面向切削過程的WSN數(shù)傳技術研究.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鍵技術進行了研究,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絡各關鍵技術特別是硬件技術的國內外研究現(xiàn)狀進行分析的基礎之上,詳細研究了WSN數(shù)傳系統(tǒng)中軟硬件的原理。設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芯片作為核心設計了WSN節(jié)點的射頻收發(fā)電路

2、,并針對收發(fā)電路設計了一個精簡的、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,為該功放電路設計了晶體管有源偏置電路。對功放電路進行試制并調試之后,經測試,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也都接近設計值,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。
　　射頻巴倫是負責平衡射頻信號與非平衡射頻信號之間轉換的部件。在對各種常見的巴倫電路形式進行分析研究的基礎之上,本課題設計了一種LC巴倫電路,并對其進行了S參數(shù)仿真。經過試制和優(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,在上述各部件的設計基礎之上,設計了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,并進行了調試。為研究系統(tǒng)的抗干擾能力,設計了實驗對數(shù)據(jù)通信的誤碼率進行了測試。經過測試,相對于無射頻前端電路的傳統(tǒng)WSN數(shù)傳系統(tǒng),本文中設計的數(shù)傳系統(tǒng)誤碼率明顯降低。