OTSM调制解调技术研究及FPGA实现
这是一篇关于正交时序复用,沃尔什-哈达玛变换,调制与解调,无线通信,FPGA的论文, 主要内容为正交时间序列复用(Orthogonal Time Sequency Multiplexing,OTSM)是一种适用于高移动性场景的单载波调制技术,其原理是使用时分复用和沃尔什-哈达玛复用级联的方式在时延和序列域中复用信息符号。因为OTSM系统使用沃尔什-哈达玛变换(Walsh Hadamard Transform,WHT)对基带信号进行编码,只需要简单的加减法运算,所以复杂度低,利于硬件实现。本文根据OTSM调制与解调技术原理,设计实现了基于FPGA的OTSM调制器和解调器。主要研究内容如下:(1)对OTSM调制技术在高移动性通信场景的性能进行建模分析。根据OTSM调制原理,在MATLAB软件上构建了基于扩展车辆信道模型(Extended Vehicular A,EVA)的OTSM系统,仿真了OTSM系统在不同相对移动速度下的误码性能,并在相同移动速度下对比了OTSM、OFDM和OTFS系统在瑞利衰落下的误码性能。结果表明,高多普勒频移可以改善OTSM系统的误码性能,优于5G系统中应用的OFDM技术。(2)设计OTSM调制器与解调器的关键功能模块。使用Verilog硬件描述语言对调制器和解调器的关键模块进行了设计,并使用Model Sim软件和MATLAB软件仿真验证设计的正确性。设计的功能模块包括IFWHT模块与FWHT模块、QAM映射模块与逆映射模块、行列变换及添加循环前缀模块等。对于传统FPGA算法仅能实现固定点数的一维快速沃尔什-哈达玛变换的问题,提出了参数化的设计方案,使设计的FWHT/IFWHT模块可修改数据位宽和变换点数等。(3)基于FPGA实现参数化的OTSM调制器和解调器的设计适配与验证。可以根据实际设计需求在系统顶层模块设置基带数据位宽,控制数据处理量、FWHT的运算点数和各模块的数据处理过程,实现系统的灵活配置。最后用设计软件完成了调制器和解调器的验证,结果表明设计符合预期要求。
基于嵌入式适配器的数控机床数据采集与监视系统设计与开发
这是一篇关于数控机床,数据采集与监视,无线通信,嵌入式,B/S的论文, 主要内容为随着信息技术、网络技术和经济全球化的发展,以网络化制造为代表的先进制造模式正逐渐取代传统的制造模式。然而,在我国制造企业数控车间,数控机床类型多样,而且较大部分数控机床采用单机模式工作,这导致数控机床整体运行效率低,从而降低了制造企业的竞争力。将网络化制造与数控机床相结合,对现有数控车间进行改造,建立网络化的数控机床车间,可以提高数控机床的整体利用率,提升企业的竞争力。 为了实现数控车间数控机床网络化,必须实现数控机床与上位机通信、数控机床数据采集与处理和数控机床远程监视与管理。在分析与总结这三方面国内外研究现状的基础上,提出基于嵌入式适配器的数控机床数据采集与监视系统,实现数控机床与上位机通信、数控机床数据采集与处理和数控机床远程监视与管理。 基于嵌入式适配器的数控机床数据采集与监视系统的实现分为两个部分:数控机床数据采集与处理嵌入式适配器设计与开发,数控机床远程监视与管理系统设计与开发。在数控机床数据采集与处理嵌入式适配器设计与开发方面,依据数控机床与上位机通信、数据采集与处理和远程监视与管理方面的需求,设计与实现嵌入式适配器硬件系统,选择与定制嵌入式适配器操作系统,设计与实现嵌入式适配器数据采集与处理软件。在数控机床远程监视与管理系统设计与开发方面,基于数控机床数据采集与处理嵌入式适配器和监视与管理服务器,依据远程监视与管理方面的需求,设计嵌入式适配器配置与管理、数控程序传输与管理和数控机床运行状态监视与管理三个模块,选择与移植嵌入式Web Server,基于通用Web Server——IIS和嵌入式Web Server——GoAhead,开发监视与管理动态交互网页程序,实现了B/S架构的数控机床远程监视与管理系统。 最后,针对数控机床数据采集与监视系统在通信、数据采集与处理和远程监视与管理三方面的功能,分别进行测试。结果表明,嵌入式适配器实现了与数控机床的串口通信,实现了与监视与管理服务器的无线通信,实现了数控机床数据采集与语法异构数据处理;远程监视与管理系统实现了嵌入式适配器配置与管理、数控程序传输与管理和数控机床运行状态监视与管理等功能。
基于LoRa组网的水质监测系统的研究与设计
这是一篇关于无线通信,在线水质监测,卡尔曼滤波算法,数据融合算法的论文, 主要内容为随着我国经济的快速发展,工业、人类生活、农业等都对水体造成污染,而水污染的防治离不开水质监测技术的发展。本文基于物联网技术、云技术、传感器技术以及网页开发技术,研究并设计了一种水质监测系统。本论文的主要工作如下:(1)设计了三种不同的系统方案,通过论证比较,选择适合本课题的设计方案。设计了终端节点电路和接收节点电路,并选择了高性能的LoRa网关设备。终端节点电路由各个传感器模块、微控制器模块以及LoRa、GSM通讯模块构成,而接收节点电路由微控制器模块和LoRa通讯模块两部分组成。(2)由于LoRa组网的过程中存在数据传输效率低、传输不稳定的问题,因此提出了一种改进的智能水滴算法来优化组网,通过改进泥土含量的更新方法、节点的选择方式、水滴的转移概率三种方式来改进该算法,并给出了改进的智能水滴算法的步骤,对算法做了仿真,重点验证该算法的网络的吞吐量和传输时延。(3)设计了终端、数据通信、电脑端三部分的程序。终端程序主要实现水质数据的采集以及下位机的显示功能,所有终端节点所收集到的水质数据信息都将通过LoRa传输到网关设备,而网关接收数据后通过4G频率网将数据上发给云服务器。电脑端由上位机、应用服务器、服务器数据库以及水质监测网站四部分组成。接收节点通过串口方式连到电脑,实现上位机的水质数据可视化展示、水质参数阈值设置、阈值报警、数据保存和历史数据查询等功能。基于阿里云设计了应用服务器,并基于该服务器搭建了基于MVC模式B/S结构的水质监测网站,完成了网站的功能和程序设计,该网站展示了南京玄武湖、秦淮河、莫愁湖的实时水质数据和历史数据;用户可通过电脑或手机访问该网站,随时查看三条河流的水质情况,体现了本课题的实际应用性。并在服务器中创建了MySQL数据库,用于存放所有终端节点采集到的水质数据信息,以及网站的用户名和密码、设备信息、河流湖泊信息、参数阈值信息以及对于污染问题的反馈与处理信息。(4)由于水质数据采集过程中存在操作失误或者电磁波、电磁场等干扰会影响本系统数据的准确性,因此提出了一种数据融合算法,首先数据预处理,通过格罗贝斯来剔除异常的水质数据值,实现对数据的最优处理,接着基于分批估计理论,进行数据融合,以提高水质数据的有效性和准确性。(5)由于水质监测环境存在噪声等干扰,因此运用卡尔曼滤波算法对本系统湖水的温度和PH值等数据去噪和优化,对初始状态值、协方差初始值、系统工作过程中的噪声协方差,以及观察和测量的噪声协方差进行相关的设置,使滤波算法的效果更好、收敛速度更快。(6)通过星型结构组网的方式放置终端节点和网关,测试LoRa的通讯距离,六个不同距离的终端节点同时向网关发送数据包共计1500个,测试结果表明,本系统能实现至少2000m内0%的丢包率,3000m内仅2.67%的丢包率,并在实验室里搭建系统环境,测试系统的硬件、软件以及整体功能,测试结果达到本设计的要求,系统具有应用价值。
基于大数据的农业信息监测与自动控制系统研究
这是一篇关于Qt,MySQL,无线通信,实时监测,自动控制的论文, 主要内容为智慧农业是当代农业发展的新方向,将传统农业与现代互联网科技相结合,对采集到的数据进行监测、分析、调控等操作,成功解决传统农业时间资源浪费、经济成本较高、生产风险较大、农业信息难存以及人工成本价高的问题。在智慧农业发展里,利用现代农业大数据技术,将农业环境参数数据进行多区域、多密度、高规模以及高精度的采集存储,接着设计一款符合当地农业发展需求的上位机软件,对采集到的农业大数据进行合理的运用,实现智慧农业生产一体化。本文开展了基于大数据的农业信息监测与自动控制系统研究,首先根据农业大棚使用需求,对系统进行总体分析以及方案设计。通过GPRS无线网络UDP协议进行通信传输,保障环境参数数据准确高效传输,选择My SQL数据库对环境参数数据进行存储,完成数据库以及表的详细设计。在此基础上选择Qt进行上位机软件开发,根据需求设计了查询导出模块、图像显示模块、数据分析模块、通信调控模块、农业存储模块以及趋势模拟模块,六大模块相辅相成,利用Qt特有的UI界面设计与信号与槽函数机制对各功能进行界面设计与逻辑实现。最后在农业信息监测与自动控制系统完成的基础上对六大模块进行多项测试,测试验证上位机软件的性能与质量。测试结果表明上位机软件界面功能完善、监测数据精确和调控功能准确,可以有效减少时间成本、节约资源环境、解决无人操控、易存农业信息和缩小生产风险,达到开发需求,可上线投入管理监控。
CRH3型动车组线缆导通绝缘测试系统设计
这是一篇关于二线制法,电流电压法,线缆测试,无线通信的论文, 主要内容为CRH3型动车组的线缆控制着车上各系统的信号和数据信息的传递。动车组上的线缆连接错综复杂,一旦出现问题,会导致动车组发生故障,影响行车安全,后果难以预料。在动车组的调试阶段,需要对线缆进行导通和绝缘电阻的测试,以便能够尽早地发现故障和隐患并加以解决,保障动车组的交付质量。目前大多数动车组制造主机厂对于线缆的导通和绝缘测试,主要还是采用人工测试方法,工作强度大、效率低下,并且在测试过程中容易产生错误。针对以上情况,本文设计开发了针对CRH3型动车组线缆的导通绝缘测试系统。首先,本文描述了国内外线缆测试技术的发展现状,通过对比分析国内外常用的线缆测试技术,并结合CRH3型动车组线缆的测试需求,确定了本系统测试动车线缆的方法。对于CRH3型动车组线缆的导通测试,采用二线制法进行测量;线缆的绝缘测试,采用了电流电压法进行测量。其次,根据实际的线缆测试需求,设计了系统的各个功能模块。本系统搭建以STM32为主处理器的硬件平台,设计了恒流源模块、高压源模块、数据采集模块以及继电器矩阵模块等电路。同时,完成了测试单元下位机软件的设计和开发,实现了硬件电路中各个模块的功能。最后,基于VS2017平台的MFC类库开发了测试系统的上位机软件,实现了发送操作指令和实时显示测试结果等功能。考虑到CRH3型动车组线缆的实际测试范围较大,本系统采用了LoRa通信技术进行数据传输,并设计了无线通信协议和数据帧结构。本课题完成了线缆测试系统的设计、开发和调试,并在搭建的测试环境中进行了线缆的导通和绝缘测试验证。通过对测试过程及结果的分析可以得出,系统可以提升CRH3型动车组线缆的测试工作效率,节省大量人力,因此具有较好的应用价值。
基于ARM的多协议无线适配器软件系统设计与实现
这是一篇关于多协议,嵌入式系统,无线通信,仪器程控的论文, 主要内容为随着网络化与智能化的推进,测试系统呈现异构性、模块化、多节点的发展趋势。面对测试场景的复杂化、测量参数的多样化,传统的集中式、一体化综合自动测试系统已难以满足当前的测试需求。在此背景下,能够兼容多种无线传输技术、搭配不同有线桥接方式、并适应多型测试设备及终端节点的分布式自动测试系统将成为自动测试及智能测试领域新的发展方向。作为测试系统与测量终端之间实现无线互联和信息转译的媒介,多协议无线适配器扮演着重要角色。本课题将基于自主设计研发的某型多协议无线适配器硬件平台,以ARM嵌入式系统为主控核心,结合层次化、模块化程序设计理念,完成兼具Wi-Fi、Wi-Fi Halow、LTE-M、蓝牙、Zig Bee、Lo Ra六种无线通信功能,并实现以GPIB、LXI、USB等多总线方式适配测试终端的多协议无线适配器软件设计与开发。本文主要研究内容如下:1、基于ARM的嵌入式系统环境搭建与应用程序设计:根据系统功能需求,完成交叉编译环境搭建、Boot Loader移植、内核裁剪、文件系统建立以及通信模组驱动移植,并设计一套能够实现无线通信、仪器程控、无线触发、波形回传等多任务并发处理的应用程序,同时引入卡尔曼滤波算法,以实现无线定时触发功能。2、无线通信功能设计与实现:研究不同无线通信技术及传输协议,并设计符合协议要求的无线通信驱动程序及私有传输协议,以提高数据的可靠性,同时研究并引入NAT转换技术以实现测量设备的无线扩展功能。3、仪器程控功能设计与实现:研究不同总线标准及接口的通信协议以适配多类型测试资源及终端设备,设计符合协议要求的仪器接口驱动程序,其中包括GPIB接口驱动、USB接口驱动、LAN接口驱动,以实现分布式系统中的仪器程控和波形实时回传等功能。通过上述研究内容,最终完成了多协议无线适配器的软件设计与开发。整机的测试结果表明,无线适配器能够支持GPIB/LXI/USB多总线接口,兼容Wi-Fi、WiFi Halow、LTE-M、蓝牙、Zig Bee、Lo Ra多协议无线通信体制,同时无线适配终端具备数据时效性传输、无线定时/随机触发与无线扩展等功能。综上,本论文设计的多协议无线适配器软件能够满足设计要求。
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