專利名稱：基于無線網(wǎng)絡(luò)微弱信號的監(jiān)、控處理器及處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線網(wǎng)絡(luò)遠程監(jiān)、控及處理技術(shù)。特別是一種可與無線路由器(無線收 發(fā)設(shè)備)配套用于從強噪聲中提取有用信號的監(jiān)、控處理器及其處理方法。該處理器可用 于將水文數(shù)據(jù)、工情數(shù)據(jù)、重要通知、警報信息等類數(shù)據(jù)信號自動從隨機的強噪聲中提取 出并發(fā)送到控制平臺終端等裝置(設(shè)備)，以備后續(xù)處理用。
背景技術(shù)：
在通過無線網(wǎng)絡(luò)對諸如水文數(shù)據(jù)、工情數(shù)據(jù)、重要通知、警報信息等信息進行遠程 采集、監(jiān)控，以及在智能抄表系統(tǒng)、運鈔車的集中監(jiān)視、汽車車隊的集中監(jiān)控等方面，由 于環(huán)境中存在大量的噪聲干擾，有用的信號往往會被這些無用雜散的隨機信號(噪聲)所 淹沒。如何從強噪聲中將有用的信號重現(xiàn)， 一直是個難題。而傳統(tǒng)消除信號中的噪聲污染 的方法是讓受污染的信號通過一個能抑制噪聲而讓有用的信號相對不變的濾波器，此類濾 波器是由電感和電容電路及芯片等組成的低通有源濾波器，它從信號很弱或信號不可檢測 的噪聲場中取得輸入，并將此輸入加以過濾，允許有用信號的電流通過，對頻率較高的干 擾信號則有較大的衰減，以抵消其中的原始噪聲，從而達到提取有用信號的目的。由于干 擾信號有差模和共模兩種，因此要求濾波器要對這兩種干擾信號都具有衰減作用；而有源 濾波器價格高，容量小，對微弱信號檢測、處理的性能主要受制于芯片技術(shù)的發(fā)展，最終 檢測的速度和精度幾乎完全被硬件水平控制。此外，此類濾波器只能過濾一定頻率(頻率 相對固定)的干擾信號，因此對噪聲場中產(chǎn)生的雜散隨機信號的衰減(濾除)功能極差。 因而，上述背景技術(shù)存在有源濾波器價格高，容量小，對微弱有用信號的檢測、重現(xiàn)及對 雜散隨機信號衰減、濾除功能差，適用范圍窄，對芯片等硬件水平的依賴程度大，使用成 本高，難以實現(xiàn)移動辦公和野外辦公等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對背景技術(shù)存在的缺陷及諸多領(lǐng)域?qū)o線遠程信息采集、監(jiān)控技 術(shù)的要求，研究開發(fā)一種基于無線網(wǎng)絡(luò)微弱信號的監(jiān)、控處理器及處理方法，以將有用的 信號從眾多雜散的強噪聲信號中提取出，達到提高無線網(wǎng)絡(luò)對微弱信號的監(jiān)、控處理能力 和效率，擴大適用范圍，并可借助GSM (短消息服務(wù))網(wǎng)絡(luò)進行移動辦公和野外辦公， 以及降低對硬件的依賴度和應(yīng)用成本等目的。
本發(fā)明的解決方案是針對噪聲信號頻帶很寬且無規(guī)律、隨機性強；而有用的信號頻帶 固定，并有較好的周期性和規(guī)律性、重復(fù)性好的特點。通過對頻帶寬且無規(guī)律、隨機性強的噪聲信號的濾除及對有較好周期性和規(guī)律性的有用信號進行放大，從而實現(xiàn)其發(fā)明目 的。因此，本發(fā)明處理器包括信號過濾及處理芯片(中心處理器)，關(guān)鍵在于該處理器還 包含通信模塊(信號輸入、輸出模塊)，程序讀寫端口模塊，并行通信模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換模 塊，恒流源模塊，變壓電路，信號過濾及高電壓保護電路，信號放大模塊，電流信號調(diào)節(jié) 電路，存儲器，鍵盤輸入電路；而處理芯片為CPU中心處理器；中心處理器CPU與模數(shù)轉(zhuǎn)換 模塊、恒流源模塊、存儲器、程序讀寫端口模塊、并行通信模塊、鍵盤電路模塊通過通信 控制總線連接，電流信號調(diào)節(jié)電路通過數(shù)據(jù)線與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接，通信模塊與模數(shù)轉(zhuǎn)換 模塊、通信模塊與并行通信模塊均分別通過數(shù)椐總線連接，變壓電路則通過電源線與恒流 源模塊連接，而恒流源模塊、信號過濾及高電壓保護電路、信號放大模塊及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 依次通過導(dǎo)線連接。
本發(fā)明處理器的處理方法當微弱信號和開關(guān)量信號經(jīng)無線路由器(無線收發(fā)設(shè)備) 輸入通信模塊101后，分成兩路， 一路微弱信號經(jīng)107送入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊108，另一路開關(guān) 量信號經(jīng)104送入并行通信模塊103，經(jīng)處理后由105并行輸入到中心處理器CPU; CPU經(jīng)114 對恒流源模塊109進行控制，恒流源模塊109將產(chǎn)生的恒流信號由112輸入到信號過濾及高 電壓保護電路113，過濾電路對信號中的噪聲進行閥值過濾，過濾后的有用(電流)信號 經(jīng)116輸入到信號放大模塊115;電流信號被放大后經(jīng)117輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊108,另一方 面電流信號調(diào)節(jié)電路118將產(chǎn)生的一個可調(diào)電流信號由120輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊108，模數(shù) 轉(zhuǎn)換模塊108將兩路信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后， 一并經(jīng)121輸入到中心處理器CPU對數(shù)字信號 進行小波變換處理，并根據(jù)信號系數(shù)和噪聲系數(shù)在不同尺度上具有不同性質(zhì)的機理，在小 波域?qū)性肼曅盘柕南禂?shù)進行處理，以降低甚至完全消除噪聲，最終得到最優(yōu)的有用信 號，并將該有用信號作為反饋信號由126送入并行通信模塊103并經(jīng)通信模塊101反饋到無 線路由器、發(fā)送到控制平臺終端等裝置，以備后續(xù)處理用；同時，中心處理器CPU將處理 后的數(shù)據(jù)經(jīng)123存入存儲器122; CPU的工作狀態(tài)通過鍵盤電路模塊124經(jīng)由125控制總線控 制，其程序的讀寫經(jīng)106通過程序讀寫端口模塊102來實現(xiàn)。
本發(fā)明處理器采用過濾電路首先對信號中的噪聲進行閥值過濾，然后通過中心處理器 CPU對數(shù)字信號進行小波變換處理，根據(jù)信號系數(shù)和噪聲系數(shù)在不同尺度上具有不同性質(zhì) 的機理，在小波域?qū)性肼曅盘柕南禂?shù)進行處理，以降低甚至完全消除噪聲，最終得到 最優(yōu)的有用信號；因而本發(fā)明具有可有效地將有用的信號從眾多雜散的強噪聲信號中提取 出且不受強噪聲頻率的限制，并自動發(fā)送到控制平臺終端等裝置，實現(xiàn)點到點及一對多的 的通信；該處理器可充分利用現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)資源，廣泛應(yīng)用于信息采集系統(tǒng)、智能抄表 系統(tǒng)、運鈔車的集中監(jiān)視、汽車車隊的集中監(jiān)控方面，以及可為移動辦公和野外辦公提供 一種方便、可靠的手段等特點。


圖l為本明處理器電路結(jié)構(gòu)示意圖(方框圖)； 圖2為本明具體實施方式
處理器實際電路結(jié)構(gòu)及裝配示意圖3為本明處理器實際應(yīng)用中與GSM網(wǎng)絡(luò)、控制平臺終端及用戶等關(guān)系示意圖(方框圖)。
圖中CPU.中心處理器，101.通信模塊，102.程序讀寫端口模塊，103.并行通信模 塊，108.模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，109.恒流源模塊，IIO.變壓電路，113.信號過濾及高電壓保護電 路，115.信號放大模塊，118.電流信號調(diào)節(jié)電路，122.存儲器，124.鍵盤輸入電路；104、 105、 106、 107、 111、 112、 114、 116、 117、 119、 120、 121、 123、 125、 126:連接線。
具體實施例方式
圖2為本實施方式實際電路結(jié)構(gòu)及裝配圖，其中中心處理器CPU型號為MSP430F147， 通信模塊101型號為HEADER6 ，程序讀寫端口模塊102型號由809復(fù)位芯片(德州儀器公司 生產(chǎn))和服ADER14組成，并行通信模塊103型號為MAX3471，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊108由型號為 ADS1240的芯片和提供時鐘信號的由電容C16， C17與XTAL1元件組成的晶振電路組成，恒流 源模塊109型號為AD421，變壓電路110包括發(fā)光二極管和兩個三極管組成的常規(guī)變壓電路， 信號過濾及高電壓保護電路113由電容C19， C20， C21， C27組成的濾波電路和限壓二極管 385-2. 5V (D3)組成，信號放大模塊115型號為TLV2252，電流信號調(diào)節(jié)電路118由電阻R8， R9， R11和可變電阻R10按橋式并聯(lián)組成，存儲器122型號為CAT24WC256，鍵盤輸入電路124 采用三個四觸點按鍵。
本實施方式的處理方法為變壓電路110為整個處理器提供工作電壓VCC;工作時無線 路由器將微弱信號和開關(guān)量信號輸入通信模塊IOI，開關(guān)量信號由該模塊A， B腳輸入并行 通信模塊103，然后由并行通信模塊的1腳經(jīng)CPU的33腳輸入中心處理器CPU;該CPU控制恒 流源模塊109， CPU輸入的電壓信號經(jīng)恒流源模塊109轉(zhuǎn)換為電流信號，在REFout2腳產(chǎn)生一 個恒定電流421-REF+，恒定電流421-REF+輸入信號過濾及高電壓保護電路113，信號過濾 及高電壓保護電路113將小信號421-REF+中的噪聲去除，并防止電壓過大，燒毀電路，然 后輸入信號放大模塊115，信號放大模塊115將信號放大產(chǎn)生的信號由REF+腳送入模數(shù)轉(zhuǎn)換 模塊108;由通信模塊101輸出的微弱信號S+和S-則經(jīng)1腳、2腳輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊108，經(jīng) 該模塊轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號從DOUT腳串行輸出到中心處理器CPU、處理后，將反饋信號由CPU 的32腳輸出到并行通信模塊103，再經(jīng)通信模塊101發(fā)送到控制平臺終端，以備后續(xù)處理用； 同時將中心處理器CPU處理后的該數(shù)據(jù)存入到存儲器，作為數(shù)據(jù)備份；三個按鍵直接接到 中心處理器CPU上，端口為低電平時表示該鍵按下。附圖3為本實施處理器實際應(yīng)用時與GSM 網(wǎng)絡(luò)、控制平臺終端及用戶等關(guān)系示意圖(方框圖)。
權(quán)利要求
1、一種基于無線網(wǎng)絡(luò)微弱信號的監(jiān)、控處理器，包括信號過濾及處理芯片，其特征在于該處理器還包含通信模塊，程序讀寫端口模塊，并行通信模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，恒流源模塊，變壓電路，信號過濾及高電壓保護電路，信號放大模塊，電流信號調(diào)節(jié)電路，存儲器，鍵盤輸入電路；而處理芯片為CPU中心處理器；中心處理器CPU與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、恒流源模塊、存儲器、程序讀寫端口模塊、并行通信模塊、鍵盤電路模塊通過通信控制總線連接，電流信號調(diào)節(jié)電路通過數(shù)據(jù)線與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接，通信模塊與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、通信模塊與并行通信模塊均分別通過數(shù)椐總線連接，變壓電路則通過電源線與恒流源模塊連接，而恒流源模塊、信號過濾及高電壓保護電路、信號放大模塊及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊依次通過導(dǎo)線連接。
2、按權(quán)利要求l所述基于無線網(wǎng)絡(luò)微弱信號的監(jiān)、控處理器的處理方法，其方法為變壓電路為整個處理器提供工作電壓，當微弱信號和開關(guān)量信號經(jīng)無線路由器輸入通信模 塊后，分成兩路， 一路微弱信號送入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，另一路開關(guān)量信號送入并行通信模塊，經(jīng)處理后并行輸入到中心處理器CPU; CPU對恒流源模塊進行控制，恒流源模塊將產(chǎn)生的恒流信號輸入到信號過濾及高電壓保護電路，過濾電路對信號中的噪聲進行閥值過濾，過濾后的有用信號輸入到信號放大模塊；電流信號被放大后輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，另一方面電 流信號調(diào)節(jié)電路將產(chǎn)生的一個可調(diào)電流信號輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將兩路信 號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后、 一并輸入到中心處理器CPU對數(shù)字信號進行小波變換處理，并根據(jù) 信號系數(shù)和噪聲系數(shù)在不同尺度上具有不同性質(zhì)的機理，在小波域?qū)性肼曅盘柕南禂?shù) 進行處理，最終得到最優(yōu)的有用信號，并將該有用信號作為反饋信號送入并行通信模塊、 再經(jīng)通信模塊反饋到無線路由器、以備后續(xù)處理用；同時，中心處理器CPU將處理后的數(shù) 據(jù)存入存儲器；CPU的工作狀態(tài)通過鍵盤電路模塊由控制總線控制，其程序的讀寫則通過 程序讀寫端口模塊來實現(xiàn)。
全文摘要
該發(fā)明屬于無線網(wǎng)絡(luò)遠程監(jiān)、控及處理技術(shù)中與無線路由器等配套用于從強噪聲中提取有用信號的監(jiān)、控處理器及處理方法。處理器包括CPU，通信模塊，程序讀寫端口模塊，并行通信模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，恒流源模塊，變壓電路，信號過濾及高電壓保護電路，信號放大模塊，電流信號調(diào)節(jié)電路，存儲器，鍵盤輸入電路；其方法包括通信模塊接收信號后，首先對噪聲進行閥值過濾，然后通過CPU在小波域?qū)π盘栠M行小波變換處理，以降低甚至完全消除噪聲。因而具有能有效地將有用信號從眾多雜散的噪聲信號中提取出，并自動發(fā)送到控制平臺終端等裝置，實現(xiàn)點到點及一對多的通信，并可利用現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)為移動辦公等提供一種方便、可靠的手段等特點。
文檔編號G01C13/00GK101442324SQ200810148000
公開日2009年5月27日 申請日期2008年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日
發(fā)明者盧國明, 廖建明, 卓 曾, 李建平, 影 湯, 兵 羅, 郝玉潔, 顧小豐 申請人:電子科技大學