课程文献中心 更多>>

关键词： 压缩采样   射电天文信号   调制宽带转换器   重构算法   电路设计  

摘要： 天文学研究主要是利用天文观测技术通过全波段观测探究太阳和行星的射电爆发现象。在80MHz以下的频段可以观测到天体的射电爆发信息,甚高频天文信号反映了天体含有物质电磁辐射情况。为了研究天体物质需要观测甚高频天文信号,需要超高速模数转换器才能够对其进行采集,但是目前通用模数转换器采样频率难以满足需求。这对天文信号高频观测是一项挑战,本文设计了基于调制宽带转换器理论的压缩采样系统,对稀疏射电天文信号以超低采样率实现压缩采样,并在PC端实现信号重构,在工程应用中有重要意义。首先,本文根据压缩感知理论研究现状选取调制宽带转换器原理进行深入研究,经过研究发现调制宽带转换器可以通过电路设计硬件实现其功能,并且针对它的各类重构算法较多,遂对经典正交匹配追踪算法理论深入研究分析后,提出了基于正交匹配追踪算法的改进算法,并对其与典型正交匹配追踪算法仿真对比分析,同时对其他算法也进行了算法研究和实验分析。然后,在对调制宽带转换器的理论的充分研究和实践验证的情况下,设计了四通道的压缩采样系统,系统主要包括硬件和软件两大部分,硬件部分包含了伪随机序列发生器、混频器、放大器、ADC采样、FPGA主控,软件部分是基于C#的上位机数据接收和基于MATLAB的重构算法实现信号重构。通过两部分相结合实现信号压缩采样和原始信号恢复,并在PC端非实时显示重构信号波形。最后,对硬件电路关键部分分别进行实验测试和功能校验,确保系统中的每一部分都能够正常运行。在初步完成调试实验验证之后,直接在云南天文台实地工程上测试验证其性能,将低频射电天线阵列信号接入本文设计的系统进行验证,通过与天文台观测系统进行对比,本文设计的采样系统重构信号与天文台采集信号的均方误差为1.27 102-?,存储空间压缩率达到20%,直接证明本文所设计的压缩采样系统具有很强的实用性。

关键词： OFDM   包同步算法   硬件设计  

摘要： 同步算法对于任何系统的通信技术而言都具有重要作用,如果没有良好的同步算法技术,通信技术将不具备良好的传输功能。本文对OFDM系统的包同步算法进行分析,探究OFDM系统硬件设计方式。

关键词： 802.11ax   接收机   硬件实现   高速率   Viterbi译码   资源优化   系统稳定性  

摘要： 随着无线局域网的不断发展,WIFI获得了广泛的使用,并且渐渐成为生活中必不可少的部分。现阶段对于WIFI的主要需求分为三点:支持海量的用户接入;提高数据传输速率;拥有良好的用户体验,而现有的WIFI网络并不能很好的满足这些需求。为了解决这些问题,IEEE提出了802.11ax标准,这是当前最新的无线局域网标准,目标是在高密集场景提高用户速率和用户体验。当前802.11ax标准还在制定中,为了在802.11ax市场上占有一席之地,研究基于802.11ax协议的样机显得十分重要。因此本文基于802.11ax标准,在FPGA硬件下设计实现了接收机样机,并对其中实现的难点进行了优化,从而保证本文所实现接收机相比现有的接收机在高密集场景下具有很大的优势。本文主要依据802.11ax标准,参考802.11系列来实现802.11ax接收机样机。为了保证接收机样机的实用性与性能优化,本文主要做了三方面的工作。第一,根据802.11ax帧结构和发射数据流程,设计了接收机的数据处理流程,并对所设计的流程进行了算法级的仿真,保证其可行性;第二,根据接收机样机参照的802.11ax标准,分析了接收机的实现目标与实现难点,同时根据接收机数据处理流程,提出接收机的整体实现框架,并对框架中各个模块的硬件设计与实现进行了说明;第三,对接收机关键实现难点的优化设计与实现进行了详细的说明。主要包括高速率的Viterbi译码设计与实现、数字中频下变频的资源优化以及系统稳定性的提升,保证本文实现的接收机在高密集场景的优势。最后,本文对实现的接收机进行了功能测试,实用性测试和流量测试,确保达到了实现目标,并对测试结果进行分析,总结其相对于现有接收机的优势。

关键词： 单片机   太阳能   硬件  

摘要： 太阳能电池在使用时由于太阳光的变化较大,其内阻又比较高,因此输出电压不稳定,输出电流较小,这就需要用充电控制电路将电池板输出的直流电压变换后供给电池充电.当光线条件适宜时,通过太阳能电池板吸收太阳光,将光能转换为电能.由于充电器多采用大电流的快速充电法,在电池充满后如果不及时停止会使电池发烫,过度的充电会严重损害电池的寿命.这就需要一个复杂的控制系统,本文从八方面说明对单片机的太阳能无线手机充电器硬件设计的原理.

关键词： 三相逆变器   DSP   硬件设计   软件设计  

摘要： 本课题的目的是以TI公司的微控制器为核心设计并搭建一个由TMS320F2812DSP控制的三相逆变器。TMS320F2812的控制是为了使逆变器产生所需正弦波形。该项目包括在实验平台上完成逆变器的硬件电路与DSP(数字信号处理器)的软件设计。清洁的可再生能源开发都用到了逆变电源技术,它作为电能变换和控制的主要形式之一,广泛应用于当今社会各个领域。随着电力电子技术和控制理论的不断发展,采用高速的DSP来控制功率变换器,达到实时、高效的目的。因此,进行并网逆变器控制技术的研究和开发具有重要的现实意义。论文完成以下工作:1.本文分析了三相逆变器的工作原理,建立了三相可控逆变器的数学模型。研究了SVPWM的控制原理。2.设计了双闭环的三相逆变器硬件电路,主要包括DSP开发板、IGBT驱动电路、逆变器主电路、数据采集电路等。利用Simulink对硬件电路模型进行仿真。3.本文采用F2812DSP作为核心处理器,应用CCS3.3编程环境对应用程序进行设计,主要包括AD数据采集、PID控制算法、SVPWM等模块,附录中给出了完整的程序清单。4.对已搭建硬件系统进行测试,对实验误差进行分析。运行试验表明,文中设计的三相逆变器,硬件电路设计正确、编写的应用软件可行。

关键词： 氧化锌避雷器   在线监测系统   硬件电路设计   手机APP应用程序   健康状况评估  

摘要： 避雷器是确保电网系统安稳运行的一种主要装备,平常也被叫做过电压限制器或者过电压保护器。当前电网系统中最常用的避雷器是氧化锌避雷器,可以利用自身优秀的非线性伏安特性,将流入电网系统的过电压进行大幅度削弱,确保电力设备的稳定运行。但是,避雷器通常被安置在露天环境中,在运行过程中长时间受到工频电压和恶劣环境的影响,避雷器阀片必然会呈现出一种老化或者受潮现象,导致避雷器的保护能力下降,使得电网运行在一种不可控的状态,严重时会造成电网大范围停电事故。因此,及时的监测避雷器运行状态和评估避雷器健康情况是非常有必要的。首先,本文从氧化锌避雷器阀片的微观结构着手,结合避雷器的等效电路图探究了氧化锌避雷器的工作原理;分析了避雷器可能发生的故障种类及其产生原因;总结了目前最常用的几种避雷器在线监测方法并对其原理进行了详细的推导,通过综合比较选择谐波分析法作为避雷器在线监测系统的监测方法;本文归纳出了影响避雷器在线监测结果的一些因素,并在硬件电路设计过程中进行了有效的防范措施。其次,本文设计了避雷器在线监测装置的总体实现框图,综合考虑了在对避雷器特征量提取过程中的特点、各种干扰的影响以及一、二次设备的隔离要求,设计了以FPGA和MCU芯片为核心的避雷器在线监测系统;本文重点完成了避雷器在线监测装置的硬件原理图设计,并在此基础上完成了PCB板的制作以及后续的硬件调试工作;本文在硬件平台的搭建基础上完成了避雷器在线监测系统的程序设计,制定了相应的通讯协议,并且规范了需要传输的数据格式,最后完成了基于andriod平台的避雷器在线监测系统的手机APP应用程序的设计,通过该手机APP能够随时随地监测避雷器的运行数据,评估出避雷器的健康状况。最后,本文对所设计的避雷器在线监测装置进行了大量的实验,通过结果表明本文所设计的避雷器在线监测装置的软硬件模块均能够稳定运行,并对各项参数能够准确显示。

关键词： 海洋水声观测   数据采集系统   硬件设计   软件开发  

摘要： 水声信号采集是海洋声学理论研究的重要技术手段，获得高质量、高精度的水声数据对科学研究有着重要意义，浮标式数据采集系统可以获得长时的远海环境数据。随着人类对海洋研究和开发，水声数据采集系统技术日益成熟，目前水声技术朝着多通道、高精度、多存储介质、易于控制、多功能化的趋势发展。　　如何获取远洋观测水声数据是制约海洋水声观测技术发展的关键问题，传统的科考船远洋航行方式不仅耗费巨大人力、物力，而且推迟了科研进程，因此，选用卫星传输数据，卫星传输字节有限，不能传输全部数据，只能传输精简后的数据。而且传统采集系统采集的数据绝大多数都是噪声信号，往往只有极小一部分含有研究需要的声音，不但造成了存储空间的浪费，而且采样系统的工作时间大大缩短，因此需要一种算法精简原数据，筛选出有效数据。　　该文针对AD采样关键技术、甄别筛选算法、向岸基站传输数据等关键问题展开了研究，设计并实现了采集和甄别存储及传输系统。系统包括以下部分：信号调理模块，包括信号放大和滤波功能;采集模块，对调理后的信号进行同步采集，将模拟信号转化为数字信号;甄别程序，对采集的数据进行筛选;存储模块，对甄别后的有效数据进行高速存储;铱星传输模块，将甄别的结果传输至岸基站;浮标式电池容量有限，为降低系统功耗，增加了电源管理模块。　　在理论分析基础上，先期通过开发板进行程序设计，验证各模块工作是否可靠，所有模块可行性验证完毕后，构建系统硬件平台，在实验室环境下对系统进行了一系列功能和性能测试，验证和评估了系统整体功能。最终系统达到了指标如下：可以实现8通道、最高采样率200KSPS同时采集，频率精度和数据精度达到设计需求，可以有效的筛选感兴趣的信号并完成频率特征的传输工作。　　论文创新之处在于：在传统数据采集系统必须功能之外，增加了数据甄别筛选功能在控制芯片内的DSP单元内，进行实数FFT分析，频域上对数字信号实时处理，滤除只含有噪声的片段，仅存储相关感兴趣的信号片段，极大节省了存储空间，延长系统的有效工作时间;使用铱星发送数据，首次将铱星作为海洋声信号的传输手段，可以将信号的频率特征值通过铱星传回岸基站，对数据初步分析并评估回收价值。

关键词： 动态电压恢复器   电压暂降   拓扑结构   硬件设计  

摘要： 随着科学技术的发展,电力用户对电能质量的要求在不断提高。而在各种电能质量问题中供电电压暂降对电力用户的影响最为严重。近年来,我国电气化铁路和高速客运专线发展迅速,电力机车在容量和数量上日益增大,机车在运行过程中,给接入点电网以及相关的铁路车站带来了一系列的电能质量问题。其中,由电压暂降引起的车站内电气设备工作故障甚至损坏,严重影响铁路车站的正常运行。因此,针对电气化铁路车站电压暂降的治理,具有重要的工程应用意义。本文首先介绍了电能质量问题,并对其中突出的电压暂降进行了介绍,详细分析了电压暂降的产生原因、影响危害以及相关治理措施。介绍了用于治理电压暂降的动态电压恢复器(DVR),分析了其研究现状。通过对铁路车站电能质量的现场检测,分析其电压暂降问题的具体情况,并运用基于多抽头自耦变压器和无源滤波器组合的自动稳压式设备进行了初步治理,经过现场实际运行测试,证明了该设备的有效性。因装置自身的结构特点,其在实际应用中还存在一定局限性。对适用于铁路车站电压暂降治理的单相动态电压恢复器进行了研究。详细阐述了单相DVR的工作原理和拓扑结构,电压暂降检测方法,以及DVR的补偿和控制策略。对基于瞬时无功功率理论的单相电压暂降检测方法进行仿真分析,并采用小延时角度的改进αβ变换检测单相电压暂降,提高了检测实时性。对单相DVR的硬件部分进行设计,设计了单相DVR主电路拓扑结构,其中包括储能单元、逆变单元、连接变压器以及滤波器的结构形式和器件的选择。设计了基于DSP+FPGA的控制单元,以及交直流采样回路、光电隔离电路。单相DVR系统软件部分,对电压暂降检测、锁相环、补偿电压控制、工作模式等模块进行了相关算法和软件的设计,并结合锁相方法和补偿电压控制方法对DVR系统进行仿真,仿真结果验证了本文设计的正确性和可行性。基于本文的软硬件设计方案,完成了适用于电气化铁路车站电压暂降治理的单相动态电压恢复器工程试验样机,为后续的工程现场应用奠定了实践基础。本文的研究设计具有较高的工程应用价值,为电气化铁路车站电压暂降的治理提供了一个经济实用的方案。

关键词： 军用汽车   多功能信息平台   硬件设计   软件开发  

摘要： 随着汽车电子产业的快速发展，汽车电子设备在民用领域已广泛应用于汽车行业，而在军用领域，出于抗干扰能力等方面的考虑，大部分军用汽车仍然使用机械操作。但是，随着我国军队信息化建设步伐加快，越来越多的电子信息技术将应用于军用汽车上。　　本课题所设计的某军用车多功能信息平台就是军队信息化、“民技军用”的产物，设计出发点是为了满足武警部队日常物资运输保障、指挥通信、对车辆有效监控调度等需要。本论文对该军用车多功能信息平台的功能需求、性能指标进行了分析，并确定了系统软硬件的总体设计方案。系统控制方案的设计需要兼顾军用设备的高可靠性，及良好的可操作性、可扩展能力，本论文采用基于ARM Cortex-A7内核的全志A20芯片作为处理器来搭建硬件系统，向其移植了Android4.2操作系统，进一步完成了Linux驱动层、JNI层及应用层的软件设计与实现。该军用车多功能信息平台通过集成CAN Bus总线通信模块采集车辆信息，实现对整车运行状态的实时监测、车辆姿态的感知;通过定位导航模块获取车辆的实时位置信息，并进行路线规划、导航等;通过FM模块为驾驶员提供车载娱乐功能;通过数据上传模块向远程监控中心上传车辆数据。　　本论文同时介绍了远程监控中心的搭建，包括了监控中心的总体设计，数据库的设计，以及Web服务器的设计与实现，运用UDP通信技术、数据库技术等实现对该军用车多功能信息平台所上传数据的接收、解析与存储，实现车辆远程故障诊断与远程调度等功能。　　最后，本论文对整个系统的各个模块进行了功能测试与分析。测试结果表明，该系统实现了预期功能，具有实际应用价值。

关键词： 示波表   隔离通道   数据采集   低功耗  

摘要： 手持式示波表以其便携性、低功耗等优点,受到用户的广泛认可,目前市面上国产示波表主流产品的带宽在200MHz以内,采样率最高为2.5GSPS,且未进行隔离设计,已经难以满足用户不断增长的测量需求,因此有必要研制一款高带宽、高采样率、高隔离度的示波表产品。本文首先分析了手持式示波表的整体架构,然后详细给出了示波表中隔离通道的实现方法,讨论了示波表5GSPS采样率的具体实现方案,并对整机进行了功耗分析和低功耗设计,主要从以下三个方面讨论:1、隔离模拟通道。论文首先介绍了模拟通道的具体实现方案,然后详细阐述了示波表的隔离设计,包括电源隔离、控制信号隔离以及外部接口隔离,提高了通道隔离度,并对示波表的开路噪声进行了测试,通过电路优化、屏蔽、吸波等方式,降低了示波表的开路噪声。2、5GSPS采样率数字采集系统。本设计采用两片双核ADC拼合实现5GSPS采样率,论文分析了并行采样误差对ADC有效位数的影响,并对ADC进行了增益和偏移的校正,然后分析了采样波形的幅频特性,通过对采样时钟信号相位的精细调整,提高了数字采集系统的信噪比,最后在FPGA中完成了高速数据接收和缓存、峰值检测、硬件均匀抽点等功能。3、低功耗设计。结合示波表使用的特点,给出了低功耗优化方案,具体包括:根据时基档位动态调整ADC的采样率、通过对环境光的检测实现对屏幕亮度的自动调节、采用中断方式进行按键检测。本课题所研究的示波表产品带宽达500MHz,采样率达到5GSPS,通道间隔离度在60dB以上。