基于ZIGBEE网络的三维电法勘探系统的设计与实现
这是一篇关于ZIGBEE网络,三维电法勘探,信号采集,数据解释的论文, 主要内容为电法勘探是勘探地球物理学主要学科之一。在各种矿产资源、水文、工程地质等勘察方面,电法勘探已成为不可替代的、最有效的勘察手段之一,在考古、环保、地质灾害等领域,电法也是有效的调查手段。 近年来,出现了很多使用计算机控制的电法仪器,和许多针对电法数据进行分析处理的软件系统。这些仪器和软件系统在勘探工作中,已经得到了较广泛的应用,但仍有一些不足之处。针对现有技术的不足,本文讨论了一种新型的基于ZIGBEE网络的三维电法勘探系统的设计与实现。该系统具有以下几个创新点： 1.系统结构方面,使用zigbee无线网络传输控制信号和测量数据,使得系统整体结构轻便、易于布置； 2.信号采集方面,提出新的算法思路,使用了大样本采样方式,提高数据采集的准确性和可靠性： 3.数据解释方面,实现了自动进行富水分析和岩石分析、自动判别异常。 按照面向对象开发方法的流程,本文对基于ZIGBEE网络的三维电法勘探系统设计和实现的各环节进行了讨论。 首先,本文提出了电法勘探系统的改进方向,并使用用例分析方法从使用者角度对系统进行了与实现无关的描述,得出了基于Zigbee网络的三维电法勘探系统的需求分析。 其次,在需求分析的基础上,讨论了基于Zigbee网络的三维电法勘探系统的架构设计。在架构设计中,根据系统需求提出系统设计的目标和原则,然后从技术架构和功能架构两方面进行了讨论。在技术架构方面,引入了TRIZ创新方法指导网络架构设计,使用分层模式进行了逻辑架构设计。在功能架构方面,讨论了基于Zigbee网络的三维电法勘探系统各功能模块的设计。 再次,对基于Zigbee网络的三维电法勘探系统进行了详细设计。在静态建模中,讨论了对系统中的类和类间关系进行分析的方法,用类图和类间关系图进行了举例描述。在动态建模中,使用时序图来描述对象之间动态的交互关系,使用协作图显示对象、对象间的链接以及链接对象间如何发送消息。使用状态图描述了类的所有对象可能具有的状态、引起状态变化的事件,以及对象状态和事件之间的关系。使用活动图表现系统中各种活动的次序。在系统数据库设计中,按照关系数据库的规范化设计理论对系统数据库模型进行了设计,并讨论了XML的数据存储和交换方式。 接下来,在详细设计的基础上,讨论了系统各模块的实现以及测试。系统实现主要讨论系统的三个核心模块,即数据采集、数据分析和制图的实现过程和技术难点。在数据采集模块的实现中,讨论了使用Zigbee无线网络传输指令和数据的方法,以及对实现过程中遇到的一个硬件兼容问题的解决方法。另外,还讨论了根据地电信号特点设计的一种采集算法。在数据分析模块的实现中,讨论了自动进行异常判定的分析方法。在制图模块中,介绍了调用Matlab软件制作图形的方法。在系统测试中,讨论了根据本系统特点选择的测试方法。 最后,本文对基于zigbee网络的三维电法勘探系统的应用前景和发展方向进行了讨论。
水声信号采集系统设计与实现
这是一篇关于海洋,水听器,信号采集,水声信号,STM32的论文, 主要内容为海洋是一个新兴的具有战略意义的开发领域,关系国防安全,民族振兴。海洋水声信号作为海洋环境中一个重要的声学特征,对其的研究探索对海洋开发具有重要的意义。目前,水声信号采集系统多为高频、非自容式设备,但对低频水声信号的研究同样重要。随着对低频水声信号的研究逐渐迫切,本文将实现一种在水下作业的针对低频水声信号进行采集的自容式设备。主要包括以下内容:(1)论文首先基于海洋多变环境下的低频水声信号采集技术重难点,确定水声信号采集系统的技术指标和设计方案。(2)系统在硬件设计方面选用高灵敏度水听器采集水声信号。设计放大电路对采集信号进行放大处理;设计滤波电路滤除干扰信号;设计电压转换电路实现电压信号的转换,并通过Simulink仿真电路验证设计电路的正确性。为实现系统低功耗运行,选用STM32F407作为主控芯片;为采集高分辨率水声信号,选用ADS1256作为模数转换芯片;最后选用SD卡作为存储介质,完成数据实时且高速的存储。(3)系统的软件设计主要包括下位机和上位机的开发,下位机中主要完成系统外设的驱动开发。此外,本文依据本次设计系统对水声信号采集存储的特点,对传统的乒乓缓存法进行升级来处理数据。升级后的乒乓缓存法在保证数据无失点的前提下,进一步减少程序的占用内存,极大提高了系统工作效率。为保证对系统参数设置和数据读取的方便性,设计上位机软件提供人机交互服务。(4)系统的机械结构设计主要包括水听器保护架和耐压仓。首先,针对水听器在海洋复杂环境中易受损等问题,本文创新性的设计一款含弹簧机构的水听器保护支架,增加水听器可靠性并延长其使用寿命,确保测试任务顺利进行。其次,设计一款耐压仓,对其进行强度计算,验证结构的合理性;并进行密封处理,确保电子元器件在高压环境下稳定工作。(5)最后进行水声信号采集系统各模块的测试,完成系统的功耗测试、震动测试、千岛湖测试和打压测试,测试表明本文的硬件电路系统设计、软件开发和机械结构设计都符合技术指标要求,能够在海洋复杂环境中作业。
加工中心进给系统健康状态评估
这是一篇关于进给系统,信号采集,特征值筛选,健康状态评估,系统设计的论文, 主要内容为进给系统作为数控机床的子系统,其可靠性能够直接影响被加工件精度,其重要程度不言而喻。当进给系统发生故障时,需要进行停机检修,这在降低工作效率的同时,也会导致维护成本增加。通过对进给系统退化过程进行监测及健康状态评估,能够合理制定预防维修策略,延长进给系统及整机的使用寿命。本文以进给系统为研究对象,在综合分析健康状态评估等相关技术的国内外研究现状的基础上,完成进给系统状态监测方案设计、健康状态评估及系统设计。(1)进给系统关键件及监测量的选取。从数控机床进给系统结构及工作原理着手,针对当前机电设备关键件的选取方式不能完整表达设备运行状态的缺陷,通过进给系统逆向FTF分析,完成进给系统关键件及监测量的选取,选择伺服系统、丝杠及轴承作为关键件,选择电流信号、振动信号作为监测量。(2)进给系统监测信息采集及信号处理。通过基于外置与内置传感器两种方法进行进给系统运行状态的信息采集,并对传感器的种类、测点的选择以及数据传输至PC端的方式进行选择,最终对加工参数及工况等进行设计,从而输出进给系统状态监测方案并进行信号采集。通过EEMD结合小波阈值的方法完成对原始信号预处理得到重构信号,计算其时域、频域上的特征值并用PCA算法进行筛选。(3)进给系统健康状态评估及系统设计。以PCA筛选的特征值为评价指标,以进给系统关键件为评价对象,建立进给系统的二次健康状态评估指标,利用距离组合赋权和灰色模糊法进行关键部件及进给系统的健康状态的评估,获取各关键部件及进给系统的健康状态。基于数控机床健康评估的实时性需求,进行健康状态评估系统设计。以B/S结构作为健康状态评估系统的整体架构,软件平台开发中的前端选择node作为环境配置进开发,后端设计使用spring boot框架,使系统具备基本管理、检测与警报及健康状态评估功能。本文提出的进给系统健康评估方法及系统设计,能够有效对进给系统的退化程度进行监测和健康状态的实时显示,解决只能依赖历史数据进行故障预警的情况,具有广泛的应用价值。
船舶振动信号采集与降噪处理系统设计与实现
这是一篇关于船舶振动,信号采集,噪声建模,小波降噪,经验模态分解的论文, 主要内容为船舶的动力机械会在运行中产生各种振动,通过对振动信号的分析,既可以判断船舶是否存在故障,又有助于减小船舶振动以提高船舶寿命以及隐蔽性,在分析振动信号前首先要对振动信号进行采集,然而采集过程中会将环境噪声以及采集系统内部噪声混入振动信号中,需要使用降噪处理手段去掉混入振动信号的噪声,因此设计一个船舶振动信号采集与降噪处理系统具有重要意义。本文基于对系统功能和指标需求的分析,设计了系统总体方案并对系统各个模块的组成及功能进行详细的说明,对系统内部噪声进行分析与建模,阐述了本文降噪算法中使用的经验模态分解及其相关技术。对系统硬件部分进行器件选型并完成其外围电路的搭建,系统硬件包括模数转换模块、信号调理模块、控制与传输模块以及低噪声电源模块,在系统硬件设计完成后对系统内部总体噪声进行计算与评估。噪声按频带范围可分为信号带宽内噪声和信号带宽外噪声,在系统降噪处理部分分别使用不同方法降低带宽内噪声和带宽外噪声。对于带宽外噪声,本文采用了Sinc5抽取低通滤波、FIR低通滤波器进行滤除。对于带宽内噪声,本文设计了一种互补集合经验模态分解联合小波降噪算法进行降噪。由于系统硬件部分存在的误差会影响采集精度,本文采用了基于最小二乘法线性回归函数来补偿误差。本文从降噪处理模块性能和系统指标对系统进行实验测试,降噪处理模块性能测试包括对巴特沃斯滤波器、Sinc5滤波器、FIR滤波器以及本文降噪算法的测试,系统指标测试包括对直流精度、交流精度、系统底噪以及动态范围的测试。实验结果表明,本文设计的系统满足设计要求。
新型矿井应急救援指挥通信系统关键技术研究
这是一篇关于矿井应急救援指挥,信号采集,信息流,休眠唤醒的论文, 主要内容为论文以第一代应急救援指挥通信系统为研究基础,依据国家矿山事故灾难应急预案和救护规程的相关规定,分析煤矿企业应急救援指挥流程和信息流传输方向,提出新型救援指挥通信系统的模型。新型系统增加了井上指挥基站,远程指挥站组成,采用三级指挥机制,除具有一般系统的语音视频通信功能外,还具有休眠唤醒、双向视频和多参数环境监测功能。 在系统设计实现过程中,把现有ADSL网络扩展,在保证带宽的情况下,有效延伸网络覆盖范围;USB电池电量采集模块绝对误差≤0.002,相对误差≤0.05257%,超过了预定指标;USB声音采集传输模块工作在500Hz～1500Hz时,声音效果较好,位于人正常通话的最佳频段;休眠状态救援终端工作电流为20mA,功耗为正常工作时的1/40,休眠唤醒功能延长了电池单次工作时间,发挥多次持续作业的优点;经过长期现场验证,新型系统符合应急指挥流程及救援人员实际需要,功能更加完善,实用性更强。
基于B/S架构的桥梁检测软件系统
这是一篇关于B/S架构,远程检测,ASP.NET,Delphi,信号采集的论文, 主要内容为桥梁,作为日常生活中常见的建筑,解决了城市交通拥挤的问题,为城市的交通运输提供了很大的方便。桥梁的安全直接关系到人们的人身安全,因此,桥梁检测系统的研制成为了国内外桥梁科研技术人员的研究热点。随着人们对桥梁安全性的重视,许多桥梁检测系统相继诞生。 本设计应用Web技术开发一套基于B/S架构的桥梁检测软件系统,目的是实现不同的桥梁养护技术人员,可以在不用的工作地点,通过不同的浏览器登录同一个服务器,对同一个桥梁信息数据库进行访问,实现对桥梁状态的远程检测,确保桥梁的性能分析和检测工作得以同步。 本文首先介绍了桥梁检测系统的背景和Web程序的开发技术,阐明了将Web技术应用到桥梁检测系统中的重要意义。然后,从总体设计入手,确定本系统的每个功能模块,主要模块有：信号采集与处理软件、数据库设计、网络服务器应用程序设计。接着,详细描述了每个模块应用的技术和设计过程,重点介绍了三层架构、SQL Server数据库操作、ASP.NET网页设计、Silverlight技术绘图、Delphi界面设计等。最后,根据本系统在服务器与客户端调试过程中遇到的问题,提出本设计中需要以后进一步改进的地方。 本系统设计的结果表明：应用ASP.NET技术建立B/S架构的桥梁检测软件系统是可行的,因为这样不仅可以灵活发挥了.NET、Silverlight、Ajax、JavaScript等强大的新型网络编程能力,还可以实现对桥梁状态的远程检测。另外,应用Delphi开发桥梁信号采集上位机也非常简单、灵活,并且它支持高效率的数据库操作和管理。所以,桥梁养护技术人员可以利用本系统及时地掌握桥梁的状态信息,从而确保桥梁的使用安全。
船舶振动信号采集与降噪处理系统设计与实现
这是一篇关于船舶振动,信号采集,噪声建模,小波降噪,经验模态分解的论文, 主要内容为船舶的动力机械会在运行中产生各种振动,通过对振动信号的分析,既可以判断船舶是否存在故障,又有助于减小船舶振动以提高船舶寿命以及隐蔽性,在分析振动信号前首先要对振动信号进行采集,然而采集过程中会将环境噪声以及采集系统内部噪声混入振动信号中,需要使用降噪处理手段去掉混入振动信号的噪声,因此设计一个船舶振动信号采集与降噪处理系统具有重要意义。本文基于对系统功能和指标需求的分析,设计了系统总体方案并对系统各个模块的组成及功能进行详细的说明,对系统内部噪声进行分析与建模,阐述了本文降噪算法中使用的经验模态分解及其相关技术。对系统硬件部分进行器件选型并完成其外围电路的搭建,系统硬件包括模数转换模块、信号调理模块、控制与传输模块以及低噪声电源模块,在系统硬件设计完成后对系统内部总体噪声进行计算与评估。噪声按频带范围可分为信号带宽内噪声和信号带宽外噪声,在系统降噪处理部分分别使用不同方法降低带宽内噪声和带宽外噪声。对于带宽外噪声,本文采用了Sinc5抽取低通滤波、FIR低通滤波器进行滤除。对于带宽内噪声,本文设计了一种互补集合经验模态分解联合小波降噪算法进行降噪。由于系统硬件部分存在的误差会影响采集精度,本文采用了基于最小二乘法线性回归函数来补偿误差。本文从降噪处理模块性能和系统指标对系统进行实验测试,降噪处理模块性能测试包括对巴特沃斯滤波器、Sinc5滤波器、FIR滤波器以及本文降噪算法的测试,系统指标测试包括对直流精度、交流精度、系统底噪以及动态范围的测试。实验结果表明,本文设计的系统满足设计要求。
水声信号采集系统设计与实现
这是一篇关于海洋,水听器,信号采集,水声信号,STM32的论文, 主要内容为海洋是一个新兴的具有战略意义的开发领域,关系国防安全,民族振兴。海洋水声信号作为海洋环境中一个重要的声学特征,对其的研究探索对海洋开发具有重要的意义。目前,水声信号采集系统多为高频、非自容式设备,但对低频水声信号的研究同样重要。随着对低频水声信号的研究逐渐迫切,本文将实现一种在水下作业的针对低频水声信号进行采集的自容式设备。主要包括以下内容:(1)论文首先基于海洋多变环境下的低频水声信号采集技术重难点,确定水声信号采集系统的技术指标和设计方案。(2)系统在硬件设计方面选用高灵敏度水听器采集水声信号。设计放大电路对采集信号进行放大处理;设计滤波电路滤除干扰信号;设计电压转换电路实现电压信号的转换,并通过Simulink仿真电路验证设计电路的正确性。为实现系统低功耗运行,选用STM32F407作为主控芯片;为采集高分辨率水声信号,选用ADS1256作为模数转换芯片;最后选用SD卡作为存储介质,完成数据实时且高速的存储。(3)系统的软件设计主要包括下位机和上位机的开发,下位机中主要完成系统外设的驱动开发。此外,本文依据本次设计系统对水声信号采集存储的特点,对传统的乒乓缓存法进行升级来处理数据。升级后的乒乓缓存法在保证数据无失点的前提下,进一步减少程序的占用内存,极大提高了系统工作效率。为保证对系统参数设置和数据读取的方便性,设计上位机软件提供人机交互服务。(4)系统的机械结构设计主要包括水听器保护架和耐压仓。首先,针对水听器在海洋复杂环境中易受损等问题,本文创新性的设计一款含弹簧机构的水听器保护支架,增加水听器可靠性并延长其使用寿命,确保测试任务顺利进行。其次,设计一款耐压仓,对其进行强度计算,验证结构的合理性;并进行密封处理,确保电子元器件在高压环境下稳定工作。(5)最后进行水声信号采集系统各模块的测试,完成系统的功耗测试、震动测试、千岛湖测试和打压测试,测试表明本文的硬件电路系统设计、软件开发和机械结构设计都符合技术指标要求,能够在海洋复杂环境中作业。
回旋行波管检波信号采集与处理系统的设计与实现
这是一篇关于回旋行波管,检波信号,信号采集,数据处理,小波阈值去噪的论文, 主要内容为回旋行波管是一种工作在毫米波以及亚毫米波频段的真空器件,广泛应用在无线通信、高分辨率雷达以及电子战等领域。回旋行波管在出厂交付用户前必须进行高频测试,以保证回旋行波管能够在规定或者最佳的特性参数下连续稳定工作。现有高频测试系统通过观察回旋行波管检波信号波形进行饱和输出功率特性的调试,典型高频测试系统采用体积大、价格高的示波器对回旋行波管检波信号进行采集,不利于系统的小型化与集成化。并且示波器受到仪器本身时基长度限制,只能在屏幕中显示检波信号的几个周期,不利于特性参数的高效率调试。此外,检波信号会受到噪声影响而产生信号波动现象,使得高频测试得到的饱和输出功率特性结果不准确,不准确的测试会导致回旋行波管无法发挥最大性能甚至会对回旋行波管造成损害。因此设计一种能够解决上述问题的回旋行波管检波信号的采集与处理系统十分有必要。本文设计了一种集成信号调理、信号采集、数据处理与传输的回旋行波管检波信号的采集与处理的硬件系统,实现了对不同重频和占空比的检波信号的采集。同时本文基于FPGA对采集到的含有噪声的回旋行波管检波信号进行降噪处理,降噪算法采用了小波阈值算法以及LMS算法。此外针对检波信号特征,本文对小波阈值算法中的阈值函数进行优化,提出了一种自定义阈值函数,该自定义阈值函数可以更好地提高含噪检波信号的SNR以及降低MSE,仿真实验表明SNR和MSE分别优化了21.55%以及47.86%,性能优于传统的软硬阈值函数处理效果。最终本文在FPGA上实现了采用Haar小波基函数、2层分解层数、Visu Shrink阈值以及自定义阈值的小波阈值降噪模块以及其它算法模块,对检波信号实现了有效的降噪处理。最终系统整体测试结果表明信号采集单板的采集链路可以正常对检波信号进行采集并传输至FPGA。FPGA实现的控制以及算法功能得到验证,并且可以很好地在实际工作环境中对检波信号进行采集、处理以及传输。该系统成本低,便携性强、实现了对回旋行波管检波信号的降噪处理,具有十分重大的工程价值和意义。
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