為了與有纜數(shù)據(jù)通信技術(shù)優(yōu)勢互補,提高工業(yè)控制模塊組的無線互聯(lián)能力,短距離無線透明傳輸技術(shù)的研究成為關(guān)鍵熱點問題。本文的目的是深入探討無線透明傳輸技術(shù)的實現(xiàn)方法和應(yīng)用價值,選擇合適的無線通信手段彌補現(xiàn)有設(shè)備的不足,并研制出相應(yīng)的原理樣機驗證本次論文技術(shù)研究的正確性。本文分析了現(xiàn)有的一些無線透明傳輸設(shè)備在設(shè)計上的不足和功能上的缺陷,擬定了本次課題需要實現(xiàn)的技術(shù)指標(biāo)。本文首先對透明傳輸?shù)脑磉M行了介紹,對比分析多種無線通信手段的技術(shù)特點,明確了無線透明傳輸技術(shù)對于現(xiàn)代工業(yè)體系的重要性。最終結(jié)合實際背景需求,選擇UWB技術(shù)和基于IEEE 802.11a協(xié)議的5GHz頻段Wi-Fi技術(shù)進行短距離無線數(shù)據(jù)透明傳輸研究。本次論文研究從硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩方面入手,完成了總體方案設(shè)計,確定了從無線透明傳輸技術(shù)的原理研究到結(jié)合項目需求的無線透明傳輸原理樣機的實驗驗證的課題研究思路。在硬件設(shè)計中,本文應(yīng)用UWB技術(shù)和5GHz頻段Wi-Fi技術(shù)進行了無線透明傳輸模塊組原理樣機整體的硬件框架結(jié)構(gòu)設(shè)計,完成了主控制器電路設(shè)計、通信接口電路設(shè)計、電源模塊電路設(shè)計、無線射頻模塊電路設(shè)計、微帶天線設(shè)計,充分將上述兩種無線通信手段的優(yōu)勢應(yīng)用到無線透明傳輸技術(shù)開發(fā)中。在軟件設(shè)計中,本文基于FPGA主控器完成了整體固件設(shè)計,并對接口邏輯程序和數(shù)據(jù)無線透明傳輸控制程序設(shè)計進行了詳細的介紹。最終通過軟硬件協(xié)同的設(shè)計方法,完成了無線透明傳輸技術(shù)的論證開發(fā)。為了驗證本次論文設(shè)計的正確性,結(jié)合項目背景,應(yīng)用實際的測試數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點搭建了測試驗證平臺,通過相關(guān)技術(shù)指標(biāo)確定了測試內(nèi)容。對無線透明傳輸模塊組原理樣機進行了系統(tǒng)調(diào)試,并對多項功能和性能指標(biāo)進行了測試。測試結(jié)果表明,本次課題設(shè)計的無線透明傳輸模塊組能夠滿足各項技術(shù)指標(biāo)要求,UWB技術(shù)和5GHz頻段Wi-Fi技術(shù)在無線透明傳輸中的應(yīng)用可行性得到驗證,為后續(xù)研究奠定了基礎(chǔ),提供了技術(shù)思路。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN92
【部分圖文】：

度也能達到 20Mbps 以上的需求，在速率和穩(wěn)定性上有明顯的優(yōu)勢。而且更為的是，IEEE 802.11a 工作于更為寬松的 5GHz 頻段，擁有 12 條非重疊信道，地避免了同頻段信道之間的互相沖突干擾[31]。綜上所述，相比于傳統(tǒng)的 Wi-Fi 技術(shù)，基于 IEEE 802.11a 協(xié)議的 5GHz 頻段Fi 技術(shù)具備傳輸速率高，抗干擾能力強，且頻帶資源豐富等一系列優(yōu)點，是一常適合應(yīng)用于短距離無線數(shù)據(jù)透明傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)，具備良好的開發(fā)前景。 總體方案設(shè)計根據(jù)前面的需求分析，明確了本次短距離測試數(shù)據(jù)無線透明傳輸技術(shù)研究的需要，選擇采用兩種無線通信手段同時進行原理驗證和實驗開發(fā)，本次研究方期將如圖 2-2 所示的受限艙段內(nèi)原本基于有線形式進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻攲釉O(shè)備為如圖 2-3 所示的基于無線形式的數(shù)據(jù)透明傳輸設(shè)備，本文設(shè)計的無線透明傳塊組由 M 模塊和 S 模塊構(gòu)成，在不對模塊組的綜合控制層進行修改的情況下對頂層的有線接口部分進行無線透明傳輸模塊組原理樣機的替換，完成無線傳輸理論結(jié)合實際的實驗驗證。原有線形式數(shù)據(jù)傳輸

圖 2-3 改進后的無線透明傳輸模塊組由總體方案設(shè)計需求可看出，本課題需要完成硬件模塊及軟件程序兩部制和開發(fā)，接下來針對這兩方面的總體方案進行具體的設(shè)計。.4.1 硬件總體方案設(shè)計目前常用于嵌入式工程設(shè)計中的控制器芯片主要分為四大類：現(xiàn)場可編列(FPGA)、ARM 處理器、DSP 以及單片機。單片機主要應(yīng)用于低成本的小系統(tǒng)工程中，然而單片機自身特有的流水線式結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其數(shù)據(jù)處理過程中天的缺陷。本課題設(shè)計的無線透明傳輸模塊中的主控器需要完成大量的數(shù)和傳輸工作，而且數(shù)據(jù)緩存具有一定突發(fā)性，測試數(shù)據(jù)發(fā)送端在上電工作后時會需要進行數(shù)據(jù)傳輸操作，因此無線透明傳輸模塊的主控芯片需要始終試數(shù)據(jù)發(fā)送端的數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的空滿狀態(tài)，以此決定是否開始點數(shù)據(jù)并啟動無線數(shù)據(jù)傳輸，避免造成數(shù)據(jù)溢出丟失。因此如果選擇 ARM 為主控器，為保證數(shù)據(jù)讀取的實時性，需要采用中斷方式讀取數(shù)據(jù)，從而嚴(yán)系統(tǒng)運行效率。而 DSP 側(cè)重于對數(shù)據(jù)的處理，內(nèi)部流水線工作形式，能夠

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文較高的傳輸速率保證有線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為無線數(shù)據(jù)時不出現(xiàn)丟失有線設(shè)備連接的通信接口電路設(shè)計上也要結(jié)合課題需求，設(shè)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互的功能。最后在天線的外觀上，我們應(yīng)當(dāng)盡量空間資源，將天線設(shè)計成與設(shè)備外殼一體的板載寬波束小述對現(xiàn)有無線透明傳輸設(shè)備缺點的分析，為了彌補不足，滿明傳輸模塊組原理樣機的硬件結(jié)構(gòu)進行了整體設(shè)計。
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本文編號：2839310