面向切削過程的WSN數(shù)傳技術(shù)研究.pdf

1、本文對貼近切削加工位置獲取多物理參數(shù)的多參數(shù)傳感器系統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)進行了研究,并研制了一套面向切削過程監(jiān)控的WSN(Wireless Sensor Network)數(shù)傳系統(tǒng)。
　　本文在對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)各關(guān)鍵技術(shù)特別是硬件技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行分析的基礎(chǔ)之上,詳細(xì)研究了WSN數(shù)傳系統(tǒng)中軟硬件的原理。設(shè)計了一個由低功耗數(shù)傳節(jié)點和數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點組成的WSN數(shù)傳系統(tǒng)。采用CC1110芯片作為核心設(shè)計了WSN節(jié)點的射頻收發(fā)電路

2、,并針對收發(fā)電路設(shè)計了一個精簡的、能量高效的通信協(xié)議及其配套的上位機監(jiān)控軟件。
　　為提高無線信號的信噪比,提高通信可靠性,本文采用基于S參數(shù)的等功率增益圓的方法設(shè)計了一個甲類線性射頻功率放大器,并在ADS軟件中搭建模型對其進行仿真和優(yōu)化。根據(jù)功放管的靜態(tài)工作點,為該功放電路設(shè)計了晶體管有源偏置電路。對功放電路進行試制并調(diào)試之后,經(jīng)測試,功放功率增益達到18.20dB,接近仿真得到的最大功率增益值。同時,該功放輸出功率、輸入輸出電

3、壓駐波比和輸入輸出回波損耗等指標(biāo)也都接近設(shè)計值,滿足系統(tǒng)需求。另外,本文還對射頻扼流圈和旁路電容的頻率特性進行了研究。
　　射頻巴倫是負(fù)責(zé)平衡射頻信號與非平衡射頻信號之間轉(zhuǎn)換的部件。在對各種常見的巴倫電路形式進行分析研究的基礎(chǔ)之上,本課題設(shè)計了一種LC巴倫電路,并對其進行了S參數(shù)仿真。經(jīng)過試制和優(yōu)化,該巴倫電路平均插入損耗達到2.27dB,性能接近成品LTCC巴倫。
　　低噪聲放大器可以有效提高節(jié)點接收靈敏度,提高抗干擾能力

4、。本文以集成低噪聲放大器芯片為核心,以外圍低噪聲電源電路、匹配電路和射頻濾波電路為輔助,構(gòu)建了一個WSN節(jié)點的低噪聲放大電路。該電路小信號增益達到16.73dB。
　　最后,在上述各部件的設(shè)計基礎(chǔ)之上,設(shè)計了WSN數(shù)傳系統(tǒng)低功耗節(jié)點和數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點的整體電路和PCB板,并進行了調(diào)試。為研究系統(tǒng)的抗干擾能力,設(shè)計了實驗對數(shù)據(jù)通信的誤碼率進行了測試。經(jīng)過測試,相對于無射頻前端電路的傳統(tǒng)WSN數(shù)傳系統(tǒng),本文中設(shè)計的數(shù)傳系統(tǒng)誤碼率明顯降低。