本文關(guān)鍵詞：超聲波穿厚壁通信信道自適應(yīng)均衡和能量采集技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 超聲波穿墻通信 System Generator LMS 自適應(yīng)均衡 回波消除 能量采集

【摘要】：由于超聲波在金屬厚壁中損耗較小,信號不受電磁屏蔽影響,因此超聲波信號非常適合作為特殊環(huán)境下的信號載波。本文設(shè)計了一種超聲波穿金屬厚壁自適應(yīng)通信系統(tǒng),利用自適應(yīng)回波抵消技術(shù)提高數(shù)據(jù)傳送速度,同時采集振動能量用于系統(tǒng)自供電。通過分析超聲波換能器的特性,從配置結(jié)構(gòu)、阻抗匹配、頻率共振等方面對超聲波換能器發(fā)射和接收結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化,以達到較高的能量傳遞效率。根據(jù)超聲波在信道中傳遞的特點,提出一種有指導(dǎo)的自適應(yīng)均衡方案對回波進行抵消。采用基于LMS的自適應(yīng)濾波器用以辨識超聲波信道,并在FPGA中通過軟消除的方法消除回波。基于System Generator開發(fā)環(huán)境對算法進行了仿真和實現(xiàn),通過參數(shù)化封裝實現(xiàn)了高階濾波器的自動繪制。通過仿真驗證了設(shè)計的有效性,并且根據(jù)仿真反饋的參數(shù)對系統(tǒng)進行相應(yīng)的優(yōu)化和調(diào)整。根據(jù)墻內(nèi)模塊處于封閉空間中需自供電的需求,墻內(nèi)模塊收集超聲振動的能量,經(jīng)整流后儲存在超級電容中為模塊供電。為保證電容能夠在設(shè)定的安全電壓范圍內(nèi),并為墻內(nèi)模塊提供電能,設(shè)計了相應(yīng)的電源管理電路。根據(jù)墻內(nèi)與墻外的不同環(huán)境,分別設(shè)計了墻內(nèi)、墻外發(fā)射接收模塊以及墻內(nèi)能量采集模塊。墻外發(fā)射模塊采用基于FPGA的數(shù)字信號發(fā)生器產(chǎn)生波形,通過濾波、電壓放大及功率放大實現(xiàn)對換能器的激勵,并采用模數(shù)轉(zhuǎn)換、電壓放大實現(xiàn)對墻內(nèi)上傳信息的接收。墻內(nèi)模塊通過以MSP430為核心的電路在功耗較低的前提下實現(xiàn)了信號的接收和發(fā)送任務(wù)。最后,通過仿真驗證了自適應(yīng)均衡器的正確性。并通過設(shè)計搭建了相應(yīng)的硬件電路,使其能夠?qū)崿F(xiàn)信號以超聲波作為載波傳遞信息,以達到70kbps的信號傳輸速率。
【關(guān)鍵詞】：超聲波穿墻通信 System Generator LMS 自適應(yīng)均衡 回波消除 能量采集
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB552
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-15
• 1.1 背景和意義8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢9-14
• 1.3 主要研究內(nèi)容14-15
• 2 超聲波信道特性及配置15-25
• 2.1 超聲波換能器特性15-18
• 2.1.1 超聲波換能器阻抗匹配15-17
• 2.1.2 超聲波換能器頻率特性17-18
• 2.2 厚壁對超聲波穿墻通信性能的影響18-24
• 2.2.1 回波的形成機理及消除方法18-23
• 2.2.2 多層厚壁對超聲波穿墻信號的衰減測試23-24
• 2.3 本章小結(jié)24-25
• 3 自適應(yīng)信道均衡器理論分析、仿真及實現(xiàn)25-46
• 3.1 基于自適應(yīng)均衡器的回聲抵消技術(shù)方案分析25-30
• 3.1.1 信道辨識方法及自適應(yīng)均衡器的提出25-27
• 3.1.2 基于LMS的自適應(yīng)均衡器27-29
• 3.1.3 自適應(yīng)均衡回波消除程序29-30
• 3.2 基于System Generator的均衡器模型建立30-39
• 3.2.1 橫向均衡器模型30-32
• 3.2.2 均衡器的自動繪制及封裝32-35
• 3.2.3 脈沖激勵延遲模塊35-36
• 3.2.4 濾波器離線輸出控制模塊36-37
• 3.2.5 回聲消除模塊37
• 3.2.6 峰值檢測模塊37-39
• 3.3 自適應(yīng)信道均衡器仿真39-45
• 3.3.1 基于System Generator的自適應(yīng)均衡器仿真結(jié)果分析39-44
• 3.3.2 自適應(yīng)濾波器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化44-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 4 超聲波振動能量采集系統(tǒng)設(shè)計46-54
• 4.1 超聲波穿金屬厚壁能量采集系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)46-47
• 4.2 能量采集模塊前端電路設(shè)計47-50
• 4.3 能量采集電路設(shè)計50-53
• 4.4 本章小結(jié)53-54
• 5 系統(tǒng)發(fā)射接收硬件實現(xiàn)54-74
• 5.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)54-55
• 5.2 超聲波通信墻外模塊設(shè)計55-69
• 5.2.1 墻外發(fā)射模塊55-64
• 5.2.2 墻外接收模塊64-69
• 5.3 超聲波通信墻內(nèi)模塊設(shè)計69-73
• 5.3.1 墻內(nèi)發(fā)射模塊69-70
• 5.3.2 墻內(nèi)接收模塊70-72
• 5.3.3 墻內(nèi)模塊多路選通設(shè)計72-73
• 5.4 本章小結(jié)73-74
• 6 結(jié)論74-76
• 6.1 研究工作總結(jié)74-75
• 6.2 后續(xù)工作猜想75-76
• 致謝76-77
• 參考文獻77-81
• 附錄81-83
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果83

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 朱冰蓮;程聯(lián)營;孔杰;;基于分布式算法的高階FIR濾波器及其FPGA實現(xiàn)[J];電訊技術(shù);2006年02期

2 張立萍;;標(biāo)準(zhǔn)串行LMS自適應(yīng)濾波器的MATLAB實現(xiàn)[J];赤峰學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2013年19期

3 朱洪濤,嚴(yán)國萍;基于自適應(yīng)濾波的信號處理系統(tǒng)建模及其系統(tǒng)實現(xiàn)[J];儀器儀表學(xué)報;2003年S1期

4 殷海波;許果;王廣君;;基于單片機和FPGA的任意頻率發(fā)生器設(shè)計[J];自動化技術(shù)與應(yīng)用;2010年04期

，

本文編號：852694