面向切削过程的WSN数传技术研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:MickeyMouse01
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本文对贴近切削加工位置获取多物理参数的多参数传感器系统的无线数据传输的关键技术进行了研究,并研制了一套面向切削过程监控的WSN(WirelessSensor Network)数传系统。本文在对无线传感器网络各关键技术特别是硬件技术的国内外研究现状进行分析的基础之上,详细研究了WSN数传系统中软硬件的原理。设计了一个由低功耗数传节点和数据汇聚节点组成的WSN数传系统。采用CC1110芯片作为核心设计了WSN节点的射频收发电路,并针对收发电路设计了一个精简的、能量高效的通信协议及其配套的上位机监控软件。为提高无线信号的信噪比,提高通信可靠性,本文采用基于S参数的等功率增益圆的方法设计了一个甲类线性射频功率放大器,并在ADS软件中搭建模型对其进行仿真和优化。根据功放管的静态工作点,为该功放电路设计了晶体管有源偏置电路。对功放电路进行试制并调试之后,经测试,功放功率增益达到18.20dB,接近仿真得到的最大功率增益值。同时,该功放输出功率、输入输出电压驻波比和输入输出回波损耗等指标也都接近设计值,满足系统需求。另外,本文还对射频扼流圈和旁路电容的频率特性进行了研究。射频巴伦是负责平衡射频信号与非平衡射频信号之间转换的部件。在对各种常见的巴伦电路形式进行分析研究的基础之上,本课题设计了一种LC巴伦电路,并对其进行了S参数仿真。经过试制和优化,该巴伦电路平均插入损耗达到2.27dB,性能接近成品LTCC巴伦。低噪声放大器可以有效提高节点接收灵敏度,提高抗干扰能力。本文以集成低噪声放大器芯片为核心,以外围低噪声电源电路、匹配电路和射频滤波电路为辅助,构建了一个WSN节点的低噪声放大电路。该电路小信号增益达到16.73dB。最后,在上述各部件的设计基础之上,设计了WSN数传系统低功耗节点和数据汇聚节点的整体电路和PCB板,并进行了调试。为研究系统的抗干扰能力,设计了实验对数据通信的误码率进行了测试。经过测试,相对于无射频前端电路的传统WSN数传系统,本文中设计的数传系统误码率明显降低。
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