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  • 基于ARM7的心电采集与远程传输系统设计

    基于ARM7的心电采集与远程传输系统设计

    引言   心脏病是严重威胁人类健康和生命的主要疾病之一。统计显示约60%的心脏病人死于家中,这些病人如果能够及时获得抢救、护理,是完全可能避免死亡的。由于心脏病发作带有很大的偶然性和突发性,将心电监护从病床、医院扩展到社区、家庭实施远程监护,无论是从减轻患者的经济负担,还是从增强医院服务能力的角度考虑都具有重要的现实意义。   2 心电监护终端的硬件设计   从体积小、功耗低、操作简便的角度设计心电监护终端硬件电路。图1为整个监护终端的硬件框图,主要由调理电路、心电数据采集模块、ARM7微处理器模块、网口模块、电源模块5部分组成。该监护终端完成心电信号的采集和预处理,并通过网口实时发送至监护中心服务器,从而实现远程实时监护。         2.1 信号调理电路设计   人体心电信号是一种低频微弱电信号,其幅值约10μV~5 mV,频率范围为0.05~100 Hz。需要放大上千倍(即达到V量级)才便于观察以及A/D转换,具体增益还需结合A/D转换模块的测量范同确定。通过心电导联线获取的心电信号首先经仪表放大器AD620进行差分放大,由于体表液体与电极之间可能形成原电池,致使电极之间存在固定电位差,因此第1级的差分放大增益不能太高,否则容易饱和.所以第1级增益选为20;为了使信号满足A/D转换要求,需将信号放大至V量级,因此设置次级放大增益为30,这里采用普通的四运放LM324。由于心电信号中常混有直流和基线漂移干扰,因此应在第1级和次级放大电路之间加高通滤波器,可有效避免心电信号的基线漂移,相应的高频干扰信号可通过放大器输入端电路和一个截止频率为100 Hz的二阶低通滤波器予以滤除。此外,通过陷波器滤除50 Hz工频干扰。经上述信号处理后,心电信号接入微处理器LPC2210的P0.27引脚(AIN0)由其内部A/D转换模块完成A/D转换。根据采样定理,采样频率应保证高于其2倍,因此在A/D转换中将采样频率设置为500 Hz。图2为信号调理电路。      

    时间:2020-09-09 关键词: arm7 远程传输 心电采集

  • 对抗疫情前线 5G远程传输技术成为后方“智囊”

    对抗疫情前线 5G远程传输技术成为后方“智囊”

    2月3日,记者在武汉协和医院西院区,展开了一场特殊的采访。5G远程传输技术实现了前线“战场”与后方“智囊”的无缝衔接。前线战士们将从5G技术中获得哪些优势?记者从“战场”将这一问题“抛”给了大屏幕另一端的后方“智囊”。 在武汉协和医院西院区综合楼,位于5层的一间会议室引起了记者注意,屋里除了一般会议室的必备之物外,最显眼的莫过于悬挂于墙面的一台高清平板电视,电视的上方有两个摄像头。这里便是医院的5G远程会议室。5G技术的使用,成为北京医疗队的又一件“神兵利器”。 武汉协和医院西院区信息中心工作人员程刚现场向记者演示了5G远程传输的应用。随着他的操作,大屏幕菜单上出现了多家医院的名称,紧接着画面一转,北京朝阳医院远程医学中心会议室的画面实时出现在大屏幕上。 切换的时间刚刚好,屏幕另一端的会议室里正在准备召开一场学术会议。隔着屏幕,记者同北京朝阳医院的医护人员相互进行了自我介绍,记者注意到,北京、武汉两地的信号传输几乎感觉不到延迟。 “现在是最需要团队合作的时候。”大屏幕的另一端,北京朝阳医院心内科专家钟光珍说,北京援鄂医疗队就是一支先锋军,除了敢打敢拼,对抗新型冠状病毒,同时需要群策群力。5G技术的及时利用,给远程会诊、团队合作创造了有利条件。“根据目前的发现,新型冠状病毒可能会引起多种并发症,援鄂前线的医护人员多是急诊、呼吸科的专家,当患者出现其他脏器衰竭或需要心理疏导的时候,后方便可以远程快速提供支援。” “北京医疗队抵达武汉以来,协助医院开设新病区,指导大批本地医护人员,我们非常感谢。”武汉协和医院西院区副院长郜勇表示,5G技术的利用,对于北京武汉两地携手抗击病毒有着深远的意义。“北京医疗队的每位专家背后还有一支技术实力雄厚的医疗团队。通过5G技术,我们把千里以外的‘智囊’汇聚到了一起,共同会诊,共同研究如何降低感染率、如何救治疑难病例。” 郜勇告诉记者,目前,武汉协和医院西院区已经与北京朝阳医院、北京友谊医院成功对接,除此之外,武汉当地的各家医院也可以通过5G技术进行互联,“这相当于集合了全国的精兵强将,共同对抗新型冠状病毒。对于我们的‘抗疫战士们’来说,这不仅是技术的支持,也是信心的支持。”

    时间:2020-05-07 关键词: 5G 远程传输

  • 浅谈如何认识未来城市需要智慧灯杆网关

    浅谈如何认识未来城市需要智慧灯杆网关

    智慧城市要求充分运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息,从而对于包括民生、城市服务、工商业活动在内的各种需求做出智能的响应。智慧城市重点建设项目之一的城市照明设施建设是非常重要的,作为基础设施,路灯杆是照明工程的依托。 系统目标.jpg 随着物联网技术的发展,依靠路灯杆的广泛覆盖率,搭载计讯智慧灯杆网关可以实现城市环境监测、LED信息发布系统、充电桩、视频监控等功能。路灯作为城市中覆盖面最广的基础设施之一,同时作为智慧城市的“触角”,在物联网发展的浪潮下也迎来了全方位升级。 智慧灯杆网关.jpg 如今全球范围内的智慧城市布局,可谓科技赋能,群雄逐鹿。今年3月份,广州首批智慧路灯项目投产,这些路灯简约大气,能够集成众多新功能,可谓“一灯多用”。 随着5G商用牌照的发放,国家公布了首批5G试点城市,未来越来越多的智慧路灯将作为5G网络的重要载体出现。对于全国首批18个5G网络试点城市来说,将来5G微基站需求量会剧增,借助计讯智慧路灯网关的远程传输和控制功能不仅能够满足供电、通信、载体等需求,还可以对数据进行处理,及时响应,真正做到数据的城市化智能管理。 智慧路灯网关2.jpg 在将来,越来越多的物联网设备入网,这就需要对数据进行及时的处理,传统的云计算在海量的数据面前不免有些弊端,此时,基于路灯杆所搭载的智慧路灯网关也将发挥更大的作用,可以对数据在边缘端进行处理,降低传输的带宽、加快反应速率。 计讯智慧路灯网关具有速度快、功能强、可实现单灯控制、支持边缘计算的特点。有效管理城市智慧路灯杆,助理智慧城市建设,有效接入各类设备完整智能化控制,助力智慧城市的建设。

    时间:2020-04-29 关键词: 智慧灯杆 智能网关 远程传输

  • VGA信号分配及远程传输系统

    摘要:介绍了基于电压跟随的视频VGA信号分配的原理以及实际电路的设计,以实现视频信号本地的多路显示。视频信号在实现远程传输时,需对视频信号进行放大,增大信号的驱动能力。为此,介绍了基于EL4543差分放大的视频信号远程传输发送端电路及其工作原理;在远程接收端,通过EL9111差分接收和EL9115的模拟补偿,恢复视频信号。采用本设计的视频传输距离可达200 m左右。 关键词:视频信号分配;远程传输;EL4543;EL9111;EL9115     VGA分配器将来自一个信号源的视频信号分配成两个或多个信号。高分辨率视频分配放大器的一个常见应用就是,在接收来自一个计算机视频端口的信号后将其放大,并在保持原有信号质量的情况下将其分配到两个或多个高分辨率数据显示设备。分配放大器同时提供信号的峰值和电平调整和均衡等放大和增强功能。分配放大器上的每路输出都经过缓冲处理,所以在信号分配时仍可保持原始信号的清晰度和强度,完全达到桌面效果。分配器可以做成1分2,1分4等。VGA双绞线传输具有长距离驱动能力,可将电脑主机输出的RGBHV形式的信号,通过非屏蔽五类及五类以上双绞线(CAT5/5E/6)平衡传输,高保真地传输30.0 m,传输后的视频效果没有重影、没有拖尾、画面清澈如初,线材好时可达500 m,可广泛应用在液晶、等离子平板多媒体广告工程中。 1 系统组成     本系统设计包括两部分,一部分是视频信号的本地分配,实现1分2、1分4等;另一部分是视频信号的远程传输系统,远程传输系统又包括本地发送端和远程接收端。系统组成框图如图1所示。   2 VGA信号分配     VGA信号分配是指在本地分配,即一路VGA信号带2个、4个显示器。VGA信号分配包括两部分,一是视频信号R,G,B的分配;二是同步信号HSYNC,VSYNC的分配。 2.1 同步HSYNC,VSYNC信号的分路     水平、垂直同步信号HSYNC,VSYNC经过74HC04高速反相器后,输出波形得到整形,提高带负载的能力后,分别接至输出分路器1、2路的水平、垂直同步信号线上,实现VGA水平、垂直同步信号的1分2功能。同步信号分路如图2所示。 2.2 视频信号R、G、B的分配     视频信号R,G,B分路如图3所示。C101和R107构成高通网络,下限截止频率为1/(2πRC),如果C101选33 nF,R107选150 Ω,则下限截止频率fL=1/(2πRC)=1/(2π×150×33×10-9)=3 215 Hz,改变电阻R107和电容C101的值,就可以改变下限频率。Q100,Q101,Q102为高频三极管,截止频率应大于视频信号的最高频率。频率信号经电容C101耦合至Q100的基极,Q100饱和导通,导通时Q100的VCES约为0.3 V,流过R102电阻的电流为ic,流过电阻R101的电流为ie。因为ic≈ie,则Q100集电极的电压为。如果,VCC设置为5V,则VC=1.76V。Q101,Q102构成两级射极跟随器,VGA OUT1 RED,VGA OUT2 RED分别接至输出分路器1,2路VGA的红色信号输入端,驱动VGA红色信号,输出电压为VCC-VCES=(5-0.3)V=4.7 V,提高了系统的带负载能力。VGA信号的蓝色信号、绿色信号分路原理与红色信号一致,从而实现了VGA信号的1分2功能。 3 VGA信号远程传输系统     VGA信号远程传输系统包括两组发送端和接收端。发送端将信号差分放大后,接入RJ-45网口,通过CAT-5双绞线传输至远程端。远程接收端从RJ-45口将信号接收下来,处理后还原成清晰的视频信号接入本地VGA接口。 3.1 VGA发送端     VGA信号远程传输中,由于传输导线的阻抗会引起信号的衰减,传输的距离越长衰减越大,从而造成信号不能正确读取。因此,VGA信号在远程传输的发送端需要将信号差分放大,以提高信号的传输能力。本系统发送端选用EL4543为差分放大器件。EL4543是Intersil公司生产的带同步编码的三路差分双绞线驱动器。EL4543是高带宽(350 MHz)的三路差动放大器,可对视频同步信号进行完整的编码,它的输入适合处理单端或差分形式的高速视频或其他通信信号。高带宽是标准双绞线或同轴电缆线上的差分信号,有非常低的谐波失真,同时,内部反馈保证输出有稳定的增益和相位,以减少辐射的电磁干扰和谐波。嵌入逻辑将标准的视频水平和垂直同步信号编码到双绞线的共模信号上,带同步信息的VGA输入RGB信号后与EL4543输入端上的75 Ω的终端电阻相连,单端的RGB信号被转换为差模信号,HSYNC和VSYNC在三个差动信号各自的共模信号上进行编码。EL4543的50 Ω终端输出驱动差分R,G,B,同步信号编码在CAT-5双绞线电缆的共模中。不带信号频率均衡的系统,可在200英尺的CAT-5双绞线上很好的传输。对于更长的电缆,在接收端用频率和增益均衡技术(EL9111)和延迟线技术(EL9115)来补偿信号的衰减,从而调整接收端的信号的相位不匹配。发送端EL4543驱动如图4所示。 3.2 VGA信号接收端     EL9111是三通道差分接收器和均衡器,含有三个高速差分接收器,具有5个可编程的电极。EL9111带宽为150 MHz,均衡长度由一个单独引脚上的电压设定。EL9111有两个逻辑输入引脚(ENBL)和开关增益(X2)。逻辑电路的逻辑基准管脚(VREF)的电势之上都有1.1V的额定门限。在多数应用中,芯片工作在+5 V,0 V,-5 V的供电系统中,逻辑值在0~+5 V之间。EL9111的特点是共模译码,可对水平和垂直方向上的信息进行译码,该信息由EL4543的三个差分输入端译码,因此仅用三对电缆,就可完整地传输RGB视频信号和相关的同步信息,如图5所示。     EL9115是三路模拟延迟线,可对三个信号提供斜率补偿。EL9115对由典型的CAT-5电缆(每对电线有不同的电长度)引入的斜率,可提供非常好的补偿。EL9115总延迟为62 ns,可在每个通道上设置2 ns的步长。EL9115延迟时间由延迟寄存器内8 b数据决定,延迟寄存器的数据格式为:0abVWXYZ。当ab=01时,表示红色寄存器,当ab=10时,表示绿色寄存器当ab=11时,表示蓝色寄存器。延迟寄存器的数据乘以步长即为延迟的总时间。如表1所示。     延迟寄存器数据由外部AVR单片机程序设置(图5中未画出),NSEnable,SCLOCK,SDATA三个引脚和单片机的三个引脚构成串行总线通信,通信时序如图6所示。     通信的模拟程序如下:          4 结语     当频率较高或有较大负载时,内部功耗引发芯片温度升高,EL4543的驱动能力将受到限制。EL4543的模片最高为125℃,因此设计线路板时应做好芯片的散热工作。同时,传输视频信号时,PCB上要有一个“健康”的接地平面,接地端必须靠近输入端,以使输入电容最小;而接地平面应尽量远离信号输入端,以防止负载和电源电流流入输入接点。采用此系统设计要做好相关的电磁干扰(EMI),才能实现设计的功能。  

    时间:2011-02-21 关键词: 系统 vga 信号分配 远程传输

  • CAN总线远程传输可靠性的设计方法和实现

    O 引言    现场总线能同时满足过程控制和制造业自动化的需求,成为工业数据总线领域最为活跃的技术之一。CAN(Controller Area Network,即控制器局域网)现场总线以其多主方式,报文自动过滤重发、极低的误码率和高通讯速率等特点,在各种低成本、高抗干扰的多机远程监控系统中得到广泛应用。    CAN总线属于总线式带同步位的串行通信网络,由于采用了许多新技术以及独特的设计,与一般的通信总线相比,CAN总线在远距离数据通信上具有突出的可靠性、实时性和灵活性。CAN的直接通信距离最远可达lOkm(通信速率5Kbps以下),通信速率最高可达lMbps(通信距离最长40m)。但在实际的远程传输过程中,通信数据受许多因素的影响,致使传输的波形失真,达不到预期的效果。本文针对CAN总线远程传输的可靠性进行了设计与分析。1 远程CAN总线传输可靠性的主要影响因素    (1)工作环境电磁干扰的影响。    (2)传输介质分布电容和电阻的影响。    (3)远近端阻抗不匹配的影响。    (4)接收同步位端的相位变化和幅值变化的影响。    (5)传送波特率位时钟设计的影响。    (6)没有发送和接收帧的节点之问高阻状态性的漏电对CAN总线的影响。    (7)对总线短路和断路监测处理的影响。2 远程CAN总线传输可靠性的设计方法    系统运行在复杂的电磁空问里,有外界的各种电磁场变化,也有系统内部各个元器件之间的电磁干扰。尤其工作现场的电磁场环境是最容易干扰系统的可靠性。因此系统数据传输过程采用屏蔽双绞线,它综合了屏蔽线和双绞线两者的优点,是较理想的信号传输线,即可以抑制静电干扰,也可以抑制电磁感应干扰,从而提高系统的可靠性。    元器件是构成系统的基础,选择集成化程度高,抗干扰能力强,功耗又小的电子元器件尤为重要。选择合适的MCU是CAN总线控制系统设计成功的关键。在综合比较了当前业界流行的几款MCU最终选择了Silicon Laboratories公司的C8051F040这款8位单片机作为CAN总线控制系统的控制核心。    C8051F040(以下简称F040)单片机是完全集成的混合信号系统级芯片,具有与MCS一5l完全兼容的指令内核。由于采用了流水线处理技术,大大提高了指令执行效率。F040还采用了Flash ROM技术,集成了JTAG,实现了真正的在线编程和片上调试。它比SJAl000等片外CAN总线控制器具有更好的可靠性和集成度高的特点。F040的CAN控制器完全硬件化,解决了CPU与CAN,总线控制器之间的竞争矛盾。    在主机CAN节点中,如图1所示,选择Silicon Laboratories公司的USB转UART桥接芯片CP2101,内部自带512B收发缓冲器,进一步从芯片本身上解决了数据冲突的问题。它还有300bps至921.6Kbps的波特率变化范围,满足高速通讯要求,外围电路十分简单;另外,CP2101还集成了5V转3V电压调节器,可以由USB总线来对整个主机节点供电,这样整个电路就只需一根USB连线即可实现与PC机通讯,无需额外电源,即插即用,十分方便。    图1主机CAN节点的硬件连接图(参见下页)ADuMl20l是ADI公司生产的隔离器,采用平面磁场专利隔离技术,取消了光电耦合器中的光电转换过程。因此ADuMl201具有优于光电隔离器的优点:速度更高(最高速率达到25 Mbps)、功耗更低(最小工作电流为0.8mA)、性能更高、体积更小、价格更便宜、应用更灵活(多通道数字隔离器能在同一芯片内提供发送和接收通道)。选择ADuMl201用来实现CAN控制器和CAN驱动器之问的电气隔离,增强系统的稳定性,提高了系统的抗干扰能力。    为了进一步提高系统的远程通讯可靠性,选择TI公司生产的芯片SN65HVD251作为CAN总线收发器。SN65HVD251能以高达1Mbps的速度提供到总线的差动传输功能,以及到CAN控制器的差动接收功能。具有差分收发能力、高抗电磁干扰、超小封装、低功耗性能。与F040配合使用,可使外围电路更加简洁,如图2所示。CAN收发器SN65HVD251在CANH和CANL输出引脚间并联一个电阻,作为CAN总线的终端电阻,在本节点作CAN总线终端节点时,闭合跳线片JPl,使终端电阻工作。终端电阻值R6等于传输电缆的特性阻抗,一般取值120Ω在文献中有详细的讨论,解决了远近端阻抗不匹配的影响。SN65HVD25l的Rs引脚为斜率电阻输入引脚,可以改变收发器工作的方式。在CANH和CANL上各自串联电阻R2、R3限流,再通过一组上下拉电阻R4、R5,有效抑制反射波干扰,保持总线处于高阻态时,接收端收到的始终是“l”电平,这样拉高信号的幅度,减少误码率。另外在CANH年NCANL之间并联一对方向相反的瞬态二极管Dl、D2,可防雷击,以及防止其他总线上的瞬变干扰。3 整体系统设计    依据以上器件组建一个可靠的CAN总线远程控制系统网络平台。本系统由一个主机CAN节点通过USB接口与上位PC机相连,主节点采用总线方式与下面各个功能节点连接,如图3所示,其中主机CAN节点主要用来发送远程控制广播命令,收集所有节点传来的数据,并上传给上位机软件进行识别分类和统计,它实现了总线侦听、网络监控和上位机接口功能。而底层节点则控制系统中的底层设备,发送包含节点信息的8字节数据CAN总线报文,并侦听主机节点的网络广播指令,调整节点功能。    图3 CAN总线控制系统多机测试平台4 实验分析4.1 不同公里数通讯结果分析    将系统总线与模拟的1公里一5公里远程网络相连。为了更好分析CAN总线可靠性,使示波器更好的观察报文波形。将示波器CHl两端与距主节点0公里处相连,CH2两端与距主节点5公里处相连,如图4所示。这样,可以观察到相对主机CAN节点5公里通讯的近端(CHl)和远端(CH2)的通讯报文波形。CHl测试出来的波形位于上端,CH2测试的波形位于下端。CHl端标识为1的一段波形是主节点发出的报文,2是位于CH2端底层节点接收到的报文,4是底层节点发出的数据报文,3是主机CAN节点接收到的数据,称1和2、3和4为一组报文。每帧数据的最后一位是应答位。每两帧报文之间有时间间隙,其中一段是主机CAN节点和上位PC机处理数据的时间,另外一段是底层测量节点处理数据的时间。    经过观察,近端发送的1报文经过5公里距离到远端接收到的2报文的幅值发生了衰减;同样近端收到的3报文也在远端4报文的幅值基础上发生衰减。分别测试1公里到4公里通讯的波形图,可以发现通讯距离越长,幅值衰减得越多。    在其他条件不变的情况下,分别对1公里一5公里做实验,发现远程通讯距离的变化会对报文传输速率有影响但很小,将得出的数据制表如表1。由表1可见,1公里处传输速率最大,每秒传输13.2972I帧,即0.0752秒传输一帧数据,所谓一帧实际一次发送,一次接收,对于CAN总线实际是2帧。随着传输距离的增大,传输速率稍有减小的趋势,说明远程传输有一定的网络时延, 但是在低波特率下影响不大。4.2 相同公里数不同测试点通讯结果    接下来以通讯5公里距离为例,观察将CHl两端连接到0公里处的测试点,CH2两端连接到1公里、2公里、3公里、4公里、5公里处的测试点,可以看到报文波形幅值发生了相应的变化。经过1公里的衰减,同一组报文幅值降低了约O.2V;2公里距离的通讯会造成同一组报文幅值上发生约0.4V的变化;同理3公里、4公里、5公里传输同一组报文分别发生了0.6V、0.8V和lV的幅值衰减。因此可以得出结论:同一组报文每经过l公里距离通讯,报文信号的幅值即发生0.2V的衰减。4.3 CAN收发器SN65FIVD251工作电压的影响    在实验的过程中,观察到SN65HVD251工作电压VCC端的大小对于传输距离的影响很大,经过大量的实验,得出1-5公里距离成功通讯的VCC临界电压值(精确到O.1V),所谓临界电压值是在确定距离内能正常传送数据的最小值。如表2所示。从表中可以得出,保证l公里成功通讯的前提是VCC端电压大于等于3.6V。VCC端电压越高,可以通讯的距离越远,在1-5公里实验中,每增加1公里,VCC端电压相应提高了约0.3V。最高VCC不能高过SN65HVD251的最高工作电压7V。    远程通讯距离对于报文信号的幅值有比较大的影响,每公里约衰减O.2V;同时CAN收发器SN65HVD251的输入电压对于远程通讯距离有一定的影响,确保在电压正常范围内的高电压输入可以提高系统的远程通讯距离。电源电压每提高0.3V可延长1公里,而增加1公里损耗0.2V,余下的0.1V由驱动芯片内部所消耗了。5 CAN总线远程控制网络的性能总结    CAN总线传输距离在驱动芯片工作电压和传送波特率确定之后,主要决定如下二个因素:(1) 发送端的应答位的隐性电压和接收端把隐形变成显性电平以后又传送到发送端时的电平差值;(2)发送端发的应答位到接收端被确认后又发回到发送端时该位相位变化。前者电平差值为0.6V,后者不能滞后每位的时间的一半。0.6V电平差比RS485、RS422识别“l”和“0”差值100mv要大很多。这也就是说同样传送条件下,RS485比CAN总线传送距离远。同样RS485、RS422因阈值过小,易受干扰。另外CAN总线其他性能优于RS485和RS422,如CRC硬化,可以多主通讯机构,以及多层已硬化的上层协议等。RS485的误码率10—7,CAN总线误码率可达2×10一ll。因此要提高远程传送可靠性可以采取如下方法:    (1)增加驱动芯片的工作电压。    (2)降低发送的波特率,减少相位滞后的影响。    (3)使用更粗双绞线,减小通讯导线电阻,从而减少传送损耗。    (4)用两个驱动芯片并联驱动,减少驱动芯片的内阻,提高驱动电流,即减少0.1V内部损耗。    (5)选用分布电容较小的双绞线,降低分布电容对同步位相位的影响。    总体来说, 本文设计的CAN总线控制系统无论从可靠性,还是从其他性能指标上来分析,都达到了很好的效果。并且在拉西瓦水电站边坡监测系统中承担数据采集通讯的任务。

    时间:2009-05-13 关键词: 可靠性 can 总线 远程传输

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