本文關(guān)鍵詞：基于FPGA及OFDM的礦用動(dòng)力載波通信系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：目前,煤礦井下通信網(wǎng)絡(luò)已延伸至順槽,但由于綜合采煤面環(huán)境惡劣,采煤機(jī)與順槽之間的通信長期以來是礦井下通信的難點(diǎn),因此實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)與順槽之間有效的數(shù)據(jù)交換,對實(shí)現(xiàn)綜采自動(dòng)化,以及高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、高效的開采工藝具有重要的意義。而融合了信道編碼的OFDM技術(shù)已經(jīng)逐漸成為第三代PLC(電力線載波通信)核心技術(shù),已逐漸被推廣到路燈控制、礦井通信等領(lǐng)域,應(yīng)用前景十分廣闊。本論文采用了最新發(fā)布的G3-PLC窄帶電力線載波通信協(xié)議、信道編碼OFMD調(diào)制技術(shù)、CAN總線技術(shù),基于FPGA和dsPIC33F系列器件設(shè)計(jì)了一款礦用動(dòng)力線載波通信數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),用于煤礦綜合采煤工作面的采煤機(jī)與順槽監(jiān)控中心之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸。在本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中,主要采用Altera公司Cyclone III系列EP3C80F780C8N芯片作為G3-PLC協(xié)議的基帶編碼、解碼核心；以Microchip公司的dsPIC33FJ64GP706A芯片作為CAN總線網(wǎng)絡(luò)的主處理器；并對系統(tǒng)的部分硬件模塊的實(shí)現(xiàn)原理、過程進(jìn)行了詳細(xì)的分析、描述。其中電路模塊主要包括DAC輸出驅(qū)動(dòng)增強(qiáng)及外圍電路、差分電流轉(zhuǎn)單端電壓電路、6階Sallen-Key結(jié)構(gòu)有源低通濾波器電路、單端信號轉(zhuǎn)差分信號電路、ADC前端驅(qū)動(dòng)及接口電路、動(dòng)態(tài)調(diào)整范圍達(dá)80dB(-25dB-55dB)的AGC自動(dòng)增益控制電路、CAN總線隔離接口電路、高壓耦合電路等,同時(shí)在附錄給出了電源的“軟啟動(dòng)”控制電路。在本文的軟件設(shè)計(jì)中,首先在MATLAB平臺采用Zadoff-Chu序列重新設(shè)計(jì)了幀同步前導(dǎo),并對幀同步前導(dǎo)、G3-PLC載波協(xié)議進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。然后通過MPLAB IDE 8.90集成開發(fā)環(huán)境、XCl6 C語言編譯器,采用C語言完成了基于dsPIC33FJ64GP706A控制器的CAN總線波特率自適應(yīng)算法編程以及數(shù)據(jù)的接收、轉(zhuǎn)發(fā)主控程序編寫,測試了自適應(yīng)檢測時(shí)間。最后在Altera公司的Quartus Ⅱ 9.0平臺上,采用Verilog語言完成了基于Coded-OFDM的G3-PLC協(xié)議的基帶編碼、解碼算法,對其中的加擾、解擾、幀前導(dǎo)輸出、添加循環(huán)前綴與加窗、幀組合輸出、IFFT/FFT接口處理、基于延時(shí)自相關(guān)的粗同步算法、基于本地互相關(guān)的細(xì)同步算法、DQPSK/DBPSK解映射模塊實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行了詳細(xì)的分析、說明,并在Modelsim SE 10.1c仿真平臺下對以上模塊進(jìn)行了仿真。最后,本文搭建了2套系統(tǒng)硬件平臺,使用VS2008軟件設(shè)計(jì)了一款上位機(jī)測試軟件,對系統(tǒng)進(jìn)行了模擬對接整機(jī)單向通信測試,包括系統(tǒng)的幀誤碼率、丟幀率、累計(jì)錯(cuò)幀率等。結(jié)果表明,系統(tǒng)空載發(fā)射峰峰值達(dá)到19.8V,CAN總線波特率自適應(yīng)檢測正確,整機(jī)通信鏈路正常,編解碼正確,幀誤碼率、丟幀率、錯(cuò)幀率為0,達(dá)到了系統(tǒng)樣機(jī)初期設(shè)計(jì)效果。
【學(xué)位授予單位】：廣西師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD655;TN913.6

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1 李文江;閆孝p，

本文編號：1160642