幀的傳輸、象誤碼糾錯(cuò)、數(shù)據(jù)白化、藍(lán)牙安全等?；鶐б补芾硗胶彤惒芥溄?，處理分組包，執(zhí)行尋呼、查詢來訪及獲取藍(lán)牙設(shè)備等。
在藍(lán)牙基帶協(xié)議中規(guī)定，藍(lán)牙設(shè)備可以使用4種類型的地址用于同場(chǎng)合和狀態(tài)。其中，48位的藍(lán)牙設(shè)備地址BD_ADDR（IEEE802標(biāo)準(zhǔn)），是藍(lán)牙設(shè)備連接過程的唯一標(biāo)準(zhǔn)；3位的微微網(wǎng)激活節(jié)點(diǎn)地址AM_ADDR，用以標(biāo)識(shí)微微網(wǎng)中激活成員，該地址3位全用作廣播信息；8位的微微網(wǎng)休眠節(jié)點(diǎn)地址PM_ADDR，用以標(biāo)識(shí)微微網(wǎng)中休眠的從節(jié)點(diǎn)。微微網(wǎng)接入地址AR_ADDR，分配給微微網(wǎng)中要啟動(dòng)喚醒過程的從節(jié)點(diǎn)。
當(dāng)微微網(wǎng)主從節(jié)點(diǎn)通信時(shí)，彼此必須保持同步。同步所采用的時(shí)鐘包括自身不調(diào)整也不關(guān)閉的本地設(shè)備時(shí)鐘CLKN，微微網(wǎng)中主節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)時(shí)鐘CLK以及為主節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘對(duì)從節(jié)點(diǎn)本地設(shè)備時(shí)鐘進(jìn)行周期更新以保持主從同步的補(bǔ)償時(shí)鐘CLKE。
與其它無線技術(shù)一樣，藍(lán)牙技術(shù)中微微網(wǎng)通過使用各種信道來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。其中，物理信道表示在79個(gè)或者23個(gè)射頻信道上跳變的偽隨機(jī)跳頻序列，每個(gè)微微網(wǎng)的跳頻序列是唯一的，并且由主節(jié)點(diǎn)的藍(lán)牙設(shè)備地址決定；此外，藍(lán)牙有5種傳送不同類型信息的邏輯信道，它們分別為：
(1)LC信道：控制信道，用來傳送鏈路層控制信息；
(2)LMC信道：鏈接管理信道，用在鏈路層傳送鏈接管理信息；
(3)UA信道：用戶信道，用來傳送異步的用戶信息；
(4)UI信道：用戶信道，用來傳送等時(shí)的用戶信息；
(5)US信道：用戶信道，用來傳送同步的用戶信息。
在藍(lán)牙系統(tǒng)中，主從節(jié)點(diǎn)以時(shí)分雙工（TDD）機(jī)制輪流進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。因此，在信道上又可劃分為長(zhǎng)度為625μs的時(shí)隙（TimeSlot），并以微微網(wǎng)主節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘進(jìn)行編號(hào)(0-227-1)，主從節(jié)點(diǎn)分別在奇、偶時(shí)隙進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。
2藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸
藍(lán)牙支持電路和分組交換，數(shù)據(jù)以分組形式在信道中傳輸，并使用流控制來避免分組丟失和擁塞。為確保分組包數(shù)據(jù)正確傳輸，還進(jìn)行數(shù)據(jù)的白化和糾錯(cuò)，下面分別對(duì)這些傳輸機(jī)制進(jìn)行分析。
2.1藍(lán)牙分組
分組包數(shù)據(jù)可以包含話音、數(shù)據(jù)或兩者兼有。分組包可以占用多個(gè)時(shí)隙（多時(shí)隙分組）并且可以在下一個(gè)時(shí)隙繼續(xù)發(fā)送，凈荷(Payload)也帶有16位的錯(cuò)誤校驗(yàn)識(shí)別和校驗(yàn)（CRC）。有5種普通的分組類型，4個(gè)SCO分組包和7個(gè)ACL分組包。一般分組包格式如圖4。
圖3基帶層抽象
其中，接入碼(Accesscode)用來定時(shí)同步、偏移補(bǔ)償、尋呼和查詢。藍(lán)牙中有三種不同類型的接入碼：
(1)信道接入碼（CAC）：用來標(biāo)識(shí)一個(gè)微微網(wǎng)；
(2)設(shè)備接入碼（DAC）：用作設(shè)備尋呼和它的響應(yīng)；
(3)查詢接入碼（IAC）：用作設(shè)備查詢目的。
分組頭（Header）包含6個(gè)字段，用于鏈路控制。其中AM_ADDR是激活成員地址，TYPE指明分組類型，F(xiàn)LOW用于ACL流量控制位，ARQN是分組包確認(rèn)標(biāo)識(shí)，SEQN用于分組重排的分組編號(hào)，HEC對(duì)分組頭進(jìn)行驗(yàn)。藍(lán)牙使用快速、不編號(hào)的分組包確認(rèn)方式，通過設(shè)置合適的ARQN值來區(qū)別確定是否接收到數(shù)據(jù)分組包。如果超時(shí)，則忽略這個(gè)分組包，繼續(xù)發(fā)送下一個(gè)。
2.2鏈接及流控制
藍(lán)牙定義了兩種鏈路類型，即面向連接的同步鏈路（SCO）和面向無連接的異步鏈路（ACL）。SCO鏈接是一個(gè)對(duì)稱的主從節(jié)點(diǎn)之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的同步鏈接，在預(yù)留的時(shí)間里發(fā)送SCO分組，屬于電路交換，主要攜帶話音信息。主節(jié)點(diǎn)可同時(shí)支持3個(gè)SCO鏈接，從節(jié)點(diǎn)可同時(shí)支持2～3個(gè)鏈接SCO，SCO分組包不支持重傳。SCO鏈路通過主節(jié)點(diǎn)LMP發(fā)送一個(gè)SCO建立消息來建立，該消息包含定時(shí)參數(shù)（Tsco和Dsco）。
ACL鏈接是為匹克網(wǎng)主節(jié)點(diǎn)在沒有為SCO鏈接保留的時(shí)隙中，提供可以與任何從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行異步或同步數(shù)據(jù)交換的機(jī)制。一對(duì)主從節(jié)點(diǎn)只可以維持一個(gè)ACL鏈接。使用多個(gè)ACL分組時(shí)，藍(lán)牙采用分組包重發(fā)機(jī)制來保證數(shù)據(jù)的完整性。ACL分組不指定確定從節(jié)點(diǎn)時(shí)，被認(rèn)為是廣播分組，每個(gè)從節(jié)點(diǎn)都接收這個(gè)分組。
藍(lán)牙建議使用FIFO（先進(jìn)先出）隊(duì)列來實(shí)現(xiàn)ACL和SCO鏈接的發(fā)送和接收，鏈接管理器負(fù)責(zé)填充這些隊(duì)列，而鏈接控制器負(fù)責(zé)自動(dòng)清空隊(duì)列。接收FIFO隊(duì)列已滿時(shí)則使用流控制來避免分組丟失和擁塞。如果不能接收到數(shù)據(jù)，接收者的鏈接控制器發(fā)送一個(gè)STOP指令，并插入到返回的分組頭（Header）中，并且FLOW位置1。當(dāng)發(fā)送者接收到STOP指示，就凍結(jié)它的FIFO隊(duì)列停止發(fā)送。如果接收器已準(zhǔn)備好，發(fā)送一個(gè)GO分組給發(fā)送方重新恢復(fù)數(shù)據(jù)傳輸，F(xiàn)LOW位置0。
2.3數(shù)據(jù)同步、擾碼和糾錯(cuò)
由于藍(lán)牙設(shè)備發(fā)送器采用時(shí)分雙工（TDD）工作機(jī)制，它必須以一種同步的方式來交替發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。微微網(wǎng)通過主節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)同步，并決定其跳頻序列中的相位。在微微網(wǎng)建立時(shí)，主節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘傳送給從節(jié)點(diǎn)，每個(gè)從點(diǎn)節(jié)給自己的本地時(shí)鐘加上一個(gè)偏移量，實(shí)現(xiàn)與主節(jié)點(diǎn)的同步。在微微同生存期內(nèi)，主節(jié)點(diǎn)不會(huì)調(diào)整自己的系統(tǒng)時(shí)鐘。為了與主節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘匹配，從節(jié)點(diǎn)會(huì)偏移量進(jìn)行周期的更新。藍(lán)牙時(shí)鐘應(yīng)該至少具有312μs的分首辨率。主節(jié)點(diǎn)分組發(fā)送的平均定時(shí)與理想的625ms時(shí)隙相比，偏移不不能超過20ppm，抖動(dòng)（Jitter）應(yīng)該少于1ms。
在分組數(shù)據(jù)送出去并且在FEC編碼之前，分組頭和凈荷要進(jìn)行擾碼，使分組包隨機(jī)化。接收數(shù)據(jù)分組包時(shí)，使用盯同的白化字進(jìn)行去擾處理。
為了提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性及系統(tǒng)抗干擾性，藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制采用三種糾錯(cuò)方式：1/3率FEC編碼方式（即每一數(shù)據(jù)位重復(fù)3次）、冗余2/3率FEC編碼方式（即用一個(gè)多項(xiàng)式發(fā)生器把10位碼編碼成15位碼）以及數(shù)據(jù)自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)方式（即發(fā)送方在收到接收方確認(rèn)消息之前一直重發(fā)數(shù)據(jù)包，直到超時(shí)）。
圖4藍(lán)牙分組包格式
3藍(lán)牙設(shè)備連接
藍(lán)牙鏈接控制器工作在兩種主要狀態(tài)：待令（Standby）和連接（Connection）。在藍(lán)牙設(shè)備中，Standby是缺省的低功率狀態(tài)，只運(yùn)行本地時(shí)鐘且不與任何其他設(shè)備交互。在連接狀態(tài)，主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)能交換分組包進(jìn)行通信，所以要實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙設(shè)備之間的互相，彼此必須先建立連接。由于藍(lán)牙使用的ISM頻帶是對(duì)所有無線電系統(tǒng)都開放的頻帶，會(huì)遇到各種各樣的干擾源，所以藍(lán)牙采用分組包快速確認(rèn)技術(shù)和跳頻方案來確保鏈路和信道的穩(wěn)定。在建立連接和通信過程中使用跳頻序列作為物理信道，跳頻選擇就是選擇通信的信道。
3.1跳頻選擇
跳頻技術(shù)把頻帶分成若干個(gè)跳頻信道（HopChannel）。無線電收發(fā)器按一定的碼序列（以產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的方式）不斷地從一個(gè)信道跳到另一個(gè)信道，并且收發(fā)雙方都按這個(gè)規(guī)律才能通信并同步。跳頻的瞬時(shí)帶寬很窄，通過擴(kuò)頻技術(shù)展成寬頻帶，使干擾的影響最小。當(dāng)一個(gè)設(shè)備被激活時(shí)，該設(shè)備被分配32個(gè)跳頻頻點(diǎn)，以后該設(shè)備就在這些跳頻點(diǎn)上接收和發(fā)送信息。通用跳頻選擇方案由兩部分組成，即選擇一個(gè)序列并在跳頻頻點(diǎn)上映射該序列。對(duì)于每一情況，都需要從-主和主-從兩種跳頻序列。藍(lán)牙系統(tǒng)中使用的跳頻序列有如下幾種：
(1)呼叫跳頻序列：在呼叫（Page）狀態(tài)使用；
(2)呼叫應(yīng)答序列：在呼叫應(yīng)答（PageResponse）狀態(tài)使用；
(3)查詢序列：在查詢（Inquiry）狀態(tài)使用；
(4)查詢應(yīng)答序列：在查詢應(yīng)答（InquiryResponse）狀態(tài)使用；
(5)信道跳頻序列：在連接（Connection）狀態(tài)使用。
3.2藍(lán)牙連接建立
從待令狀態(tài)到連接狀態(tài)的過程就是連接建立過程。通常來講，兩個(gè)設(shè)備的連接建立過程如下：
首先，主節(jié)點(diǎn)使用GIAC和DIAC來查詢范圍內(nèi)的藍(lán)牙設(shè)備（查詢狀態(tài)）。如果任何附近的藍(lán)牙設(shè)備正在監(jiān)聽這些查詢（查詢掃描狀態(tài)），就發(fā)送它的地址和時(shí)鐘信息后，從節(jié)點(diǎn)可以開始監(jiān)聽來自主節(jié)點(diǎn)的尋呼消息（尋呼掃描），主節(jié)點(diǎn)在發(fā)現(xiàn)附近的設(shè)備之間可以尋呼這些設(shè)備（尋呼狀態(tài)），建立鏈接。在尋呼掃描的從設(shè)備被這個(gè)主節(jié)點(diǎn)尋呼后，就會(huì)以DAC（設(shè)備訪問碼）來響應(yīng)（Slaveresponsesubstate）。主節(jié)點(diǎn)在接收到從節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)后，便可以以送主節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘、BD_ADDR、BCH奇偶位和設(shè)備類（FHS分組包），最后在從節(jié)點(diǎn)已經(jīng)接收到這個(gè)FHS分組之后，進(jìn)入連接狀態(tài)。具體過程如圖5。
由圖5可見，在藍(lán)牙連接建立的呼個(gè)不同階段，主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)分別處于不同的狀態(tài)，這些狀態(tài)包括：
查詢（Inquiry）：查詢是主節(jié)點(diǎn)用來查找可監(jiān)視區(qū)域中的藍(lán)牙設(shè)備，以便通過收集來自從節(jié)點(diǎn)響應(yīng)查詢消息中得到該節(jié)點(diǎn)的設(shè)備地址和時(shí)鐘，查詢過程使用IAC；
查詢掃描（InquiryScan）：藍(lán)牙設(shè)備周期地監(jiān)聽來自其他設(shè)備的查詢消息，以便自己能被發(fā)現(xiàn)。掃描過程中，設(shè)備可以監(jiān)聽普通查詢接入碼（GIAC）和特定查詢接入碼（DIAC）；
查詢響應(yīng)（Inquiryresponse）：從節(jié)點(diǎn)以FHS分組響應(yīng)查詢消息，它攜帶從節(jié)點(diǎn)的DAC、本地時(shí)鐘等信息；
尋呼（Page）：主節(jié)點(diǎn)通過在不同的跳頻序列發(fā)送消息，來激活一個(gè)從節(jié)點(diǎn)并建立連接，尋呼過程使用DAC；
尋呼掃描（PageScan）：從節(jié)點(diǎn)周期性地在掃描窗間隔時(shí)間內(nèi)喚醒自己，并監(jiān)聽自己的DAC，從節(jié)點(diǎn)每隔1.28s在這個(gè)掃描窗上根據(jù)尋呼跳頻序列選擇一個(gè)掃描頻率；
從節(jié)點(diǎn)響應(yīng)（SlaveResponse）：從節(jié)點(diǎn)在尋呼掃描狀態(tài)收到主節(jié)點(diǎn)對(duì)自己的尋呼消息即進(jìn)入響應(yīng)狀態(tài)，響應(yīng)主設(shè)備的尋呼消息；
主節(jié)點(diǎn)響應(yīng)（MasterResponse）：主節(jié)點(diǎn)在接收到從節(jié)點(diǎn)對(duì)它的尋呼消息的響應(yīng)后，主節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)FHS分組給從節(jié)點(diǎn)，如果從節(jié)點(diǎn)響應(yīng)回答，主節(jié)點(diǎn)就進(jìn)入連接狀態(tài)。
3.3連接狀態(tài)
連接（connection）狀態(tài)以主節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)POLL分組開始，表示連接已經(jīng)建立，此時(shí)分組包可以在主從節(jié)點(diǎn)之間來回發(fā)送。連接兩端即主從節(jié)點(diǎn)都使用主節(jié)點(diǎn)的接入碼和時(shí)鐘，并且使用的跳頻為信道跳頻序列。即在連接建立后，主節(jié)點(diǎn)的藍(lán)牙設(shè)備地址（BD_ADDR）決定跳頻序列和信道接入碼。在連接狀態(tài)的藍(lán)牙設(shè)備，可以有以下幾個(gè)子狀態(tài)：
Active:在這個(gè)模式下，主從節(jié)點(diǎn)都分別在信道通過監(jiān)聽，發(fā)送和接收分組包，并彼此保持同步；
Sniff:在這個(gè)模式下，從節(jié)點(diǎn)可以暫時(shí)不支持ACL分組，也就是ACL鏈路進(jìn)入低能源sleep模式，空出資源，使得象尋呼、掃描等活動(dòng)、信道仍可用；
Park：當(dāng)從節(jié)點(diǎn)不必介入微微網(wǎng)信道，但仍想與信道維持同步，它能進(jìn)入park（休眠）模式，此時(shí)具有很少的活動(dòng)而處于低耗模式，從節(jié)點(diǎn)放棄AM_ADDR，而使用PM_ADDR。
4藍(lán)牙完全機(jī)制
關(guān)鍵詞:藍(lán)光盤密集波分復(fù)用
隨著藍(lán)光盤攝像機(jī)和錄像機(jī)的出現(xiàn)，電視傳媒行業(yè)從傳統(tǒng)磁帶記錄走向了光盤記錄。雖然這是光技術(shù)在廣電領(lǐng)域應(yīng)用的一小步，卻是廣電科技與時(shí)俱進(jìn)的一大步。
大約40年前，人類已經(jīng)擁有第一根海底光纜。光通訊，在電信高端領(lǐng)域，方興未艾。時(shí)至今日，在實(shí)驗(yàn)室，日本NEC和法國(guó)阿爾卡特公司分別實(shí)現(xiàn)了總?cè)萘繛?0.9Tb/s(273x40Gb/s)和總?cè)萘繛?0.2Tb/s(256x40Gb/s)的傳輸容量最新世界記錄。而單模光纖的無中繼傳輸已經(jīng)達(dá)到4000KM。從技術(shù)上看，再有5年左右的時(shí)間，實(shí)用化的最大傳輸鏈路容量有可能達(dá)到5-10Tb/s。簡(jiǎn)言之，網(wǎng)絡(luò)容量將不會(huì)受限于傳輸鏈路。
以下我們分別對(duì)光存儲(chǔ)和光傳輸方面做以詳細(xì)闡述。
一光存儲(chǔ)
資訊對(duì)儲(chǔ)存容量需求日增，光存儲(chǔ)技術(shù)在記錄密度、容量、數(shù)據(jù)傳輸率、尋址時(shí)間等關(guān)鍵技術(shù)上有著巨大的發(fā)展?jié)摿?。業(yè)界一直在積極開發(fā)更高容量的各種儲(chǔ)存技術(shù)。藍(lán)紫色激光存儲(chǔ)技術(shù)（Blue-VioletLaser）、磁光盤存儲(chǔ)技術(shù)、做為硬盤（HDD）技術(shù)和磁光盤技術(shù)的結(jié)合的近場(chǎng)光盤技術(shù)超解析度儲(chǔ)存技術(shù)（SuperRENS）、3D立體儲(chǔ)存技術(shù)（MultiLayers；MultiLevel）以及熒光多層光盤技術(shù)FDM（FluorescentMultilayerDisc）等相繼問世。
傳統(tǒng)CD和DVD上有一層薄薄的反射層，和許多肉眼看不見的凹凸，它包含二進(jìn)制信息。為了從這些盤片上讀出數(shù)據(jù)，由一個(gè)半導(dǎo)體激光發(fā)生器產(chǎn)生特定波長(zhǎng)的激光束，射向旋轉(zhuǎn)中的光盤片，然后反射光通過棱鏡和透鏡構(gòu)成的組鏡機(jī)構(gòu)再射向接收數(shù)據(jù)的光電裝置，而這個(gè)光電裝置連接的電路能夠辯識(shí)出激光所反射回來的數(shù)據(jù)。在光盤上，數(shù)據(jù)是凹槽(pits)及平面(lands)的型式來加以編碼，而光電裝置的電路能辯識(shí)出激光射中的平面及射中凹槽的所走距離差這就稱為相位提升(PhaseShift)，而這個(gè)技術(shù)就是在光盤中資料儲(chǔ)存與讀取的基礎(chǔ)。經(jīng)由光電讀取裝置，反射回到的凹槽與平面的變化將會(huì)轉(zhuǎn)換成1與0的數(shù)位訊號(hào)，從而構(gòu)成數(shù)據(jù)流特征。DVD之所以容量比CD大，無非是在同樣面積的盤片上凹凸更多罷了。若要有效地縮小記錄點(diǎn)大小以提升記錄密度，必須使用短波長(zhǎng)的光源；或者使用高折射系數(shù)的介質(zhì)；或者提升透鏡的NA（數(shù)值孔徑）值。顯然在一個(gè)存儲(chǔ)容量巨大的盤片上，紅色激光根本無法辨識(shí)那么多更密集的凹凸了。因此索尼及其它公司紛紛轉(zhuǎn)向藍(lán)色激光的研究。藍(lán)色激光的波長(zhǎng)較短，因此驅(qū)動(dòng)器可以辨識(shí)出更小半徑的凹凸，盤片的容量就可以做的更大?，F(xiàn)在的藍(lán)光盤技術(shù)不管是日歐韓9家AV產(chǎn)品制造商聯(lián)合制定的新一代光盤規(guī)格"藍(lán)光光盤"，還是東芝和NEC向DVD論壇提出的"AOD（高級(jí)光盤，暫定名）"規(guī)格，只不過是商家為自己謀求更高的商業(yè)利潤(rùn)而制定的不同的標(biāo)準(zhǔn)罷了。就核心技術(shù)上而言，沒有太大的區(qū)別。讓我們?cè)偕钊肓私庖幌滤{(lán)光盤和高密度光存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
1、藍(lán)光盤技術(shù)
藍(lán)光盤技術(shù)屬于相變光盤（PhaseChangeDisk)技術(shù)，它與傳統(tǒng)光盤記錄不同，傳統(tǒng)光盤的記錄和讀出原理是利用磁技術(shù)和光技術(shù)相結(jié)合來記錄和讀出信息，而相變光盤的記錄和讀出原理只是用光技術(shù)來記錄和讀出信息。相變光盤利用激光使記錄介質(zhì)在結(jié)晶態(tài)和非結(jié)晶態(tài)之間的可逆相變結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)信息的記錄和擦除。在寫操作時(shí)，聚焦激光束加熱記錄介質(zhì)的目的是改變相變記錄介質(zhì)晶體狀態(tài)，用結(jié)晶狀態(tài)和非結(jié)晶狀態(tài)來區(qū)分0和1；讀操作時(shí)，利用結(jié)晶狀態(tài)和非結(jié)晶狀態(tài)具有不同反射率這個(gè)特性來檢測(cè)0和1信號(hào)。
實(shí)際的藍(lán)光盤應(yīng)用藍(lán)紫色激光技術(shù)，能在直徑12公分的盤片上，儲(chǔ)存兩小時(shí)的高清晰度視音頻信號(hào)，在2002年2月的初期版本中，透過使用405nm的藍(lán)紫色電射半導(dǎo)體，NA（數(shù)值孔徑）值為0.85的讀取頭、以及0.1mm的光學(xué)透射保護(hù)層架構(gòu)，藍(lán)光盤可以將12公分的單面光盤片資料儲(chǔ)存容量提升到27GB。它可以記錄兩小時(shí)的高清晰度視音頻信號(hào)，以及超過13小時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)電視信號(hào)。
在資料轉(zhuǎn)換率方面，藍(lán)光盤可以將高清晰度的電視節(jié)目，以36Mbps的速度從攝像機(jī)轉(zhuǎn)換到播放媒體上，并能維持節(jié)目品質(zhì)。另外，它還具有任意影像捕捉，以及重覆播放等功能。
在兼容性方面，由于藍(lán)光盤采用MPEG2碼流壓縮技術(shù)，因此它同時(shí)適用于數(shù)字廣播系統(tǒng)，可執(zhí)行電視臺(tái)多種視頻記錄與播放。
另外，在資料安全性部分，藍(lán)光盤也采用了一種獨(dú)特的ID寫入模式，可確保資料安全，并為盜版問題提出一套保護(hù)版權(quán)的解決方案。
2、高密度光存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
（1）采用近場(chǎng)光學(xué)原理設(shè)計(jì)超分辨率的光學(xué)系統(tǒng)，使數(shù)值孔徑超過1.0，相當(dāng)于探測(cè)器進(jìn)入介質(zhì)的輻射場(chǎng)，從而能夠得到超精細(xì)結(jié)構(gòu)信息，突破衍射極限，獲得更高的分辨率，可使經(jīng)典光學(xué)顯微鏡的分辨率提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，面密度提高4個(gè)數(shù)量級(jí)。
（2）以光量子效應(yīng)代替目前的光熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫入與讀出，從原理上將存儲(chǔ)密度提高到分子量級(jí)甚至原子量級(jí)，而且由于量子效應(yīng)沒有熱學(xué)過程，其反應(yīng)速度可達(dá)到皮秒量級(jí)（1O-12秒），另外，由于記錄介質(zhì)的反應(yīng)與其吸收的光子數(shù)有關(guān)，可以使記錄方式從目前的二存儲(chǔ)變成多值存儲(chǔ)，使存儲(chǔ)容量提高許多倍。
（3）三維多重體全息存儲(chǔ)，利用某些光學(xué)晶體的光折變效應(yīng)記錄全息圖形圖像，包括二值的或有灰階的圖像信息，由于全息圖像對(duì)空間位置的敏感性，這種方法可以得到極高的存儲(chǔ)容量，并基于光柵空間相位的變化，三維多重體全息存儲(chǔ)器還有可能進(jìn)行選擇性擦除及重寫。
（4）利用當(dāng)代物理學(xué)的其它成就，包括光子回波時(shí)域相干光子存儲(chǔ)原理、光子俘獲存儲(chǔ)原理、共振熒光、超熒光和光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)效應(yīng)、光子誘發(fā)光致變色的光化學(xué)效應(yīng)、雙光子三維體相光致變色效應(yīng)，以及借助許多新的工具和技術(shù)，諸如掃描隧道顯微鏡（STM）、原子力顯微鏡（AFM）、光學(xué)集成技術(shù)及微光纖陣列技術(shù)等，提高存儲(chǔ)密度和構(gòu)成多層、多重、多灰階、高速、并行讀寫海量存儲(chǔ)系統(tǒng)。
3、新型光盤技術(shù)的應(yīng)用
大量的信息要求有大容量的存儲(chǔ)設(shè)備，光存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器和幾種光儲(chǔ)存媒體均將呈現(xiàn)出足夠快的增長(zhǎng)趨向。光存儲(chǔ)市場(chǎng)的發(fā)展，將改變聲音圖象及其它數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式及傳播方式。光存儲(chǔ)產(chǎn)品可以利用自動(dòng)換盤系統(tǒng)，組成光盤庫(kù)、光盤塔、光盤陣列，實(shí)現(xiàn)提高整個(gè)系統(tǒng)的容量、數(shù)據(jù)傳輸率及多數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性。如果將光盤庫(kù)、光盤塔及光盤陣列與自動(dòng)換盤系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，可以大大提高系統(tǒng)容量、數(shù)據(jù)傳輸率和顯著改善存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的可靠性。
在技術(shù)上，磁帶已經(jīng)基本上沒有潛力了，而且與非線性的編輯系統(tǒng)存在明顯的矛盾；專業(yè)光盤雖然不會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)取代磁帶，但其非線性、高密度、低成本、高傳輸速度的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)帶來了良好的開端。Sony公司不失時(shí)機(jī)的推出光盤專業(yè)攝錄像器材，這些設(shè)備使用基于藍(lán)紫色激光技術(shù)的光盤作為存儲(chǔ)介質(zhì)，充分發(fā)揮非線性記錄方式帶來的靈活性。例如：PDW-3000專業(yè)藍(lán)光盤編輯錄像機(jī)(演播室機(jī)型)，它可記錄和重放IMX/DVCAM格式，具有完善豐富的輸入輸出接口，包括傳統(tǒng)視音頻和網(wǎng)絡(luò)接口。它的雙光頭設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)高速文件讀出。它具有快速圖像搜索，圖像索引功能和光盤的隨機(jī)訪問功能，可以快速定位到所需圖像。它具有場(chǎng)景選擇隨機(jī)存取能力，使得任意定位素材段成為可能，跳過不必要的素材。特別值得提出的是這種錄像機(jī)可以將高低分辨率素材同時(shí)記錄在光盤上，高分辨率素材用于高質(zhì)量節(jié)目的制作和輸出，低分辨率素材可用于編輯，瀏覽等等，低分辨率素材還可以為互聯(lián)網(wǎng)播出等用途提供數(shù)據(jù)。二光傳輸
讓我們?cè)賮砜纯垂鈧鬏?，現(xiàn)在各省市有線電視臺(tái)網(wǎng)絡(luò)中在主干線多使用光纜傳輸信號(hào)，在電視臺(tái)內(nèi)部的新聞網(wǎng)或制作網(wǎng)也使用光纖代替電纜傳送素材文件。眾所周知，光纖傳輸比傳統(tǒng)電纜傳輸有頻帶寬、容量大、損耗低、保真度高、抗干擾等優(yōu)點(diǎn)。而隨著光電子器件的持續(xù)發(fā)展，光纖工藝的提高，以及光纖技術(shù)和IT技術(shù)的相互滲透和融合，光傳輸技術(shù)有了相當(dāng)大的發(fā)展，這對(duì)電視臺(tái)通信架構(gòu)的改變起到了巨大的推動(dòng)作用。以下是對(duì)滿足電視臺(tái)需求的光傳輸技術(shù)的具體闡述。
1、光纖技術(shù)的介紹
（1）單波長(zhǎng)技術(shù)
對(duì)于業(yè)務(wù)量和距離長(zhǎng)度要求不大時(shí)，普通的單波長(zhǎng)技術(shù)就已能滿足需求。幾年前單波光纖的數(shù)據(jù)傳輸就已能達(dá)到10Gbps。目前在單波長(zhǎng)上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)能夠做到40G的帶寬，雖然這已經(jīng)是單波長(zhǎng)所能夠傳輸?shù)臉O限，并且實(shí)用的傳輸容量也沒有這么大，但相對(duì)電視臺(tái)內(nèi)部網(wǎng)近距離的視音頻傳輸要求已經(jīng)夠用。
單波技術(shù)基于電時(shí)分復(fù)用（ETDM）技術(shù)，但由于微電子技術(shù)和光纖色散的限制，微電子技術(shù)難以支持電時(shí)分復(fù)用有新的突破。光纖上的色散是10Gbps及其以上速率系統(tǒng)傳輸距離的主要制約因素，且隨著比特率越高而影響越大。
（2）密集波分復(fù)用
對(duì)于傳輸量更大，傳輸距離更遠(yuǎn)的要求，僅靠提高單信道系統(tǒng)的速率已沒有空間，另一種途徑就是使用復(fù)用技術(shù)。光復(fù)用的方式有很多種，目前比較成熟并已進(jìn)入大規(guī)模商用階段的是光波分復(fù)用，尤其是DWDM--密集波分復(fù)用。（DWDM：DenseWavelengthDivisionMultiplexing）
DWDM技術(shù)簡(jiǎn)單地說是在一根光纖上接入不同波長(zhǎng)的光信號(hào)，使傳輸容量比單波長(zhǎng)傳輸容量增加幾倍甚至上百倍。提到DWDM，不能不提摻鉺光纖放大器（EDFA）。EDFA的出現(xiàn)使得DWDM得以實(shí)用。EDFA是一種全光放大器，它的使用取代了原來光-電-光的中繼再生方式，突破了光電、電光轉(zhuǎn)換的速度瓶頸，使長(zhǎng)距離、大容量、高速率的光纖通信成為可能，是DWDM系統(tǒng)及未來高速系統(tǒng)、全光網(wǎng)絡(luò)不可缺少的重要器件。EDFA工作窗口在1530-1565nm，對(duì)波分復(fù)用中的每個(gè)波長(zhǎng)補(bǔ)充功率，并經(jīng)過若干個(gè)EDFA再用再生器來消除色散的影響。
使用DWDM，可以大大提高光纜傳輸容量，節(jié)省光纖，降低傳輸成本。DWDM目前可商用的水平，我國(guó)的傳輸容量為80Gbps，國(guó)外如朗訊公司的傳輸容量為400Gbps，實(shí)驗(yàn)室的水平則已超過Tbps。
（3）新型G.655光纖
（4）全波光纖
使用全波光纖，增加傳輸頻帶。在未來的電視臺(tái)光纖網(wǎng)中，除了傳輸多路的視音頻數(shù)據(jù)以外，還會(huì)傳輸大量的管理數(shù)據(jù)。充分地拓展可用頻帶已成為關(guān)鍵。而在光纖的另一個(gè)低損窗口1.31um，雖然石英光纖在此波段時(shí)的色度色散為零，但由于1385nm附近存在著一個(gè)OH-離子吸收峰，對(duì)光纖傳輸能產(chǎn)生較大的衰減。而由此誕生的全波光纖采用了一種全新的生產(chǎn)工藝，幾乎可以完全消除由OH-峰引起的負(fù)面影響，并且使用與普通的G.652匹配包層光纖一樣的標(biāo)準(zhǔn)。
由于開放了這一低損窗口，全波光纖的可用波長(zhǎng)范圍增加了100nm，使光纖的全部可用波長(zhǎng)范圍由大約200nm增加到300nm，可復(fù)用的波長(zhǎng)數(shù)大大增加，而且在上述波長(zhǎng)范圍內(nèi)，光纖的色散僅為1550nm波長(zhǎng)區(qū)的一半，因而，容易實(shí)現(xiàn)高比特率長(zhǎng)距離傳輸。同時(shí)，由于波長(zhǎng)范圍大大擴(kuò)展，一方面可以將不同的波長(zhǎng)分配不同的數(shù)據(jù)流，從而改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)管理；另一方面，允許使用波長(zhǎng)間隔較寬、波長(zhǎng)精度和穩(wěn)定度要求較低的光源、合波器、分波器和其它元件，使元器件的成本大幅度下降，從而降低整個(gè)系統(tǒng)的成本。
此外摻鐠光纖放大器（PDFA）的研制成功也解決了1310nm波長(zhǎng)光的中繼問題。摻鐠光纖放大器工作在1300nm波長(zhǎng)窗口，以摻鐠光纖作為增益介質(zhì)。在實(shí)用過程中，可分別使用PDFA和EDFA對(duì)1310nm和1550nm波長(zhǎng)的光信號(hào)進(jìn)行功率放大和補(bǔ)償衰耗。
無論是工作在1550nm的G.655光纖，還是使用1310nm的全波光纖，最新的光纖技術(shù)帶來的是更高的傳輸速度和更大的傳輸容量，這為電視臺(tái)使用光纖傳輸多種數(shù)據(jù)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。由于突破了傳輸瓶頸，在傳輸視音頻信號(hào)的同時(shí)還可傳輸大量的管理信息，包括文件的元數(shù)據(jù)以及其他SNMP數(shù)據(jù)流。這也為建立基于IP的視頻管理網(wǎng)絡(luò)鋪平了道路。
2、因特網(wǎng)技術(shù)和光纖技術(shù)的結(jié)合
隨著因特網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，ATM、SDH、IP等技術(shù)不斷融入到光成域網(wǎng)的建設(shè)中。目前代表發(fā)展方向的是IPoverWDM技術(shù)，其中比較成熟的解決方案是GEOverDWDM（GE：千兆以太網(wǎng)）。GEOverDWDM對(duì)于有線電視網(wǎng)絡(luò)最大的好處就是可以實(shí)現(xiàn)在原有光纖網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上平滑、連續(xù)性的網(wǎng)絡(luò)升級(jí)，同時(shí)可以和原有的10Mb/s、100Mb/s以太網(wǎng)無縫連接，能降低系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性，保護(hù)廣電系統(tǒng)的投資。
IPoverDWDM通俗的說法就是讓IP數(shù)據(jù)包直接在光路上傳送，減少網(wǎng)絡(luò)層之間的冗余部分，能夠省去網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的成本，同時(shí)也降低用戶使用通信業(yè)務(wù)的費(fèi)用。GEoverDWDM是IPoverDWDM的一種廉價(jià)方式，適用于廣電系統(tǒng)城域IP骨干網(wǎng)的建設(shè)。
千兆以太網(wǎng)（GE）技術(shù)是目前技術(shù)成熟的最快速以太網(wǎng)技術(shù)，它可以提供1Gbps的帶寬，由于采用和傳統(tǒng)10Mb/s、100Mb/s以太網(wǎng)同樣的幀格式和幀長(zhǎng)，因此GE可以在原有低速以太網(wǎng)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)平滑過渡。目前GEOverDWDM使用光放大器后的傳輸距離已可達(dá)到640公里。在現(xiàn)有的有線電視網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，使用千兆以太網(wǎng)技術(shù)，具有一定的現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)意義?？梢灶A(yù)見，GEOverDWDM技術(shù)將成為廣電網(wǎng)絡(luò)中城域網(wǎng)的理想方案。
隨著各種光傳輸技術(shù)不斷地投入使用，整個(gè)電視臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將會(huì)發(fā)生巨大改變，而全光網(wǎng)和光接入網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展，使這種趨勢(shì)越來越明顯。
三光應(yīng)用
由以上光記錄和光傳輸?shù)慕榻B，我們可以了解到光技術(shù)已經(jīng)逐漸滲透至專業(yè)視頻領(lǐng)域。以下為筆者設(shè)想的以光技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建的新型電視臺(tái)IT制作網(wǎng)。相對(duì)于傳統(tǒng)電視臺(tái)制作網(wǎng)它將具備以下特性：
1.首先是高效的資源共享能力?？梢詫?shí)現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)存取、遷徙及交換。
2.由于光盤錄像機(jī)的出現(xiàn)，文件化的素材交換方式得以實(shí)現(xiàn)，解決了傳統(tǒng)電視臺(tái)制作網(wǎng)素材上下載消耗時(shí)間的瓶頸。
3.具有智能化的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理功能。
4.整個(gè)網(wǎng)絡(luò)具備可擴(kuò)展性，強(qiáng)容錯(cuò)性，高兼容性以及與其他網(wǎng)絡(luò)的互換性。
我們可以設(shè)想以下的以光技術(shù)為基礎(chǔ)的全光業(yè)務(wù)網(wǎng)，當(dāng)然這里的全光目前不會(huì)是完全的光技術(shù)，也包含節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換上使用的一些光電和電光設(shè)備。前期節(jié)目素材由光盤攝像機(jī)采集，光盤攝像機(jī)可以是高端的SONY的PDW藍(lán)光盤攝像機(jī)，它的記錄文件格式是MPEG24：2：2P@MLIMX或者是DVCAM格式；也可以是低端的東芝的家用DVD光盤錄像機(jī)，它的記錄格式是MPEG2TS流。以上文件格式的素材在攝像機(jī)內(nèi)部被刻錄到藍(lán)光盤或普通的DVD碟片上。通過相應(yīng)的光盤錄像機(jī)或?qū)Ｓ玫墓獗P驅(qū)動(dòng)器由光纖實(shí)時(shí)傳輸并存儲(chǔ)到后期編輯制作單元。制作單元為現(xiàn)有的電視臺(tái)制作工作站，由后期編輯制作單元來進(jìn)行原始素材的編輯及后期處理工作，各種特效、字幕、配音、片頭等在此處完成。制作完的節(jié)目由光纖無損地送入中央存儲(chǔ)部分的光盤庫(kù)中，一方面用于播出。另一方面，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)目的存儲(chǔ)和歸檔或者利用光盤錄像機(jī)下載，便于以后的索引和節(jié)目調(diào)用?；赟NMP（簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）技術(shù)的系統(tǒng)監(jiān)控單元通過與各單元交換信息，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在節(jié)點(diǎn)光交換設(shè)備和傳輸通路上的光纖狀況。采用光纖作為工作站點(diǎn)連通的物理方式，用于數(shù)據(jù)的遷徙，設(shè)備和業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)管理等控制信息的傳遞。采用光盤庫(kù)作為中央存儲(chǔ)單元，其管理軟件可以區(qū)分短期存儲(chǔ)的播出節(jié)目和長(zhǎng)期存儲(chǔ)以供后用的節(jié)目。短期存儲(chǔ)的節(jié)目存儲(chǔ)在一級(jí)光盤庫(kù)，節(jié)目播出后定時(shí)刪除。長(zhǎng)期存儲(chǔ)節(jié)目編目后放至二級(jí)光盤庫(kù)，作為媒體資源有原則的開放，不同級(jí)別的用戶通過光纖有償或免費(fèi)獲取媒體資源。一級(jí)光盤庫(kù)為在線存儲(chǔ)體，容量以電視臺(tái)內(nèi)部人員充分使用即可，它是提供給電視臺(tái)內(nèi)部用戶使用的高速媒體資源共享體，滿足包括播出，節(jié)目制作，節(jié)目下載的宿求。二級(jí)光盤庫(kù)為近線存儲(chǔ)體，為海量存儲(chǔ)，它的媒體資源存儲(chǔ)主要為節(jié)目的再利用和再加工服務(wù)，另外為電視臺(tái)以外的用戶提供VOD或者媒體資源再利用和交換的宿求。
以上設(shè)想的網(wǎng)絡(luò)比較現(xiàn)今的網(wǎng)絡(luò)，由于光技術(shù)的使用，可以突顯出高速共享的精神，達(dá)到用戶所見所得的需求。真正實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化的實(shí)時(shí)的信息交換。
雖然我國(guó)在船舶技術(shù)管理上有了長(zhǎng)足的進(jìn)展，但是由于設(shè)備落后，技術(shù)人員匱乏等方面的原因也存在一些問題，大致分一下幾種情況。
1．高素質(zhì)船舶技術(shù)管理人員缺乏
船舶技術(shù)管理水平高低的最關(guān)鍵因素是人，尤其是高素質(zhì)船舶技術(shù)管理人員他們將決定著整個(gè)技術(shù)水平的高低，但是由于我國(guó)航運(yùn)事業(yè)發(fā)展較快，高等院校培養(yǎng)的技術(shù)人員數(shù)量有限，同時(shí)這些理論人員只有和實(shí)踐相結(jié)合才能磨練出高水平高素質(zhì)的高素質(zhì)船舶技術(shù)管理人員。另一方面隨著新型船舶的應(yīng)用及各種新技術(shù)、新手段船舶管理中的應(yīng)用這些都對(duì)船舶技術(shù)管理人員提出更高的要求，顯然目前的船舶技術(shù)管理人員還達(dá)不到這種要求。第三，同時(shí)船上生活比較單調(diào)、枯燥乏味，條件比較艱苦，易造成高素質(zhì)船舶技術(shù)管理人員大量流失。
2．船舶管理制度不完善
在對(duì)船舶進(jìn)行技術(shù)管理的過程中，涉及到多系統(tǒng)復(fù)雜的技術(shù)操作和技術(shù)要求，建立制度化是保障技術(shù)人員按照規(guī)范操作的必備條件之一，通過制度化規(guī)范操作，防止因不當(dāng)操作導(dǎo)致的船舶事故發(fā)生。但是目前由于從事航運(yùn)的技術(shù)人員文化水平不高，公司規(guī)模大小不一，企業(yè)制度建設(shè)不健全不完善，這些都影響到船舶管理技術(shù)水平的高低。
3．船舶技術(shù)管理提升資金投入少
船舶的設(shè)備正在不斷更新，船舶相應(yīng)的技術(shù)也在不斷進(jìn)步，給船舶技術(shù)的管理帶來了困難和挑戰(zhàn)，船舶管理技術(shù)的提升必須讓技術(shù)管理人員進(jìn)行進(jìn)修和培訓(xùn)，這些培訓(xùn)都需要相應(yīng)的資金，但是現(xiàn)在船舶公司并不太重視員工培訓(xùn)，對(duì)船舶技術(shù)管理提升資金投入少也影響技術(shù)的提升。
二、提高船舶技術(shù)管理水平的建議及對(duì)策
船舶技術(shù)管理涉及到船舶企業(yè)從企業(yè)組織結(jié)構(gòu)到管理模式，從制度到個(gè)體等各個(gè)方面，提高船舶技術(shù)管理水平，可以通過改變傳統(tǒng)船舶技術(shù)管理模式，創(chuàng)建管理新模式、加強(qiáng)船舶技術(shù)管理制度化建設(shè)、加大船舶技術(shù)提升的資金支持和培訓(xùn)機(jī)制建設(shè)、提高船舶技術(shù)管理的信息化水平、建立完善的提升船舶技術(shù)管理的激勵(lì)機(jī)制等方面進(jìn)行。
1．改變傳統(tǒng)船舶技術(shù)管理模式，創(chuàng)建管理新模式
傳統(tǒng)的船舶技術(shù)管理模式往往缺乏統(tǒng)一性，經(jīng)常管理混亂，經(jīng)常出現(xiàn)問題分析不明、計(jì)劃控制不力、人才缺乏、組織內(nèi)部沖突等各種矛盾，使得船舶組織管理失去應(yīng)有的活力。因此應(yīng)打破各自為政的封閉式管理，構(gòu)建開發(fā)新的技術(shù)管理模式。多項(xiàng)目船舶技術(shù)管理模式就是一種新的技術(shù)管理模式。多項(xiàng)目管理模式簡(jiǎn)單地說就是一個(gè)項(xiàng)目部門同時(shí)管理多個(gè)項(xiàng)目，采取組織、協(xié)調(diào)、調(diào)配等管理手段，協(xié)調(diào)現(xiàn)行船舶技術(shù)管理組織中所有的項(xiàng)目的篩選、評(píng)估、計(jì)劃、執(zhí)行與控制等各項(xiàng)工作，并將多個(gè)項(xiàng)目有機(jī)的組合起來，進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)、分析、比較、協(xié)調(diào)和均衡統(tǒng)籌的項(xiàng)目管理方式。這既是一種思想，也是一種方法。通過創(chuàng)建新型的船舶技術(shù)管理模式能夠?qū)崿F(xiàn)讓船舶技術(shù)管理的決策層，管理層，和基層之間建立雙向互動(dòng)的聯(lián)系。實(shí)現(xiàn)船舶技術(shù)管理的計(jì)劃性和資源平衡和共享，最終追求整個(gè)船舶技術(shù)管理水平的提升。
2．加強(qiáng)船舶技術(shù)管理制度化建設(shè)
制度能使工作規(guī)范化，保證船舶技術(shù)管理的正常進(jìn)行避免雜亂無章和亂無頭緒的狀態(tài)。船舶技術(shù)管理制度建設(shè)應(yīng)制定總指揮負(fù)責(zé)管理工作的總體協(xié)調(diào)與安排，審批船舶重點(diǎn)檢修項(xiàng)目安全控制措施，指定專人對(duì)船舶的運(yùn)行維修負(fù)責(zé)。貫徹執(zhí)行國(guó)家安全環(huán)保法規(guī)和條例，以及公司的各項(xiàng)安全環(huán)保規(guī)章制度。比如對(duì)船舶維修過程的技術(shù)管理應(yīng)該制定詳細(xì)、具體的方案，對(duì)每一步驟都要有明確的要求和安全環(huán)保注意事項(xiàng)，所有控制措施落實(shí)專人負(fù)責(zé)。同時(shí)要對(duì)檢修項(xiàng)目進(jìn)行危害辨識(shí)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，依照辨識(shí)和評(píng)價(jià)結(jié)果，根據(jù)安全環(huán)保法律法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、管理規(guī)定，參照以往事故案例、經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，制定科學(xué)合理的檢修方案。
3．建立完善的提升船舶技術(shù)管理的激勵(lì)機(jī)制
船員對(duì)提升船舶技術(shù)管理水平有一定的認(rèn)知誤區(qū)，也缺乏一定的能動(dòng)性，只憑借自覺自愿有時(shí)很難達(dá)到應(yīng)有的提升船舶技術(shù)水平的要求。應(yīng)建立一套完善的提升船舶技術(shù)管理的激勵(lì)機(jī)制，通過對(duì)船員者的激勵(lì)，讓他們自覺自愿的進(jìn)行自身技術(shù)和能力的提升。具體可以從以下幾個(gè)方面考慮。
（1）給船員提供提升船舶技術(shù)的經(jīng)費(fèi)和補(bǔ)助。通過資金扶植和獎(jiǎng)勵(lì)，能夠讓船舶從業(yè)者享受企業(yè)提供的進(jìn)修機(jī)會(huì)和培訓(xùn)機(jī)會(huì)，用于自身能力的提高。這種方式要比簡(jiǎn)單的命令和硬性規(guī)定更能調(diào)動(dòng)進(jìn)修培訓(xùn)的積極性。
（2）建立相應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制。如果自由培訓(xùn)沒有考核可能也會(huì)使培訓(xùn)流于形式，船舶公司可以通過舉辦各種形式的活動(dòng)和技能比賽，一方面給參與進(jìn)修的船舶從業(yè)者一個(gè)展示的平臺(tái)，給沒參加技術(shù)培養(yǎng)的人員以榜樣的作用。另一方面通過競(jìng)爭(zhēng)性比賽對(duì)參與船舶進(jìn)修和培訓(xùn)的人員來說也是一種寬松的考核方式，達(dá)到監(jiān)督培訓(xùn)效果和提升業(yè)務(wù)能力的作用。
（3）激勵(lì)機(jī)制要把精神獎(jiǎng)勵(lì)納入激勵(lì)范圍。人的需求即有物質(zhì)的，又有精神的。在建立激勵(lì)機(jī)制的時(shí)候可以考慮建立必要的精神激勵(lì)機(jī)制，通過各種表彰和技術(shù)能手稱號(hào)等精神激勵(lì)能讓船舶技術(shù)能力強(qiáng)的船舶從業(yè)者獲得精神上的滿足和成就感，讓員工認(rèn)為自己的工作很有價(jià)值或很有創(chuàng)造性時(shí)往往會(huì)有很大的工作熱情，同時(shí)對(duì)其它員工也有很好的引領(lǐng)作用。
4．加大船舶技術(shù)提升的資金支持和培訓(xùn)機(jī)制建設(shè)
船舶技術(shù)作為一個(gè)前沿領(lǐng)域從理論到技術(shù)上發(fā)展和變化很快，技術(shù)水平日新月異，因此要想提升船舶技術(shù)的管理水平必須要進(jìn)行進(jìn)修和培訓(xùn)，及時(shí)掌握先進(jìn)的理論和技術(shù)，這些需要一定的財(cái)力支持和資金投入。在培訓(xùn)機(jī)制的建設(shè)時(shí)應(yīng)建立健全人才培訓(xùn)機(jī)制，通過制度化的定期培訓(xùn)和不定期的業(yè)務(wù)培訓(xùn)，然后在結(jié)合船舶營(yíng)運(yùn)的周期性變化合理安全培訓(xùn)日程和內(nèi)容。在培訓(xùn)時(shí)還要做到崗位培訓(xùn)與實(shí)踐相結(jié)合，結(jié)合崗位的特點(diǎn)和所需要的知識(shí)和技術(shù)開展相應(yīng)的培訓(xùn)后要融入日常工作中進(jìn)行鍛煉、磨合達(dá)到技術(shù)的提升。對(duì)職工定崗定責(zé)，建立責(zé)任追究制度，同時(shí)結(jié)合崗位技能進(jìn)行培訓(xùn)和鍛煉，進(jìn)行規(guī)范化操作，達(dá)到的防止事故發(fā)生目的。
5．提高船舶技術(shù)管理的信息化水平
提高船舶技術(shù)管理的信息化水平是提高船舶航運(yùn)企業(yè)效率的重要途徑。現(xiàn)代企業(yè)只有提升企業(yè)的效率才能獲得良好的效益。通過船舶技術(shù)管理的信息化建設(shè)能輕松的構(gòu)建立體的綜合的組織結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，讓船舶航運(yùn)企業(yè)內(nèi)部的管理更順暢也更便捷，也更有利于船舶技術(shù)管理水平的提升。在進(jìn)行船舶技術(shù)管理的信息化建設(shè)過程中應(yīng)著力構(gòu)建技術(shù)培訓(xùn)信息化，讓培訓(xùn)技術(shù)和實(shí)際工作的結(jié)合，這樣既不耽誤工作又不耽誤學(xué)習(xí)達(dá)到工作學(xué)習(xí)的雙收益。提高船舶技術(shù)管理的信息化水平的過程中還應(yīng)該著力構(gòu)建船舶航運(yùn)企業(yè)內(nèi)部各部門及各崗位的信息化建設(shè)。通過信息化建設(shè)能及時(shí)讓管理者了解各個(gè)部門的工作狀況并及時(shí)提出相應(yīng)的決策，對(duì)于執(zhí)行者也能及時(shí)了解高層的決策部署，調(diào)整工作部署和工作安排。
三、結(jié)語
關(guān)鍵詞：AT89C51串行口無線數(shù)字電臺(tái)串行通信
一般的數(shù)字采集系統(tǒng)，是通過傳感器將捕捉的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC采樣、量化、編碼后，為成數(shù)字信號(hào)，存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，或送給微處理器，或通過無線方式將數(shù)據(jù)發(fā)送給接收端進(jìn)行處理。無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)就是樣一套利用無線手段，將采集的數(shù)據(jù)由測(cè)量站發(fā)送到主控站的設(shè)備。
1系統(tǒng)組成
系統(tǒng)組成如圖1、圖2所示。
系統(tǒng)由測(cè)量站和主控站兩部分組成。測(cè)量站主要完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集、存儲(chǔ)，接收遙控指令并發(fā)送數(shù)據(jù)。主控站的主要工作是發(fā)送遙控指令、接收數(shù)據(jù)信息、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)管理、隨機(jī)顯示打印等。
2AT89C51與數(shù)字電臺(tái)的串行通信
Atmel公司的AT89C51單片機(jī)，是一種低功耗、高性能的、片內(nèi)含有4KBFlashROM的8位CMOS單片機(jī)，工作電壓范圍為2.7～6V（實(shí)際使用+5V供電），8位數(shù)據(jù)總線。它有一個(gè)可編程的全雙工串行通信接口，能同時(shí)進(jìn)行串行發(fā)送和執(zhí)著收。通過RXD引腳（串行數(shù)據(jù)接收端）和TXD引腳（串行數(shù)據(jù)發(fā)送端）與外界進(jìn)行通信。
2.1通信協(xié)議與波特率
數(shù)字電臺(tái)與單片機(jī)、終端主控機(jī)的通信協(xié)議為：
通信接口——標(biāo)準(zhǔn)串行RS232接口，9線制半雙工方式；
通信幀格式——1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位可編程數(shù)據(jù)位，1位停止位；
波特率——1200baud。
數(shù)字電臺(tái)選用Motorola公司的GM系列車載電臺(tái)，工作于VHF/UHF頻段，可進(jìn)行無線數(shù)傳（9線制標(biāo)準(zhǔn)串行RS232接口），也可進(jìn)行話音通信；采用二進(jìn)制移頻鍵控（2FSK）調(diào)制解調(diào)方式，符合國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)CCITT.23標(biāo)準(zhǔn)。在話帶內(nèi)進(jìn)行數(shù)字傳輸時(shí)，推薦在不高于1200b/s數(shù)據(jù)率時(shí)使用。實(shí)際使用時(shí)，電臺(tái)工作于220～240MHz頻率范圍，采用半雙工方式（執(zhí)行收、發(fā)操作，但不能同時(shí)進(jìn)行）即可滿足系統(tǒng)要求。
2.2AT89C51串行口工作方式
AT89C51串行口可設(shè)置四種工作方式，可有8位、10位和11位幀格式。本系統(tǒng)中，AT89C51串行口工作于方式3，即鳘幀11位的異步通信格式：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位（低位在前），1位可編程數(shù)據(jù)位，1位停止位。
發(fā)送前，由軟件設(shè)置第9位數(shù)據(jù)（TB8）作奇偶校驗(yàn)位，將要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入SBUF，啟動(dòng)發(fā)送過程。串行口能自動(dòng)把TB8取出，裝入到第9位數(shù)據(jù)的位置，再逐一發(fā)送出去。發(fā)送完畢，使TI=1。
接收時(shí)，置SCON中的REN為1，允許接收。當(dāng)檢測(cè)到RXD（P3.0端有“1”到“0”的跳變（起始位）時(shí)，開始接收9位數(shù)據(jù)，送入移位寄存器（9位）。當(dāng)滿足RI=0且SM2=0或接收到的9位數(shù)據(jù)為1時(shí)，前8位數(shù)據(jù)送入SBUF，第9位數(shù)據(jù)送入SCON中的RB8，置RI為1；否則，這次接收無效，不置位RI。
串口方式3的波特率由定時(shí)器T1的溢出率與SMOD值同時(shí)決定：
方式3波特率=T1溢出率/n
當(dāng)SMOD=0時(shí)，n=32；SMOD=1時(shí)，n=16。T1溢出率取決于T1的計(jì)數(shù)速率（計(jì)數(shù)速率=fosc/12）和TI預(yù)置的初值。
定時(shí)器T1用作波特率發(fā)生器，工作于模式2（自動(dòng)重裝初值）。設(shè)TH1和TL1定時(shí)計(jì)數(shù)初值為X，則每過“28-X”個(gè)機(jī)器周期，T1就會(huì)發(fā)生一次溢出。初值X確定如下：
X=256-fosc×(SMOD+1)/384×BTL
本系統(tǒng)中，SMOD=0，波行率BTL=1200，晶振fosc=6MHz，所以初值X=F3H。
2.3AT89C51與數(shù)字電臺(tái)的硬件連接
AT89C51與數(shù)字電臺(tái)的硬件連接如圖3所示。
系統(tǒng)采用異步串行通信方式傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)。利用單片機(jī)串口與數(shù)字電臺(tái)RS232數(shù)據(jù)口相連。電臺(tái)常態(tài)為收狀態(tài)（PPT=0，收狀態(tài)；PPT=1，發(fā)狀態(tài)），單片機(jī)P3.5腳輸出高電平。單片機(jī)使用TTL電平，電臺(tái)使用RS232電平，由MAX232完成TTL電平與RS232電平之間的轉(zhuǎn)換。3片光電耦合器6N137實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與電臺(tái)之間的電源隔離，增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾性能。
單片機(jī)通過帶控制端的三態(tài)緩沖門74HC125、非門74HC14控制電臺(tái)的收發(fā)轉(zhuǎn)換，以及指令的接收和數(shù)據(jù)發(fā)送。接收時(shí)，P3.5=1,c2=1，74HC125B截止；P3.5經(jīng)74HC14反相、光電隔離，使電臺(tái)PPT腳為低電平，將其置為接收狀態(tài)；同時(shí)c1=0，74HC125A導(dǎo)通，接收的指令由電臺(tái)的RXD端輸入，經(jīng)MAX232電平變換、光電隔離、74HC125A緩沖門，送入單片機(jī)RXD腳。發(fā)射時(shí)，P3.5=0，經(jīng)74HC14反相、光電隔離，使電臺(tái)PPT腳為高電平，將其置為發(fā)射狀態(tài)；同時(shí)c1=1，74HC125A截止，c2=0，74HC125B導(dǎo)通，數(shù)據(jù)由單片機(jī)TXD腳輸出，經(jīng)74HC125B緩沖門、光電隔離、MAX232電平變換，通過電臺(tái)TXD端口將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。
3通信軟件設(shè)計(jì)
通信軟件至關(guān)重要，一旦出現(xiàn)問題，整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)癱瘓。采取差錯(cuò)控制與容錯(cuò)技術(shù)是非常重要的。
*主控站發(fā)送的指令中包含一定數(shù)量的同步符55H和3字節(jié)的密碼。測(cè)量站在連續(xù)收到5個(gè)同步符后進(jìn)行密碼驗(yàn)證，驗(yàn)證通過后正式接收指令字節(jié)；如未通過，則測(cè)量站發(fā)一信號(hào)讓主控站重發(fā)，三次驗(yàn)證不過則停發(fā)該命令。測(cè)量站發(fā)/主控站收時(shí)，驗(yàn)證方式與此相同。驗(yàn)證通過后，測(cè)量站開始發(fā)送數(shù)據(jù)。
*一個(gè)指令由3字節(jié)構(gòu)成，第二字節(jié)等于第一字節(jié)加上35H，第3字節(jié)等于第二字節(jié)加上36H。如果收到的指令不符合此規(guī)則，則重發(fā)該命令，連續(xù)三次錯(cuò)誤時(shí)停發(fā)。
*主控站每發(fā)一個(gè)指令，測(cè)量站都回送一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。該應(yīng)答信號(hào)中包含原指令樣本。
下面給出單片機(jī)串行口與電臺(tái)的基本通信程序。
初始化程序：
BTLEQU2FH；波特率放在內(nèi)部RAM的2FH單元
MOVTMOD，#21H；T0方式1，16位計(jì)數(shù)器，T1方式2，串口用
SETBTR0；啟動(dòng)T0
MOVBTL，#0F3H；波特率設(shè)定為1200
MOVSCON，#0C0H；串口方式3，9位數(shù)據(jù)，禁止接收
接收及驗(yàn)證程序：
NUMEQU2BH；同步符個(gè)數(shù)值存放在內(nèi)部RAM的2BH單元
TEMPEQU2CH
ROM-CH：DB55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H
DB55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H；20字節(jié)同步符
MIMDB''''WSC''''：3字節(jié)密碼“WSC”
SETBP3.5；置電臺(tái)收狀態(tài)
SETBREN；允許串口接收
A1：MOVNUM，#0；記錄連續(xù)到同步符55H的個(gè)數(shù)
A2：JBRI，A2；串口有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)A3
A3：CLRRI；清接收中斷標(biāo)志
MOVA，SBUF；讀串口數(shù)據(jù)
CJNEA，#55H，A1；不是同步符轉(zhuǎn)A1
INCNUM；收到的同步符個(gè)數(shù)加1
MOVA，NUM；取收到的同步符個(gè)數(shù)
CJNEA，#5，A2；未收夠連續(xù)5個(gè)55H轉(zhuǎn)A2
A4:MOVNUM,#0;密碼驗(yàn)證，記錄收到密碼字節(jié)數(shù)
A5：MOVDPTR，#MIM；密碼字符首址
MOVA，NUM
MOVCA，@A+DPTR；查表取密碼
MOVTEMP，A；保存密碼
JBRI，A6；串口收完一個(gè)字節(jié)轉(zhuǎn)A6
…
A6：CLRRI；清接收中斷標(biāo)志
MOVA，SBUF；讀串口數(shù)據(jù)
CJNEA，TEMP，A4；與密碼不符轉(zhuǎn)A4
INCNUM；收到的密碼個(gè)數(shù)加1
MOVA，NUM；取已收到的密碼字節(jié)數(shù)
CJNEA，#3，A5；密碼未收完轉(zhuǎn)A5
發(fā)送程序：
CLRP3.5；置電臺(tái)發(fā)狀態(tài)
MOVB，#23
MOVDPTR，#ROM-CH
B1：CLRA
MOVCA，@A+DPTR；查表發(fā)送同步符和密碼共24字節(jié)
INCDPTR
LCALLSEND-CH；調(diào)發(fā)送單字節(jié)子程序
DJNZB，B1
…
CLRA
MOVDPTR，#7000H；外部RAM數(shù)據(jù)首址，發(fā)送外部RAM中的數(shù)據(jù)到電臺(tái)
B2：CJNER4，#0，B3
CJNER3，#0，B3；R4R3=發(fā)送字節(jié)數(shù)
B3：MOVXA，@DPTR；取數(shù)據(jù)
INCDPTR
LCALLSEND-CH
CJNER3，#0，B4
CJNER4，#0，B5
B4：DECR3
LJMPB2
DECR3
DECR4
LJMPB2
…
SEND-CH：SETBTB8
MOVSBUF，A
DB0，0，0，0，0，0，0，0
JNBTI，$；延時(shí)4μs
CLRTI
RET
關(guān)鍵詞：無線通信低功耗移頻鍵控PIC16F73單片機(jī)芯片CC1000調(diào)制解調(diào)芯片
在工業(yè)、科學(xué)研究以及醫(yī)療設(shè)備中，目前出現(xiàn)了大量需要進(jìn)行通信的設(shè)備，這些設(shè)備通信距離較近、數(shù)據(jù)量較小、不適合布線。比如自動(dòng)抄表系統(tǒng)、酒店點(diǎn)菜系統(tǒng)以及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，其中有很多設(shè)備是可移動(dòng)的，而且要求何種小便于攜帶。因此，要求其通過設(shè)備具有體積小、功耗低、成本低、使用方便等特點(diǎn)。基于這些需求，本文給出了一款超低功耗的無線數(shù)字傳輸模塊的設(shè)備及實(shí)現(xiàn)方法。
該模塊采用Chipcon公司的超低功耗FSK調(diào)制解調(diào)芯片CC1000和Microchip公司的低功耗單片機(jī)PIC16F73，從而保證了系統(tǒng)的超低功耗。同時(shí)，為了適應(yīng)電池供電系統(tǒng)的應(yīng)用，該模塊支持查詢方式的無線通信，可以使系統(tǒng)的平均工作電流低至10μA。該模塊具有8組信道，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的半雙工通信，并且提供標(biāo)準(zhǔn)串行數(shù)據(jù)接口，支持TTL、RS232和RS485通信接口，可以方便地與其它控制器或計(jì)算機(jī)連接。
圖1
1模塊硬件設(shè)計(jì)
模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
作為工作在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的底層通信設(shè)備，該系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)、假數(shù)據(jù)過濾、數(shù)據(jù)組合、解碼數(shù)據(jù)幀、數(shù)據(jù)校驗(yàn)等功能。在接收過程中完成數(shù)據(jù)由電信號(hào)向位流、由位流數(shù)據(jù)向字節(jié)，由字節(jié)向數(shù)據(jù)幀的變換，而在發(fā)送過程中則完成接收到的逆向過程。數(shù)據(jù)發(fā)送過程中數(shù)據(jù)流的變化如圖2所示。
調(diào)制解調(diào)由CC1000完成。系統(tǒng)采用頻移鍵控調(diào)制（FSK），載波頻率為434MHz，帶寬為64kHz，數(shù)據(jù)采用差分曼徹斯特編碼發(fā)送，空中發(fā)送數(shù)據(jù)速率可以根據(jù)需要設(shè)置，最高FSK數(shù)據(jù)速率為76.8kpbs。CC1000采用三線命令接口和兩線數(shù)據(jù)接口，可編程配置載波頻率和數(shù)據(jù)速率等內(nèi)容。有關(guān)CC1000的詳細(xì)內(nèi)容見參考文獻(xiàn)。
模塊控制器在發(fā)送時(shí)從用戶接口接數(shù)據(jù)和命令，并將用戶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)幀傳送給CC1000，控制CC1000進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。在接收時(shí)，控制器接收從CC1000傳送過來的數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，過濾噪聲，將數(shù)據(jù)由位流轉(zhuǎn)換為字節(jié)，進(jìn)行校驗(yàn)并將用戶數(shù)據(jù)通過串行口傳送給用戶，使用戶可以實(shí)現(xiàn)所發(fā)即所收。
模塊是為低功耗系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，除了具有SLP引腳可以直接休眠模塊外，還有一些專門設(shè)計(jì)的命令來支持使用查詢方式的通信。PCMD、RX、TX三線組成模塊的三線接口，配置命令時(shí)PCMD必須為高電平。配置命令工作時(shí)序如圖3所示。
發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)PCMD應(yīng)置為低電平，通過串行口發(fā)送數(shù)據(jù)即可。模塊使用時(shí)間間隔區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)幀，如果有傳輸半個(gè)字節(jié)的時(shí)間沒有接收到數(shù)據(jù)，則認(rèn)為此前接收到的為一幀數(shù)據(jù)，系統(tǒng)將編碼該幀數(shù)據(jù)并通過CC1000進(jìn)行調(diào)制和發(fā)送。因此，如果用戶數(shù)據(jù)是以數(shù)據(jù)幀的格式發(fā)送的，用戶應(yīng)當(dāng)連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，以避免模塊將一幀數(shù)據(jù)分割為兩幀數(shù)據(jù)發(fā)送，從而降低發(fā)送效率。模塊只能進(jìn)行半雙工通信，沒有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)模塊處于接收狀態(tài)；有休眠信號(hào)時(shí)模塊進(jìn)入體眠狀態(tài)，此時(shí)模塊無法接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，只有將模塊喚醒后，才能發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。READY信號(hào)是模塊工作狀態(tài)指示信號(hào)。當(dāng)READY長(zhǎng)時(shí)間處于低電平狀態(tài)時(shí)，可以使用RST將模塊復(fù)位，重新設(shè)置模塊的工作狀態(tài)，以避免模塊處于錯(cuò)誤工作狀態(tài)。
2軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件采用專門為PIC單片機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化，能夠?yàn)镻IC系列單片機(jī)產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)高效的代碼，具體內(nèi)容參考文獻(xiàn)。系統(tǒng)控制器軟件設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)的核心內(nèi)容，由于控制器要完成與用戶和CC1000雙方的通信及數(shù)據(jù)封裝，因此系統(tǒng)軟件借用Windows系統(tǒng)的消息循環(huán)機(jī)制設(shè)計(jì)，采用消息循環(huán)的體系結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使得程序結(jié)構(gòu)清晰、可擴(kuò)展性強(qiáng)、可移植性強(qiáng)。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的初中，證明這種結(jié)構(gòu)非常適合單片機(jī)系統(tǒng)軟件的開發(fā)。
圖4為程序初始化和主函數(shù)部分的結(jié)構(gòu)框圖。系統(tǒng)程序總線結(jié)構(gòu)采用消息驅(qū)動(dòng)機(jī)制。在系統(tǒng)內(nèi)部寄存器和變量初始化完成后便可以進(jìn)入消息循環(huán)程序查詢系統(tǒng)消息。系統(tǒng)消息一般是CPU外部或內(nèi)部的事件通過CPU中斷系統(tǒng)激勵(lì)CPU運(yùn)行的。為了能夠使系統(tǒng)產(chǎn)生和響應(yīng)消息，必須啟動(dòng)CPU的中斷系統(tǒng)，因而在進(jìn)入消息循環(huán)前啟動(dòng)CPU定時(shí)中斷、串行通信中斷、外部觸發(fā)中斷。程序初始化部分在CPU上電或復(fù)位后只執(zhí)行一次，CPU在正常工作時(shí)即將終都在消息循環(huán)中反復(fù)檢測(cè)消息是否存在，并根據(jù)消息的種類做不同的操作，最后清除相應(yīng)的消息標(biāo)志，再進(jìn)行循環(huán)檢測(cè)消息。本系統(tǒng)中消息共有三種，分別是程序節(jié)拍控制信號(hào)、與CC1000通信的信號(hào)以及與用戶通信的信號(hào)。程序節(jié)拍控制信號(hào)控制程序的運(yùn)行過程，包括時(shí)間信號(hào)、外部中斷信號(hào)（休眠、喚醒）以及其它定時(shí)動(dòng)作信號(hào)；與CC1000通信的信號(hào)包括CC1000狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)、接收完成信號(hào)、發(fā)送開始信號(hào)以及發(fā)送完畢信號(hào)等，負(fù)責(zé)管理與CC1000的通信和控制工作；與用戶通信的信號(hào)包括接收用戶數(shù)據(jù)完畢信號(hào)、用戶數(shù)據(jù)發(fā)送完畢信號(hào)以及向用戶發(fā)送數(shù)據(jù)開始信號(hào)等，負(fù)責(zé)與用戶的通信管理。程序的消息循環(huán)結(jié)構(gòu)如圖5所示。
3模塊性能
3．1模塊功能
作為一款專門為低功耗系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的無線數(shù)字傳輸模塊，該模塊具有低電平供電、低功耗的特點(diǎn)。供電電壓范圍為3V～12V。當(dāng)供電電壓為3V時(shí)，在接收狀態(tài)下，模塊電流為9.6mA；在發(fā)送狀態(tài)下，模塊電流為25.6mA；在休眠狀態(tài)下，模塊電流為2μA。通信系統(tǒng)使用查詢方式工作時(shí)，處于接收的工作電流計(jì)算公式如下，即若休眠時(shí)間為dsl，檢測(cè)信號(hào)時(shí)間為tdt，那么平均工作電流為（單位為μA
）：
Ip=(tsl×2+tdt×9600)/(tsl+tdt)
因此，如果一個(gè)系統(tǒng)的休眠時(shí)間為8s,檢測(cè)時(shí)間為13μA。這樣，5400mAh的鋰電流可以使用47年！當(dāng)然，實(shí)際使用中應(yīng)該計(jì)算模塊處于接收狀態(tài)時(shí)的電流，此時(shí)模塊的功耗就取決于模塊工作的情況和傳輸數(shù)據(jù)量的大小，但是其極低的待機(jī)功耗對(duì)于移動(dòng)設(shè)備來說是十分重要的。
3．2通信可靠性
通信誤碼率可以使用如下近似公式計(jì)算：
Pe≈Ne/N
式中，N為傳輸?shù)亩M(jìn)制碼元總線；Ne為被傳輸錯(cuò)的碼元數(shù)，理論上應(yīng)有N∞。
在實(shí)際使用中，N足夠大時(shí)，才能夠把Pe近似為誤碼率。經(jīng)過對(duì)模塊的測(cè)試，在數(shù)據(jù)速率為2400bps、通信距離為100m(平原條件)時(shí)，通信誤碼率為10-3～10-5。在數(shù)據(jù)速率提高時(shí)，通信誤碼率會(huì)增加，但是通信模塊可采用多項(xiàng)技術(shù)來提高通信可靠性。在物理層，模塊采用差分曼徹斯特編碼技術(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)，從而保證通信中的同步問題；而在數(shù)據(jù)鏈路層，使用CRC（循環(huán)冗余編碼）進(jìn)行數(shù)據(jù)幀校驗(yàn)，用以保證數(shù)據(jù)到達(dá)用戶應(yīng)用層以后的可靠性。當(dāng)然，用戶在應(yīng)用層還可以采取多種通信協(xié)議來進(jìn)一步提高通信的可靠性。
3.3通信距離
在無線通信中，通信距離與發(fā)射機(jī)發(fā)送信號(hào)的強(qiáng)度和接收機(jī)接收靈敏度有著直接關(guān)系。本模塊的發(fā)送功率為10dBm，而在數(shù)據(jù)速率為2400bps、帶寬為64kHz、通信二進(jìn)制誤碼率為10-3條件下，模塊的接收靈敏度為-110dBm。在天線高于地面3m的可視條件下，可告通信距離（誤碼率小于10-3）大于300m。在市區(qū)環(huán)境中，可靠通信距離在10m左右。
圖5
4模塊應(yīng)用
無線智能IC卡水表由負(fù)責(zé)顯示和讀寫IC卡的上位機(jī)和負(fù)責(zé)閥門控制的下位機(jī)組成，上位機(jī)和下位機(jī)之間的通信使用無線數(shù)字傳輸模塊完成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所示。上位機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)接口，包括顯示下位機(jī)狀態(tài)、顯示剩余水量、讀取IC卡以及與下位機(jī)通信等功能，下位機(jī)完成水脈沖計(jì)數(shù)并接收上位機(jī)的指令控制閥門開關(guān)狀態(tài)。由于本系統(tǒng)采用電池供電，所以要求系統(tǒng)的功耗必須非常低。水表的上位機(jī)和下位機(jī)均采用Microchip公司的低功耗單片機(jī)PIC16F73，下位機(jī)工作在查詢狀態(tài)。
論文摘要:本文從現(xiàn)有存儲(chǔ)式電子壓力計(jì)的技術(shù)現(xiàn)狀出發(fā)，分析了在井下高溫、高壓、遠(yuǎn)距離條件下，實(shí)現(xiàn)壓力、溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)可靠采集、傳輸、分析的壓力計(jì)——直讀式電子壓力計(jì)的數(shù)據(jù)傳輸方案和實(shí)施，并從技術(shù)需求分析、通訊方案選擇、單芯遠(yuǎn)距離傳輸、曼徹斯特碼編解碼的軟硬件設(shè)計(jì)等方面，對(duì)直讀式電子壓力計(jì)數(shù)據(jù)傳輸方案進(jìn)行了深入研究。試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，本文研究結(jié)果解決了直讀式電子壓力計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，增強(qiáng)了電子壓力計(jì)在油田測(cè)井領(lǐng)域的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
一、引言
目前存儲(chǔ)式電子壓力計(jì)已廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)各大油田高溫井下壓力和溫度的測(cè)量。存儲(chǔ)式電子壓力計(jì)在工作過程中，儀器內(nèi)的單片機(jī)系統(tǒng)和各種傳感器共同完成井下壓力和溫度的采集，并以數(shù)字量形式存儲(chǔ)于電可改寫型存儲(chǔ)器中，待測(cè)試過程完成后，再將壓力計(jì)返回地面，用專門配套研制的數(shù)據(jù)回放儀與壓力計(jì)連接，通過軟件和硬件接口通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收、回放和處理，使用很不方便，影響生產(chǎn)。
因此，為克服存儲(chǔ)式電子壓力計(jì)的上述缺點(diǎn)，提高油田生產(chǎn)效率，提升電子壓力計(jì)在油田測(cè)井領(lǐng)域的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，必須研制在井下高溫、高壓、遠(yuǎn)距離條件下，實(shí)現(xiàn)壓力、溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)可靠采集、傳輸、分析的壓力計(jì)——直讀式電子壓力計(jì)。
二、直讀式電子壓力計(jì)技術(shù)需求分析
（一）功能及主要技術(shù)指標(biāo)要求
直讀式電子壓力計(jì)實(shí)現(xiàn)井下壓力和溫度參數(shù)的測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果通過單芯鎧裝電纜實(shí)時(shí)傳送至地面解碼控制儀，主要技術(shù)指標(biāo)要求如下所示。
a)壓力測(cè)量范圍：（0～30、45、60、80）MPa；壓力測(cè)量誤差：0.04%F.S；
b)溫度測(cè)量范圍：（-20～+150）℃,測(cè)量誤差：±1℃；
c)傳輸距離不小于6000m；通訊誤碼率1.0×10-7。
（二）基本方案及工作原理
直讀式電子壓力計(jì)由井下電子壓力計(jì)和地面解碼控制儀兩部分組成，其中井下電子壓力計(jì)由壓力傳感器、溫度傳感器、信號(hào)放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)系統(tǒng)、編碼電路、數(shù)字通訊接口電路和裝載于單片機(jī)系統(tǒng)中的相關(guān)工作軟件組成，解碼控制儀由解碼電路、通訊接口電路、通用計(jì)算機(jī)(油田配置)和相關(guān)工作軟件組成。
工作過程中，井下電子壓力計(jì)由地面解碼控制儀通過單芯鎧裝電纜提供能源，溫度和壓力傳感器分別將環(huán)境壓力和溫度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，該電信號(hào)經(jīng)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后由單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和處理，然后按一定周期經(jīng)數(shù)字通訊口輸出。井下電子壓力計(jì)和井上解碼控制儀之間通過單芯鎧裝電纜連接，解碼控制儀中通訊接口電路接收井下電子壓力計(jì)輸出的壓力和溫度數(shù)據(jù)，并經(jīng)解碼后輸入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理。
三、數(shù)據(jù)傳輸方案選擇
設(shè)備之間數(shù)據(jù)通訊通常有并行通訊和串行通訊兩種方案，并行通訊的缺點(diǎn)是傳輸距離短，通訊信道所占點(diǎn)號(hào)多，而串行通訊與之相反。根據(jù)井下電子壓力計(jì)與井上解碼控制儀的數(shù)據(jù)傳輸特點(diǎn)，需選擇串行數(shù)據(jù)傳輸方式。
在曼徹斯特編碼中，用電壓跳變的相位不同來區(qū)分邏輯1和邏輯0，即用正的電壓跳變表示邏輯0，用負(fù)的電壓跳變表示邏輯1。
在油田測(cè)井中，井下電子壓力計(jì)在井下采集大量信息，并傳送給地面解碼控制儀；但井下電子壓力計(jì)到地面解碼控制儀這段信道的傳輸距離較長(zhǎng)且環(huán)境惡劣，常用的NRZ碼不適合在這樣的信道里傳輸，而且NRZ碼含有豐富的直流分量，容易引起滾筒的磁化。曼徹斯特編碼方式使得信號(hào)以串行脈沖碼的調(diào)制方式在數(shù)據(jù)線上傳輸，和最常用的NRZ碼相比，消除了NRZ碼的直流成分，具有時(shí)鐘恢復(fù)和更好的抗干擾性能，這使它更適合于從井下到井上的信道傳輸，因而在井下電子壓力計(jì)和地面解碼控制儀之間選用曼徹斯特編碼使數(shù)據(jù)傳輸可靠性更高、傳輸距離更遠(yuǎn)。
四、曼徹斯特碼編碼軟硬件設(shè)計(jì)
每一周期井下電子壓力計(jì)需將采集到的壓力和溫度兩個(gè)參數(shù)分別進(jìn)行曼徹斯特編碼方式輸出，井下電子壓力計(jì)與地面解碼控制儀之間按如下通訊協(xié)議進(jìn)行。
a)壓力與溫度均以字為單位進(jìn)行傳送，先發(fā)送壓力字，后發(fā)送溫度字，一個(gè)壓力字和一個(gè)溫度字的組合稱為一個(gè)消息；
b)每一個(gè)字由20位組成，第1～3位為3個(gè)起始位，第4～19位為16個(gè)數(shù)據(jù)位，第20位為奇偶校驗(yàn)位；
c)壓力字3個(gè)起始位電平為先高后低，溫度字起始位為先低后高，高低電平均各占一位半，壓力字與溫度字校驗(yàn)位均采用奇校驗(yàn)；
d)傳輸?shù)牟ㄌ芈剩?.7292kbps（175μs/位），傳輸一個(gè)消息共耗時(shí)3.5ms。為保證數(shù)據(jù)傳輸可靠性，井下電子壓力計(jì)同一消息在一個(gè)采樣周期內(nèi)重復(fù)發(fā)送兩次，地面解碼控制儀根據(jù)校驗(yàn)位判斷每個(gè)字的正確性。
由單片機(jī)編程輸出兩路I/O控制信號(hào)，經(jīng)過濾波電路、運(yùn)放電路、整型電路后，產(chǎn)生曼徹斯特編碼雙相電平信號(hào)，并經(jīng)單芯鎧裝電纜送至地面解碼控制儀。為滿足曼徹斯特編碼格式及井下電子壓力計(jì)與地面解碼控制儀之間的通訊協(xié)議，井下電子壓力計(jì)軟件采用如下的編程方式輸出波形。
a）壓力字同步頭為262.5μs高電平后跟隨262.5μs低電平，溫度字同步頭為262.5μs低電平后跟隨262.5μs高電平；
b）若數(shù)據(jù)位為邏輯0，則在87.5μs低電平后跟隨87.5μs高電平；
c）若數(shù)據(jù)位為邏輯1，則在87.5μs高電平后跟隨87.5μs低電平；
d）校驗(yàn)位的波形產(chǎn)生方式與數(shù)據(jù)位相同。
五、曼徹斯特碼解碼軟硬件設(shè)計(jì)
地面解碼控制儀需將井下電子壓力計(jì)輸出的曼徹斯特碼進(jìn)行解碼，并按通訊協(xié)議用軟件將接收到的曼徹斯特碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為井下電子壓力計(jì)測(cè)得的壓力和溫度數(shù)據(jù)，即地面解碼控制儀中的解碼過程為井下電子壓力計(jì)編碼過程的逆過程。曼徹斯特碼解碼過程可分為如下三部分：
a)同步字頭檢測(cè)，并辨別其為溫度數(shù)據(jù)還是壓力數(shù)據(jù)。
b)對(duì)曼碼形式的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，從曼徹斯特碼波形中分離出同步時(shí)鐘，并將時(shí)鐘和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理使曼碼數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為非歸零二進(jìn)制數(shù)據(jù)。
c)將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為并行數(shù)據(jù)，并進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，以檢驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。
經(jīng)過幾千米鎧裝電纜傳輸上來的數(shù)據(jù)，幅度衰減到毫伏級(jí)，因此井上需要精密的解碼電路，才能保證數(shù)據(jù)傳輸無誤碼率。井下傳輸上來的數(shù)據(jù)經(jīng)過濾波電路、精密運(yùn)算放大器、雙D觸發(fā)器輸出曼碼波形給單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)的程序轉(zhuǎn)化為井下的壓力與溫度數(shù)字量。
六、試驗(yàn)結(jié)果
直讀式電子壓力計(jì)首臺(tái)產(chǎn)品完成廠內(nèi)試驗(yàn)后，到油田用8000m的鎧裝電纜連接井下電子壓力計(jì)和地面解碼控制儀，將電子壓力計(jì)下放到井下6500m的深度，在溫度高達(dá)150℃、壓力為30～60MPa的油井中測(cè)試壓力和溫度。在三次連續(xù)5個(gè)小時(shí)的測(cè)試過程中，數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確可靠，沒有出現(xiàn)丟點(diǎn)現(xiàn)象，誤碼率為零。
七、結(jié)束語
試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，本文研究結(jié)果解決了直讀式電子壓力計(jì)通訊方案、通訊協(xié)議、單芯遠(yuǎn)距離傳輸、曼徹斯特碼編解碼軟硬件設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)，增強(qiáng)了電子壓力計(jì)在油田測(cè)井領(lǐng)域的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞：線陣CCD光積分時(shí)間外總線自適應(yīng)控制
線陣CCD在圖像傳感和測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用中發(fā)欣極為迅速。為滿足自適應(yīng)測(cè)量的工程化需要，設(shè)計(jì)出了基于線陣CCD的單同軸電纜雙向時(shí)分復(fù)用傳輸外總線。
在數(shù)據(jù)采集測(cè)量系統(tǒng)中，CCD視頻信號(hào)的最大幅度需要調(diào)理到ADC的滿量程。CCD信號(hào)的最大幅值的決定因素有三個(gè)：CCD器件的光電靈敏度、光積分時(shí)間和屯照度。在選定CCD器件后，該值只取決于光積分時(shí)間和光照度。
在不同工作現(xiàn)場(chǎng)和工作現(xiàn)場(chǎng)的不同時(shí)段，光強(qiáng)是經(jīng)常變化的，如果CCD器件的光積分時(shí)間固定，則光照度的變化將導(dǎo)致CCD視頻輸出信號(hào)幅值的變化。而實(shí)際上所希望的是，在光照度變化的情形下，應(yīng)保持視頻輸出信號(hào)最大幅值穩(wěn)定，這可通過光積分時(shí)間的自適應(yīng)控制來實(shí)現(xiàn)。在CCD信號(hào)采用二值化數(shù)據(jù)處理和像元細(xì)分處理過程中，一幀數(shù)據(jù)中被檢測(cè)對(duì)象的量測(cè)信息往往在邊界特征和像元信號(hào)的幅度最值位置，故光積分時(shí)間的改變不影響靜態(tài)被測(cè)量。
1CCD器件驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)介
現(xiàn)以TOSHIBA的TCDl501C為例進(jìn)行介紹，其驅(qū)動(dòng)脈沖波形如圖1所示。
當(dāng)SH信號(hào)為低電平時(shí)，Φ1(包括Φ1O和Φ1E)電極下的勢(shì)阱和存儲(chǔ)柵勢(shì)阱隔離，CCD處于光積分狀態(tài)；當(dāng)SH為高電平時(shí)，SH電極下形成的深勢(shì)阱溝通了存儲(chǔ)柵勢(shì)阱和Φ1電極下的勢(shì)阱，信號(hào)電荷包全部轉(zhuǎn)到移位寄存器，而后在Φ1E，O，B和Φ1E，O，B脈沖的作用下依次移位，最后經(jīng)輸出電路由OS端輸出。
SH的脈沖周期即為光積分時(shí)間。以像元信號(hào)的幅值為被控制量，通過改變SH的脈沖周期使視頻輸出的幅度最值保持在ADC的滿量程，從而實(shí)現(xiàn)光積分時(shí)間的自適應(yīng)控制。
2系統(tǒng)組成
該采集系統(tǒng)包括三大部分：CCD傳感頭、信號(hào)采集板和微型機(jī)。傳感頭和采集板之間采用單同軸電纜作為雙向復(fù)用傳輸總線，其原理框圖如圖2所示。
CCD的各驅(qū)動(dòng)信號(hào)由CPLD產(chǎn)生，視頻輸出經(jīng)過驅(qū)動(dòng)器進(jìn)入同軸電纜。信號(hào)采集板通過ISA口和微機(jī)接口，板上采用FPGA作為電路的邏輯控制器，光積分脈沖由FPGA產(chǎn)生，其周期的調(diào)節(jié)由FPGA的VHDL軟件或微機(jī)采集軟件控制。在接口協(xié)議的調(diào)控下，將CCD視頻信號(hào)和光積分脈沖信號(hào)雙向時(shí)分復(fù)用單同軸電纜作為信號(hào)和控制的傳輸總線。
3總線的電氣接口原理
CCD傳感頭中晶振選定后，Φ1和Φ2的信號(hào)頻率也隨之確定，CCD像元視頻信號(hào)移位輸出時(shí)間也就固定了。例如：TCDl501C共5076個(gè)像元(除5000個(gè)曝光像元外，還有前64個(gè)和后12個(gè)啞元)，晶振頻率為20MHz，CPLD輸出的Φ1和Φ2頻率為2．5MHz，視頻輸出速率為5MHz，所以一幀CCD信號(hào)輸出時(shí)間為5076／5MHz=1．0152ms。如果光積分時(shí)間為2ms，則在剩余近lms的時(shí)間內(nèi)，CCD輸出的是空操作，視頻信號(hào)幅值接近箝位高電平?？偩€原理和控制信號(hào)定時(shí)關(guān)系圖如圖3所示。
系統(tǒng)在上電初始狀態(tài)設(shè)置同軸電纜兩端開關(guān)電平，使光積分通道開通。從定時(shí)關(guān)系中可見，光積分脈沖的下降沿啟動(dòng)ISA板和CCD傳感頭內(nèi)部邏輯計(jì)數(shù)器，同時(shí)使電纜兩端開關(guān)控制信號(hào)由光積分通道切換到CCD信號(hào)通道。因?yàn)镃CD器件首先輸出的是一定數(shù)量的啞元信號(hào)，所選擇的SPDT(單刀雙擲)開關(guān)的開關(guān)切換時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于前面啞元信號(hào)的總輸出時(shí)間，故開關(guān)切換到CCD信號(hào)通道的時(shí)間對(duì)于曝光像元信號(hào)的輸出沒有任何影響。當(dāng)計(jì)數(shù)到5076或5064(不計(jì)后12個(gè)啞元)時(shí)，電纜兩端兩開關(guān)控制信號(hào)再次變換極性，使電纜切換到光積分脈沖信號(hào)通道。其實(shí)，只要在下一個(gè)光積分脈沖到來前的空操作的任何時(shí)刻完成通道切換即可。
原本最顯然且直接的設(shè)計(jì)方案是采用另一條規(guī)范的總線(比如422總線)來專門傳輸由ISA板輸出的光積分控制信號(hào)，而由CCD視頻信號(hào)獨(dú)占同軸電纜，這樣也可滿足工程化的要求；而且422總線的雙絞線在惡劣環(huán)境下的傳輸距離和抗干擾性能也令人可以接受。
不過比較來說，單同軸電纜雙向復(fù)用總線更有優(yōu)越性。
第一，原理更加簡(jiǎn)潔實(shí)用，其接口協(xié)議比422接口協(xié)議還簡(jiǎn)單；
