【正文】 15 圖 41 LM324 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 放大電路圖 圖 42 運(yùn)算放大器電路圖 放大器電路如圖 42 所示。 集成運(yùn)算放大器（ LM324） 集成運(yùn)算放大器是實(shí)現(xiàn)高增益放大功能的一種集成器件 [9]，早期主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的功能，目前隨著器件性能的改進(jìn)，它已成為通用的增益器件，應(yīng)用范圍非常廣泛。單級(jí)運(yùn)放難以達(dá)到這么高的放大倍數(shù)，因此采用二級(jí)運(yùn)放進(jìn)行放大，第一級(jí)為前置放大器。 通過(guò)測(cè)試，得到光電探測(cè)器對(duì)的激光脈沖的響應(yīng)幅度典型值約為 5mv，若激光擊中在兩塊或多塊探測(cè)器邊界處，則任何一塊光電探測(cè)器的響應(yīng)幅度會(huì)減少，因此所檢測(cè)的脈沖幅度范圍大約是 3～ 5mv。前置放大器的設(shè)計(jì)要求是低噪聲，高增益，低輸出阻抗，大的動(dòng)態(tài)范圍，和較好的抗噪聲能力。為記錄每一次打靶的結(jié)果，信號(hào)放大與處理電路是打靶系統(tǒng)中不可或缺的。微機(jī)軟件部分，包括數(shù)據(jù)的處理和顯示等有另外一名畢業(yè)設(shè)計(jì)同學(xué)實(shí)現(xiàn)。 其他說(shuō)明 系統(tǒng)分為硬件部分和軟件部分。這樣，打靶的結(jié)果在硬件電路上的實(shí)現(xiàn)便可由 40－ 6 線優(yōu)先編碼器完成。編碼后，每一個(gè)號(hào)碼對(duì)應(yīng)了每一個(gè)探測(cè)器的位置信息，包括環(huán)數(shù)和偏移方向。 激光槍 探測(cè)器 模 塊 放 大 電 路 濾 波 電 路 整 形 電 路 優(yōu) 先 編 碼 電 路 串 行 收 發(fā) 模 塊 電 平 轉(zhuǎn) 換 計(jì)算機(jī) 串口 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 圖 32 靶位劃分與編號(hào) 編碼標(biāo)準(zhǔn) 對(duì) 38 路信號(hào)按以上原則編碼，編碼結(jié)果如表 31。 若信號(hào)擊中兩塊或四塊探測(cè)器的交界，則只取其中一塊為有效，記為有效的探測(cè)器滿足以下條件： （ 1）環(huán)數(shù)高； （ 2）偏離方向?yàn)樾毕颍ɡ纾荷虾陀疑蟽煞较?，選擇右上）。 靶位的劃分 把一個(gè)激光靶劃分為 38 塊探測(cè)器，中心 10 環(huán)為一塊探測(cè)器； 環(huán)分別有 8 塊探測(cè)器； 5環(huán)有 5 塊探測(cè)器。如果激光脈沖擊中光電靶，利用光生伏特效應(yīng)，光電靶上的探測(cè)器把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，因此激光的檢測(cè)就是對(duì)探測(cè)器響應(yīng)電信號(hào)的檢測(cè)。該系統(tǒng)包括半導(dǎo)體激光槍、模塊式探測(cè)器、數(shù)字信號(hào)處理和發(fā)送電路、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理程序等四部分。 主要技術(shù)指標(biāo) （ 1）激光脈寬： 大于 1ms （ 2）激光脈沖響應(yīng)幅度：約 10 mv （ 3）打靶距離： 30 米 （ 4）串行輸出幀格式： 射擊次數(shù) ＋ 所擊中的光電探測(cè)器的編號(hào) 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 3 總體設(shè)計(jì) 激光打靶系統(tǒng)是一種集光、電于一體的系統(tǒng)，其工作原理是激光槍發(fā)出的激光束，打到光電傳感器上，經(jīng)光電傳感器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后由單片機(jī)發(fā)送到計(jì)算機(jī)的串行口，然后在計(jì)算機(jī)上完成 成績(jī)顯示、查詢和保存等功能。 在信號(hào)檢測(cè)方面設(shè)計(jì)單脈沖小信號(hào)的放大電路和信號(hào)整形電路；在信號(hào)編碼方面，要解決多路信號(hào)的編碼問(wèn)題，還要考慮到編碼的優(yōu)先選擇問(wèn)題；在脫靶問(wèn)題的處理方法上，對(duì)打靶和信號(hào)采集傳送進(jìn)行同步化處理（詳見第二章的硬件設(shè)計(jì)部分），把脫靶的情況與中靶的情況歸為一類處理；數(shù)據(jù)傳輸采用 UART 串口通信。 （ 3）采用各種新技術(shù)增加模擬的逼真性，例如用計(jì)算機(jī)來(lái)記錄、控制整個(gè)訓(xùn)練演習(xí)的進(jìn)程，評(píng)定戰(zhàn)士在演習(xí)中的表現(xiàn)等。系列化、組件化的好處是便于使用、更換和維修，同時(shí)價(jià)格也便宜。同時(shí)，通過(guò)與電子技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步提高激光模擬的自動(dòng)化、智能化水平。最初的激光打靶系統(tǒng)只能進(jìn)行瞄準(zhǔn)射擊訓(xùn)練，隨著計(jì)算機(jī)和微處理器技術(shù)的發(fā)展，其用途擴(kuò)大到可進(jìn)行多種武器的模擬訓(xùn)練。根據(jù)光電探測(cè)器的響應(yīng)位置來(lái)判斷激光射 擊擊中的靶位。目前的激光器一般都采用半導(dǎo)體激光器，因?yàn)檫@種激光器的輸出功率低，不會(huì)傷害眼睛，而且效率高、功耗小，不但可以擺脫大而重的電源設(shè)備，激光器本身也可以制作得很小、很輕 。如圖 21 所示，當(dāng)射手瞄準(zhǔn)完畢扣動(dòng)扳機(jī)時(shí)，半導(dǎo)體激光器會(huì)發(fā)出激光脈沖，射向目標(biāo)上的光電探測(cè)器，如果擊中目標(biāo)，則激光脈沖被光電探測(cè)器接收并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)電路 處理能識(shí)別射擊的彈著點(diǎn)，信號(hào)經(jīng)處理編碼后傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。這種方式結(jié)合了 Window 的友好操作界面（很多操作不需要在虛擬系統(tǒng)上操作，在Windows 下就可以直接完成）和 Linux 的 gcc環(huán)境，但執(zhí)行效率比較低。 ③ Windows+Cygwin+allinone 安裝 RedHat 下的 allinone 安裝需要專門安裝操作系統(tǒng)， Cygwin 是一種虛擬平臺(tái)，在 Windows 上虛擬 Linux 環(huán)境，可以為用戶提供一種 Linux 命令行界面，這對(duì)于使用 NS2來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠了。裝完虛擬機(jī)后，在上面安裝一個(gè) Linux 的操作系統(tǒng)，再利用第一種方法安裝 NS2。 Linux 系統(tǒng)提供的 gcc 編譯器也很方便使用，這種方式比較適合于 C++層的功能擴(kuò)展。 NS2 在不同環(huán)境下的安裝 NS2的安裝方式有： Windows 下安裝 NS2，但需要 VC 環(huán)境，而且 要手工安裝每一個(gè)包，比較繁瑣，不常使用； allinone 安裝，也就是 all in one，把所有的包都放到了一起，只要執(zhí)行 install 就可以一步到底，需要 Linux 環(huán)境，這種方式比較常用，主要有 3種方法。 ⑸通信量仿真方面， NS 提供了許多通信應(yīng)用，如 FTP，它產(chǎn)生較大的峰值數(shù)據(jù)傳輸； Tel 則根據(jù)相應(yīng)文件隨機(jī)選取傳輸數(shù)據(jù)的大小。 NS 支持： Droptail(FIFO)隊(duì)列、RED 緩沖管、 CBO（包括優(yōu)先權(quán)和 Roundrobin 調(diào)度）。 NS 中有三種單播路由策略：靜態(tài)、會(huì)話、動(dòng)態(tài)。此外，還提供有 UDP 代理及接收代理 Null（負(fù)責(zé)通信量 接收）、 Loss Monitor（通信量接收并維護(hù)一些接收數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)）。如 NS 的 TCP代理，發(fā)送代理有： TCP， TCP/Reno， TCP/Vegas， TCP/Sack1， TCP/FACK， TCP/FULLTCP等，接收代理有： TCPSINK， TCPSINK/DELACK。 NS 的節(jié)點(diǎn)由一系列的分類器（ Classifier，如地址分類器等）組成，而鏈路由一系列的連接器（ Connector）組成。為了直觀的觀察和分析仿真結(jié)果， NS2 提供了可選的 Xgraphy、可選件 Nam。 NS2 的軟件構(gòu)成 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 NS2 包含 Tcl/Tk,OTcl,NS， Tclcl。 （ 5）（ packet） :由頭部和數(shù)據(jù)兩部分組成。 （ 4）理（ agent） :負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)層分組的產(chǎn)生和接收，也可以用在各個(gè)層次的協(xié)議實(shí)現(xiàn)中。 （ 3）鏈路（ link） :由多個(gè)組件復(fù)合而成，用來(lái)連接網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。 ⑴事件調(diào)度器：目前 NS2 提供了四種具有不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的調(diào)度器，分別是鏈表、堆、日歷表和實(shí)時(shí)調(diào)度器。NS2 中編譯類對(duì)象通過(guò) OTcl 連接建立了與之對(duì)應(yīng)的解釋類對(duì)象，這樣用戶間能夠方便地對(duì) C++對(duì)象的函數(shù)進(jìn)行修改與配置，充分體現(xiàn)了仿真器的一致性和靈活性。 NS2 采用兩級(jí)體系結(jié)構(gòu)，為了提高代碼的執(zhí)行效率， NS2 將數(shù)據(jù)操作與控制部分的實(shí)現(xiàn)相分離，事件調(diào)度器和大部分基本的網(wǎng)絡(luò)組件對(duì)象后臺(tái)使用 C++實(shí)現(xiàn)和編譯，稱為編譯層，主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)包的處理； NS2 的前端是一個(gè) OTcl 解釋器，稱為解釋層，主要功能是對(duì)模擬環(huán)境的配置、建立。 （ 7） 對(duì) Trace 文件進(jìn)行分析，得出有用的數(shù)據(jù)。 （ 5） 編寫其他的輔助過(guò)程，設(shè)定模擬結(jié)束時(shí)間，至此 OTcl 腳本編寫 完成。 NS 通過(guò) Trace 文件來(lái)保存整個(gè)模擬過(guò)程。 （ 3） 配置業(yè)務(wù)量模型的參數(shù)，從而確定網(wǎng)絡(luò)上的業(yè)務(wù)量分布。首先配置模擬網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，此時(shí)可以確定鏈路的基本特性，如延遲、帶寬和丟失策略等。如果 NS中沒(méi)有所需的杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 網(wǎng)絡(luò)元素，則需要對(duì) NS 進(jìn)行擴(kuò)展，添加所需網(wǎng)絡(luò)元素，即添加新的 C++和 OTcl 類，編寫新的 OTcl 腳本。利用 NS 已有的網(wǎng)絡(luò)元素實(shí)現(xiàn)仿真，無(wú)需修改 NS本身，只需編寫 OTcl 腳本。這些數(shù)據(jù)可以用于下一步的分析處理，也可 以使用 NAM 將整個(gè)仿真過(guò)程展示出來(lái)。 當(dāng)仿真完成以后， NS 將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)基于文本的跟蹤文件。由于效率的原因， NS 將數(shù)據(jù)通道和控制通道的實(shí)現(xiàn)相分離。事件調(diào)度器的另一個(gè)用處就是計(jì)時(shí)。所有需要花費(fèi)的仿真時(shí)間來(lái)處理分組的網(wǎng)絡(luò)組件都必須要使用事件調(diào)度器。 NS 可以說(shuō)是 Otcl 的腳本解釋器，它包含仿真事件調(diào)度器、網(wǎng)絡(luò)組件對(duì)象庫(kù)以及網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模型庫(kù)等。 NS2 也為進(jìn)行局域網(wǎng)的仿真而實(shí)現(xiàn)了多播以及一些 MAC 子層協(xié)議。它本身有一個(gè)虛擬時(shí)鐘，所有的仿真都由離散事件驅(qū)動(dòng)的。因此，目前在學(xué)術(shù)界和教育界，有大量的人正在使用或試圖使用 NS。所以， NS成了目前學(xué)術(shù)界廣泛使用的一種網(wǎng)絡(luò)模擬軟件。由于 ns已實(shí)現(xiàn)的類豐富、可靠和易于重用性 ,使二次開發(fā)人員可以將精力集中于欲實(shí)現(xiàn) 的新模塊 ,大大提高了工作效率 ,而且基于 NS這個(gè)廣泛采用的框架 ,使每次開發(fā)的成果都可以為更多研究項(xiàng)目共享 ,有利于成果的積累。 針對(duì)網(wǎng)絡(luò)仿真 , NS已經(jīng)預(yù)先做了大量的模型化工作 ,它對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中一些通用的實(shí)體已經(jīng)進(jìn)行了建模 ,如鏈路、隊(duì)列、分組、節(jié)點(diǎn)等 ,并用對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)了這些實(shí)體的特性和功能 ,這就是 NS的構(gòu)件庫(kù) ,而且這些對(duì)象易于組合 ,易于擴(kuò)展 ,用戶可以充分利用這些已有的對(duì)象 ,進(jìn)行少量的擴(kuò)展 ,組合出新的具備研究的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 的模型 ,然后進(jìn)行仿真 ,這樣就大大減輕了進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)仿真的工作量 ,提高了效率。早期的 NS 就是對(duì)一個(gè)基本的 Tcl 解釋器進(jìn)行擴(kuò)展 ,加入了網(wǎng)絡(luò)仿真的一些命令而形成的。 NS 是面向?qū)ο蟮姆抡嫫?,用 C+ + 編寫 ,以O(shè)tcl 解釋器作為前 端 。 tk是 Tcl 的圖形界面開發(fā)工具 ,用于 X環(huán)境的圖形界面開發(fā) 。 NS 仿真器是一個(gè)基于 Unix/ linux 平臺(tái)的軟件包 ,包括 Tcl/ tk、 NS、 Otcl、 Tclcl 等。該仿真器屬于自由軟件、提供源代碼 ,可以為低成本的研究、實(shí)驗(yàn)提供一套良好的仿真工具。 網(wǎng)絡(luò)仿真 ,就是運(yùn)用仿真軟件對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模型化 ,通過(guò)程序的運(yùn)行模仿通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)過(guò)程。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景十分廣泛 ，能夠?qū)崟r(shí)地監(jiān)測(cè)、感知和采集節(jié)點(diǎn)部署區(qū)的觀察者感興趣的感知對(duì)象的各種信息（如光強(qiáng)、溫度、濕度、噪音和有害氣體濃度等物理現(xiàn)象），并對(duì)這些信息進(jìn)行處理后以無(wú)線的方式發(fā)送出去，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)最終發(fā)送給觀察者。與傳統(tǒng)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò) Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)相比， WSN 的自組織性、動(dòng)態(tài)性、可靠性和以數(shù)據(jù)為中心等特點(diǎn)，使其可以應(yīng)用到人員無(wú)法到達(dá)的地方，比如戰(zhàn)場(chǎng)，沙漠等。 以大量的具有微處理能力的微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) (WSN)逐漸成為學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)問(wèn)題。此類傳感器不僅能感應(yīng)及監(jiān)測(cè)環(huán)境，而且可處理收集到的數(shù)據(jù)．并將處理后的數(shù)據(jù)以無(wú)線的方式傳送到基站。 LEACH。 關(guān)鍵詞 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；路由協(xié)議； LEACH； NS2網(wǎng)絡(luò)仿真 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 Abstract Motivated by the advancement in sensor, embedded puting, working and wireless munication technologies, wireless sensor work (WSN) is now regarded as a promising technology for pervasive information acquiring and processing. Since WSN could be deployed in diverse applications, such as military affairs, medical care, emergencies, an