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关键词： 智能变电站   二次设备   电磁干扰   瞬态磁场记录仪   电磁环境分布  

摘要： 智能变电站中前移至一次设备近旁的二次设备将遭受更为严酷的电磁干扰环境,可能导致二次设备损坏,也可能因此造成保护设备误动作或不动作。掌握变电站的电磁环境,分析变电站电磁干扰的特征对抑制电磁干扰、保护二次设备和保护装置稳定运行具有重要的意义。现场测量的方法是研究变电站电磁环境的一种重要的手段。目前,变电站瞬态电磁干扰的测量系统并不常见,且在使用上具有较明显的局限性,因此,本文研制了一台适用于变电站瞬态磁场环境测量、记录及分析的手持式设备。该设备由磁场测量探头和记录仪主机两部分组成。磁场测量探头采用了基于AMR效应的磁阻传感器,而记录仪主机采用了基于FPGA+ARM+ARM的系统架构。论文先后完成了磁场采集模拟前端,数据中继引擎,人机交互单元,数据存储单元以及电源系统等电路的设计,其中,磁场采集模拟前端重点研究了交流通道和放大电路的设计方法,从理论上推导了增益分配对于输出信噪比的影响,数据中继引擎重点研究了FPGA与DDR2接口电路的设计方法,并通过仿真验证了设计的正确性。记录仪最终实现了磁场波形显示、大容量数据存储、离线分析、GPS时标、USB读卡器以及人机交互等功能。记录仪安装简单,维护方便,体型轻巧,便于携带,适合户外长时间工作。实验室工频磁场试验和脉冲磁场试验分别测试了记录仪工频磁场测试性能和瞬态磁场的捕获性能。试验结果说明记录仪能够对变电站正常运行时的稳态磁场环境以及变电站开关操作或系统故障等暂态过程时的瞬态磁场环境进行有效的测量。对锦屏-苏南±800kV换流站内部包括母线下方、交流滤波器场、GIS室、阀厅等在内的十余处位置进行的实地测量的结果表明,35KV低压电抗器附近磁场强度最大,峰峰值达到6Gs,而极I高端换流器出线口磁场频谱分量最丰富,FFT分析结果表明最高频率分量达到893.6kHz。

关键词： 多参量变送器   流量测量精度   抗干扰   硬件设计   软件设计  

摘要： 在航空航天，环境保护，能源计量，工业生产等众多领域，流量是一个重要的计量参数。随着各领域技术的不断进步，人们对流量测量的要求越来越高，具有能够进行多参数采集及实时数据处理的智能流量仪表的需求日益凸显。而目前普遍使用的流量仪表仍然是由多台单参数仪表组合而成的，不仅测量精度低，而且难以满足人们越来越高的测量要求。针对传统流量计的不足，本文提出了一种多参量智能变送器。这种多参量变送器可以同时测量工业管道中某点的温度，压力，差压信号，并即时进行数据运算和处理，输出最终的流量值。另外，它还具有故障自诊断、数据自动恢复、与现场总线进行实时通信、可接收多种节流装置和温度传感器的输出信号等功能，智能性较传统流量仪表更高。上述这些特点使得多参量变送器不仅大大提高了流量测量的精度和速度，同时也简化了仪表安装维护程序，满足了流量测量中对于多参数采集和数据实时处理的要求。 整个系统由硬件和软件两大部分组成，以单片机为核心统一进行多通道数据采集和数据处理。硬件部分包括前置测量电路、信号调理电路、AD转换电路和单片机最小系统及其控制电路。其中，键盘部分设为六个按键，这样既可以方便用户学习使用，又可以简化操作步骤，降低误操作的可能性。软件部分主要包括仪表初始化、数据采集、数据处理、键盘显示、数字滤波、通信等软件模块。在仪表可靠性上，一方面严格按照电路布线原则进行布线，一方面通过软硬件相结合的方法，在最大程度上提高仪表的抗干扰性能和低功耗特性。最终的实验结果表明，多参量变送器在流量测量精度和抗干扰性方面，较传统流量计均有所提高。

关键词： 变流器   控制单元   电磁兼容   IGBT驱动  

摘要： 随着轻轨、地铁、动车组、高铁的快速建设,轨道交通事业蓬勃发展。铁道部政企分家,在招标的过程中提出了自主化设计和生产的要求。 目前引进的西门子、阿尔斯通、庞巴迪、东芝、等厂商机车、地铁和轻轨变流器,不但受到国外变流器平台结构化的约束,而且受制于其技术控制,成本居高不下。因此,我们需要自行设计控制单元和实现机车牵引控制。 论文主要依据机车车载变流器的相关设计要求及接口文件,配合控制算法,设计控制单元,用于实现对交流-直流-交流、交流-直流、直流-直流变频器的控制。 论文主要涉及几个方面：电源电磁兼容设计,数字量输入输出隔离的设计,模拟量采样处理电路设计,温度传感器采样电路设计,速度信号处理电路设计,驱动及其保护电路的设计。 论文的验证主要分三部分：电路板桌面调试及相机级联合调试,DSPACE系统硬件在回路仿真验证,地铁变流器拖动电机实际控制验证。

关键词： 生理参数   信号采集   STM32   ADS1294   电磁兼容性  

摘要： 生理参数是进行医学临床诊断和健康监护的重要参考依据。对人体生理参数的采集和处理是生物医学领域的热门研究课题之一。为了方便人们对人体生理和病理状况的研究和全面分析，采集到的生理参数类型需要尽量多样化，所以现代医疗电子产品的设计要求能够实现多路生理参数的采集。 针对上述需求，本文设计实现了一种基于STM32和ADS1294的多生理参数采集系统。该系统采用了模块化设计，以基于Cortex-M3内核的高性能处理器STM32为硬件平台处理核心，以TI公司的24位高精度模数转换芯片ADS129x系列芯片ADS1294R和ADS1294为关键模数转换芯片，配合各路生理参数采集电路，在此基础上实现心电信号、呼吸信号、无创血压、血氧信号等多路生理参数的采集。 本文的研究工作概述如下： (1)在分析多生理参数采集系统的需求和被采集的心电信号、呼吸信号、无创血压、血氧信号等多路生理参数的特征的基础上，选取了STM32作为多生理参数采集系统的主控芯片，ADS1294作为系统的A/D转换芯片，设计了基于STM32和ADS1294的多生理参数采集系统的总体方案。 (2)在Altium Designer Winter09开发环境下，完成了多生理参数采集系统各组成模块的硬件电路设计，包括心电信号采集模块、呼吸信号采集模块、无创血压信号采集模块、血氧信号采集模块、电源模块及通信接口电路的设计等；并采用Mutisim12对设计的各模块硬件电路进行仿真分析，完成了各硬件电路的功能验证。 (3)在研究分析电磁兼容性的理论基础上，为了增强多生理参数采集系统的抗干扰能力，尽量减少各种电磁干扰的影响，完成了多生理参数采集系统的板级电磁兼容性设计，包括8层板叠层设计、数模分区和功能分区的布局设计及电路布线的设计，使电路的设计达到预期的目的，即达到电磁兼容性。 (4)完成了系统测试方案的设计，利用人体生理参数模拟仪模拟人体的生理参数对系统各功能模块进行了测试，包括电信号采集模块、呼吸信号模块、无创血压信号模块和血氧信号采集模块等；通过对各模块测试结果的分析，验证了本文设计的多生理参数采集系统的功能，从而实现了多路生理参数的采集。

关键词： 塑壳断路器   智能控制器   硬件设计   电磁兼容   PCB   Hyperlynx   仿真  

摘要： 低压断路器是一种用于接通、分断供电网络的开关器件，在低压电力系统中得到了普遍应用。断路器是供电网络中的关键器件，为人们的日常生活和工业生产提供了方便和安全保证。随着智能电网的发展，传统断路器正在逐步被淘汰，新型的智能断路器正在不断发展和推广中。与传统断路器相比，智能型断路器具有控制精度高、易整定和可靠性高的特点，不仅具备基本的保护功能，还可实现数据采集、数据存储、参数设置、人机交互和远程通信等功能，为实现配电网络的智能化和信息化提供了保障。 本文研究了智能塑壳低压断路器控制器的硬件设计。该控制器以32位微处理器STM32F107VCT6作为主芯片，包括：自生电源模块、信号采集与控制电路模块、通信电路模块、人机交互模块和剩余电流保护模块等。 论文介绍了PCB设计的原理和电磁兼容的基本理论，分析了引起电磁兼容性问题的因素，从PCB的布局布线、接地设计和电源设计等方面分析了提高PCB可靠性方法。 论文用Hyperlynx软件对影响PCB电磁兼容的因素进行了仿真。重点分析了影响时钟网络信号完整性的因素，并对时钟网络进行了优化设计。除此之外，还对信号线间的串扰进行了仿真，并应用于智能断路器控制器的PCB设计中。 最后搭建了硬件测试平台，平台搭建的原理是：用空心互感器从配电网中采集三相电流，此电流既是信号采集的来源，也为控制器的工作提供电源，信号经MCU采样后与设定值比较，判断电网状态并给出相应的指令。测试平台的作用包括：自生电源测试、信号采集与控制测试、各种保护测试、液晶显示与参数设定测试和以太网通信测试等。本文研制的智能型断路器控制器利用了低压电器技术创新服务平台进行了电流测量标定和以太网通信测试，并经浙江省权威检测机构的性能测试，达到设计要求。

关键词： 压缩感知   心电信号   AIC   FPGA  

摘要： 信息化社会的到来使得要处理的信息量剧增。传统的奈奎斯特采样定理指出，采样速率必须达到信号带宽的两倍以上才能精确重构信号。此种采样方式通过高速采样将输入的模拟信号转变为数字信号，然后再对数据进行压缩，增加了信息的存储、处理、传输成本，造成了资源的浪费。最近几年来出现的了一种新的理论—压缩感知(compressed sensing).压缩感知理论突破了传统的奈奎斯特采样。它指出,只要信号是可压缩的或在某个变换域是稀疏的,那么就可以用一个与变换基不相关的观测矩阵将变换所得高维信号投影到一个低维空间上,然后通过求解一个优化问题就可以从这些少量的投影中以高概率重构出原信号。压缩感知理论是将采集和压缩同时进行的，能以较低的速率进行采样，因此能够有效的降低数据量、减少设备的功耗，这对有低功耗要求的场合非常有意义如无线体域网。本文将压缩感知理论应用到无线体域网中心电信号的采集处理中，以期望通过降低数据采集量达到降低功耗的目的。 本文首先介绍了压缩感知的基本概念与原理。并以一维信号与图像为对象，对压缩感知理论的一些算法进行了性能的仿真。由于要采集的心电数据是模拟信号，因此将压缩感知理论应用到模拟域中才具有实际的意义，因此对压缩感知中的模拟信息转换器（Anolog Information Converter）进行了研究，即AIC系统结构。最后本文将AIC系统模型应用在心电采集中，提出了基于FPGA的AIC系统心电采集设计方案。

关键词： 可见光通信   电路设计   FPGA   调制技术   数字通信   信道建模  

摘要： 随着无线通信技术的不断发展和用户数量的持续增多,人们对移动通信网络的带宽需求也不断提高。然而当今世界无线频谱资源紧张,大多数可用频段都已被占用。传统的射频通信越来越难以满足当今人们日益增长的信息需求。在这种情况下,可见光通信技术应运而生。由于可见光通信使用的可见光波段还是空白频谱,所以无需授权即可使用。除此之外,可见光通信还具有安全性高、保密性好以及绿色节能等特点。可见光通信技术自从诞生以来就受到了国内外研究人员的广泛关注。本文主要研究了影响可见光通信系统的关键技术,并在此基础之上实现了可见光通信系统的硬件设计。首先,本文研究了可见光通信的信道特性,对在大气衰减、大气湍流和指向误差三种因素影响下的混合大气信道建立了可靠的数学模型。基于该数学模型本文得出了混合信道下通信系统平均误码率的闭合表达式,并通过蒙特卡罗方法得出与理论数据吻合的仿真曲线,证明了表达式的正确性。其次,本文研究了可见光通信系统中的调制技术。本文分析了二进制调制技术与多进制调制技术的性能特点,比较了二进制调制技术中OOK调制、PPM调制以及DPPM调制的频谱效率和功率效率。通过仿真分析可知,与PPM、DPPM调制相比OOK调制系统的频谱利用率更高,因此在通信系统设计初期更适合使用OOK调制以降低设计的复杂度。然后,本文设计了可见光通信系统的硬件电路。分别通过反向并联肖特基二极管的方法提高半导体激光器的调制速度,使用线性均衡的方法解决了半导体光源器件的非线性问题,使用电压缓冲器放大电流信号的方法提高电压信号的驱动能力以及使用T型偏置器解决了半导体光源的使用寿命短的问题。最后,论文通过测试眼图形状定性的验证了硬件电路的性能。最后,本文设计了可见光通信系统的底层硬件,包括A/D转换器、D/A转换器和三速以太网的驱动程序。论文还研究了A/D转换器和D/A转换器的选择对系统性能产生的影响,得出A/D转换器的精度越大、频率越高越有利于系统性能的提高的结论。除此之外,论文研究了网络传输的中媒体访问控制层的作用,并剖析了其数据帧的结构、设计了三速以太网的驱动模块。通过硬件仿真显示了该模块可以实现以太网数据的正确传输,验证了设计的正确性。

关键词： 视频播放单元   轨道交通   I.MX6   高清   硬件电路设计   电磁兼容  

摘要： 在公共交通系统中,城市轨道交通起着非常重要的作用,随着世界经济的高速发展和科技的进步,人们对轨道交通工具中乘客信息系统的要求也越来越高。最新的乘客信息系统应不仅能将常规服务信息或紧急情况及时、有效地传递给乘客,同时也要在空闲时段为人们提供高质量的休闲内容和新闻、广告等。随着多媒体技术和高清技术的发展与普及,为了满足以上要求,乘客信息系统中,车载视频播放单元的作用日益凸显。 轨道交通运营商们已对车载视频播放单元提出了更高的要求：最新的车载视频播放单元要符合高清标准,乘客信息系统中的播放单元应具有故障Bypass功能,符合铁路设备电气标准对其运行温度、电磁兼容等环境耐受度的要求,控制功耗并适当降低成本等等。 本文首先介绍多媒体播放系统总体结构的选择,结合国外某项目具体需求,比较视频播放单元的不同芯片平台方案。其次,论文总体以硬件平台设计为重点,着重介绍原理图及PCB设计过程。原理图设计中对各模块设计进行详述,PCB设计中对叠层选取和阻抗控制、信号完整性保持、电磁兼容性达标及控制生产工艺以降低次品率等环节进行论述。并对如何满足具体项目需求的要点及国际、国家标准进行介绍,最后对设计成品进行功能验证测试和性能测试,验证其达到设计需求。

关键词： AP   防雷   POE   信号完整性   电磁兼容性  

摘要： 本文AP硬件设计基于QCA9550处理芯片,实现快速、可靠、高效的无线接入,最高可以达450Mbps数据传输速率。论文的研究内容包括原理电路设计、信号完整性分析和电磁兼容性,并且通过系统化测试,验证其正确性。 原理电路设计将硬件架构分为防雷,POE电源,系统电路三大模块。防雷设计使AP可应用于室外基站,避免雷雨季节室外AP的损坏导致热点范围内的用户无法正常接入。POE电源设计遵循802.3AT以外网供电标准,通过以太网口供电不需要外配独立DC电源,减少配件,很大程度的降低工程复杂度。系统电路设计将外围芯片互联,实现AP的目标功能。信号完整性、电磁兼容性设计是硬件设计的精髓,通过信号完整性原理分析及仿真,设计正确的信号电路,让系统正常稳定工作。电磁兼容性分析从多方面考虑,以使设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰。

关键词： 手机终端   全键盘双卡双待机   硬件设计   性能测试  

摘要： 随着电子科技突飞猛进的发展，以及人们在日常生活和工作中对便携式通讯设备的依赖，市场上手机的功能和种类琳琅满目，以满足人们各式各样的不同应用需求。　　本文将以全键盘双卡双待机为目标，提出硬件设计方案，通过研究技术实现的可行性，绘制出电路原理图和PWB布线图，同时考虑整机的电磁兼容性能和防静电干扰的能力，经过测试和改善，最终研制出符合国际相关认证标准的手机。为了提高手机的实用性，增加了手机MicroSD卡存储和蓝牙传输功能。　　本系统方案以X基带芯片为主要芯片，配合存储器、射频放大器及显示器、键盘、照相机、充电控制、MicroSD卡、蓝牙传输等外围电路，来实现手机的语音通话等基本功能。对通用输入输出接口的配置进行了详细的汇总。除了详细的原理图的设计，还阐述了PCB布局和布线的重要性以及需要注意的事项。最后通过专业的仪器测试，对硬件的所有设计点以及整机的性能进行反复验证。对测试失效的项目进行原因分析和改善，使得最终的成品符合预期的要求。　　为了能够以最低的成本覆盖更广阔的市场范围，只需要很小的元器件贴装的变化，用双卡双待机的PWB板同时实现单卡手机的设计。