检索结果-南通市图书馆

作者：宁涛中国地质大学

学位级别：硕士

第三代移动通信系统的安全机制是建立在第二代移动通信系统的安全基础之上的,继承了在GSM系统内已经证明是必要的安全元素,并确定和改进了第二代移动通信系统中已经存在的缺点。本文根据3GPP安全相关协议对接入网和核心网进行了深入的研... 详细信息

第三代移动通信系统的安全机制是建立在第二代移动通信系统的安全基础之上的,继承了在GSM系统内已经证明是必要的安全元素,并确定和改进了第二代移动通信系统中已经存在的缺点。本文根据3GPP安全相关协议对接入网和核心网进行了深入的研究,采用了流程形式化分析的方法对UMTS系统中的用户接入安全机制的安全性能进行了深入的研究分析,根据其存在的安全漏洞和安全性能方面的缺陷设计了改进方案解决了其存在安全漏洞,使系统的抗攻击能力更强,并且设计了具体的实施流程并解决了其中的关键技术。最后分析比较了GSM系统和UMTS系统漫游时,接入安全机制和安全上下文的变换规律和需要遵守的安全准则。本文具体的从UMTS系统的网络结构、UMTS系统的安全设计原则和目标、UMTS系统的安全结构、UMTS系统接入安全机制以及UMTS系统和GSM系统切换的安全特性这几方面进行了研究:(1)对UMTS系统的安全设计原则和安全目标进行了研究,根据GSM系统中存在的安全缺陷总结出了UMTS系统对GSM系统安全机制的改进和UMTS系统中可能存在的安全威胁。同时从逻辑结构和功能结构对UMTS系统的安全结构进行了研究,总结出了UMTS系统的安全特征。(2)对UMTS系统的接入安全机制进行了深入的研究,主要从用户身份识别机制、鉴权和密钥协商机制、空闲态本地鉴权机制、连接态本地鉴权机制等方面,对这些安全机制的功能、所到达的安全目标以及具体实施流程进行了分析、设计和实现。同时根据UMTS系统数据的保密性和完整性,设计了数据完整性和保密性的具体流程,并利用KASUMI内核算法设计了用于数据加密和完整性保护的算法。(3)对UMTS系统的接入安全机制的安全性能进行了深入的分析,总结出了接入安全机制在安全性能方面的缺陷,针对这些不同的安全缺陷提出了终端对网络认证机制的改进方案、终端用户安全鉴权方案、空闲态本地鉴权机制改进方案和连接态本地鉴权机制改进方案。本文主要从方案设计原理,具体实施流程和需要解决的关键技术等几方面对这些方案进行了设计实现。(4)对UMTS系统和GSM系统相互切换时的安全特性进行了研究,主要从终端设备中SIM或USIM卡中安全上下文的变化、VLR/SGSN之间切换时鉴权矢量的传输和UTRAN与GSM的BSS切换时安全上下文的变化这三方面对系统的安全特性进行了研究,总结出了在各种情况下系统所使用的安全上下文和在系统切换时系统的安全特性。

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同方学位论文库评论

基于ARM的数据采集系统的研究与开发

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作者：薛国将中国地质大学

学位级别：硕士

嵌入式系统作为计算机应用的一个崭新领域，以其高稳定性、高效率等优点被越来越多应用到各个领域。本文通过设计一种基于嵌入式系统的岩体力学性质检测系统，对岩体力学性质检测的试验数据进行采集和分析处理，来准确预测岩体在各种应... 详细信息

嵌入式系统作为计算机应用的一个崭新领域，以其高稳定性、高效率等优点被越来越多应用到各个领域。本文通过设计一种基于嵌入式系统的岩体力学性质检测系统，对岩体力学性质检测的试验数据进行采集和分析处理，来准确预测岩体在各种应力场作用下的形变与稳定性，进而为工程设计提供科学的理论依据。文中首先介绍了嵌入式系统的当前发展情况，并对嵌入式系统的开发及μC／OS-Ⅱ嵌入式操作系统进行简单介绍。然后结合课题需求，分析项目需求，提出设计方案。数据采集系统硬件部分详细地介绍了整个系统的实现原理和功能构架，设计了大量的外围电路模块，包括电源模块、存储模块、LCD显示模块、串口、USB HOST和JTAG调试模块等，并对开发中所涉及的LCD和USB关键技术，进行详细说明，给出具体实现方法。在软件部分的实现中，定制μC／OS-Ⅱ是一个复杂的过程，文中详细地介绍了实时操作系统内核μC／OS-Ⅱ的移植及其bootloader的开发;并在已完成工作的基础上进行了FLASH驱动程序、LCD驱动程序、USB HOST驱动程序的开发等。利用嵌入式实时操作系统的可裁剪性、可移植性和多任务等特点，不仅使其采集性能大幅度提高，而且使抗干扰能力和实时性显著增强。接着对数据采集系统进行各个功能模块的调试和整个系统的集成调试，并连接力学实验仪器对开发的数据采集系统进行性能指标检测。本文在嵌入式系统的基础上，针对岩体力学性质实验的实际需求，开发了一种数据采集系统，并详细介绍了整个系统的设计原理和实现过程;经过调试和大量的现场实验，取得较好效果。结果表明，本系统已经达到设计要求，满足了岩体力学性质检测技术的需求。最后，对论文进行了总结，介绍了本文完成的主要工作，说明了本文的特点和意义，同时指出了系统设计的不足和改进思路，为课题的进一步研究做了准备。

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基于嵌入式平台下便携式智能仪器的设计与研究

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作者：宋佳中国地质大学

学位级别：硕士

本文主要研究了基于嵌入式平台的便携式智能仪器的设计与实现。便携式智能仪器是在考虑到科研人员在室外、尤其是野外，测量分析条件不便的问题，而设计的具有信号采集、频谱分析、信号发生功能的低功耗、多用途的仪器设备。论文首先... 详细信息

本文主要研究了基于嵌入式平台的便携式智能仪器的设计与实现。便携式智能仪器是在考虑到科研人员在室外、尤其是野外，测量分析条件不便的问题，而设计的具有信号采集、频谱分析、信号发生功能的低功耗、多用途的仪器设备。论文首先介绍了智能仪器的概念、发展、特点和结构以及嵌入式系统的概念和组成，使大家对基于嵌入式技术的智能仪器的概念有一定认识。接着阐述了嵌入式系统的设计方法，对智能仪器作了需求分析，分别给出了仪器硬件和软件部分的总体设计方案，使大家对仪器的设计思想有简单的了解。然后，论文围绕仪器硬件平台和软件开发平台的设计搭建全面展开。先对ARM微处理器的内核结构作了简单介绍，并进行比较选型，确定了三星ARM7TDMI核的S3C44BOX处理器芯片作为嵌入式系统的核心;接着详细阐述了包括复位、晶振、FLASH、SDRAM、LCD和USB接口电路在内的外围电路的设计实现方法：针对仪器要求具备的信号采集和信号发生功能，也专门给出了信号采集和信号发生部分的电路设计。在搭建软件开发平台部分，先剖析了如何设计实现启动引导程序;接着阐述了仪器主要设备的驱动程序，建立了图形设备接口(GDI)并开发了图模工具软件加速图形开发，为方便上层应用程序的开发奠定了良好的基础：最后重点讲述了FAT16文件系统的原理，给出了详细的设计实现方法，解决了数据保存的问题。在设计好仪器软、硬件平台的基础上，本文紧接着重点分析了仪器功能应用程序的设计实现。包括开机主操作界面和各功能界面的设计，消息获取和处理的方法，利用GDI函数绘制各种曲线等。针对频谱分析模块，还详细介绍了FFT算法原理，并给出了程序源代码，对程序结果进行了验证。论文最后，对全文作了总结，列出了取得的研究成果并对今后的工作做了展望。

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基于声发射的多通道脆性材料破裂在线监测系统研究与设计

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作者：李亚敏中国地质大学

学位级别：硕士

脆性材料因具有良好的物理化学特性,而被广泛的应用在地质勘探、石油钻井、冶金机械、工业化工,乃至航空航天、生物医学、微电子等高新科技领域,特别是在极端环境下的应用具有不可替代性。在脆性材料内部微裂纹产生、裂纹扩展、断裂发... 详细信息

脆性材料因具有良好的物理化学特性,而被广泛的应用在地质勘探、石油钻井、冶金机械、工业化工,乃至航空航天、生物医学、微电子等高新科技领域,特别是在极端环境下的应用具有不可替代性。在脆性材料内部微裂纹产生、裂纹扩展、断裂发展的过程中,都会伴随有声发射现象。因此,声发射无损检测技术是研究脆性材料断裂演化过程的有力工具。本课题来源于国家自然科学基金科学仪器基础研究专款专项基金项目《5GPa高温高压流变仪技术研究和仪器研制》。5GPa高温高压流变仪是一种由机械系统、液压系统、加热系统、电子集成测控系统有机耦合而成的高精度的精密地学仪器,其内部高压容腔、压力变形杆均采用脆性材料超高强度碳化钨定制而成。长期工作在超高压高温环境下,容易出现容腔破裂、压杆崩裂等实验事故,不仅对实验结果产生影响,还有可能危及实验工作人员的生命安全。因此,本文提出了利用声发射无损检测技术,在流变仪高温高压实验过程中连续采集设备各部分工况,实现基于实时监测的智能损伤诊断系统,具有重大意义和实际应用前景。通过采集流变仪碳化钨压力杆和压力容腔的声发射信号,剔除噪声和其它信号,提取出所需要的脆性材料碳化钨的裂纹产生的声发射信号的特征,并进行深入的特征分析,掌握材料损伤破裂的发展阶段、原因及相应的表现特征。能够及时发现高压容腔和压力杆材料内部的微小裂纹,是防止恶性实验事故的发生的有效途径,为流变仪的系统维护、维修以及潜在故障的判断提供依据,并逐步缩小我国高温高压流变学与其他发达国家之间的差距。本文在对国内外现有声发射采集系统性能参数、价格等对比的基础上,结合本课题的功能需求及嵌入式处理器的优点,设计开发了一种基于声发射的多通道脆性材料破裂嵌入式在线监测系统,用于5GPa高温高压流变仪实验实时工况检测。本系统设计采用模块化设计思想,硬件部分主要由声发射传感器、前置放大器、声发射数据采集卡和通信模块组成。其中,声发射数据采集卡是整个设计的核心,主要包括主控模块、信号调理模块、A/D转换模块、存储模块、485通信模块、报警模块、参数设置模块以及电源模块。软件部分主要包括下位机程序设计、上位机接口程序设计及PC端数据处理程序设计。声发射传感器采用PXR系列谐振式高灵敏度传感器,用来采集脆性材料崩裂产生的声发射信号。前置放大模块设计选用凌特公司LTC6241双路低噪声、轨至轨CMOS运算放大器芯片,设计单电源电平抬升放大电路,放大增益为20dB。声发射数据采集卡主控模块采用Cortex-M3内核的高性能ARM芯片的STM32F103VET作为核心处理器,实现系统的智能控制;信号调理模块采用两片双通道低噪声、轨至轨运算放大器LTC6241,实现信号的二阶带通滤波和交流放大;A/D转换模块采用STM32内部自带的A/D,并设计采用LTC6702快速、微功率比较器进行比较触发A/D采样,避免数据量过大消耗控制器资源;数据存储模块采用SD卡存储形式,实现采样数据的自动存储;通信模块采用485总线通信方式,采用ADI公司的ADM2483隔离型半双工RS485收发器,实现多通道声发射数据的回传;报警模块采用声光提示报警;参数设置模块采用8位拨码开关,用来对声发射信号触发阀值进行设置;电源模块采用+12V直流供电,采用MORSUN公司的宽电压输入DC-DC隔离电源模块VFB1205W稳定输出+5V电压,采用高性能的集成稳压器AMS1117-3.3和超低噪声、低压降线性稳压器TPSA4901实现+3.3V电压输出,分别为系统数字部分和模拟电路供电,实现整个系统所需的安全、稳定电源。上位机接口的主要功能是与下位机进行485总线通信,接收声发射数据采集卡回传的声发射数据并存储在本地硬盘,同时可以通过上位机查询各个采集通道的工作情况。PC端数据处理主要包括进行声发射信号恢复、时域分析、频域分析、能量谱分析、小波去噪等,实现声发射信号的识别和特征提取。系统硬件开发平台选用Altium Designer Summer09和PSpice软件,完成系统硬件原理图、PCB印制电路板的设计和模拟电路的硬件仿真。下位机软件设计采用IAR Systems公司的IAR Embedded Workbench for ARM (EWARM)集成开发环境。上位机设计采用的平台是Microsoft Visual Studio2010,实现上位机接口设计。PC端数据处理采用MATLAB软件。通过对各个模块的调试、整机软硬件调试以及碳化钨压力锤高压破裂实验测试和数据分析,系统能够达到性能参数要求和预期设计目标,并且工作稳定、性能良好,验证了整体方案的合理性,实现了系统设计的初步目标。

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基于无线传感器网络的环境监测系统研制

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作者：龚道礼中国地质大学

学位级别：硕士

无线传感器网络是由分布在监测区域内大量的传感器节点利用无线通信的方式构成的一种网络。网络中的节点以自组网的方式形成网络。节点采集的数据可以经过其它节点多跳传输,在传输的过程中节点会对数据进行处理和融合,在经过多跳路由通... 详细信息

无线传感器网络是由分布在监测区域内大量的传感器节点利用无线通信的方式构成的一种网络。网络中的节点以自组网的方式形成网络。节点采集的数据可以经过其它节点多跳传输,在传输的过程中节点会对数据进行处理和融合,在经过多跳路由通信之后,节点的数据到达基站,最后再经由以太网或者卫星转发给监测中心。日前,无线传感器网络在环境监测中发挥着越来越重要的作用。和传统的环境监测手段相比,基于无线传感器网络的环境监测系统能够长期工作在野外的恶劣环境中且无需专人现场值守,同时具有数据采集量大、检测精度高、部署方便等优点。在深入了解国内外无线传感器网络的研究现状基础上,根据野外环境监测的需要,本文介绍了一种基于无线传感器网络的环境监测系统的解决方案。该系统利用多个不同的传感器,分别采集大气气压、大气温度、湿度、风向、风速、水位深度和降雨量等七个环境参数,利用ZigBee无线通信技术,通过多跳自组网的形式,将采集到的参数值传送给环境监测中心。监测中心对收到的数据进行进一步的分析和完成对监测区域数据的综合处理,实现的功能包含：数据的图形化显示、历史数据查询、网络拓扑图以及对整个系统的管理,如向节点发送睡眠、唤醒和改变采样频率等命令。文中首先介绍了无线传感器网络和环境监测的现状和发展趋势,分析了无线传感器网络在环境监测方面的优势。并且针对本文的环境监测系统,详细的介绍了无线传感器网络的系统组成和节点结构。论文还比较了几种短距离无线通信技术,并从中选择ZigBee无线通信技术作为本文的传感器网络的通信技术。其次,论文从无线传感器网络节点的硬件和软件的设计与实现做介绍。节点硬件分为无线通信模块和数据采集模块,其中无线通信模块以ATmegal281单片机和AT86RF230射频芯片为核心,数据采集模块使用SHT11温湿度传感器、MS5534B气压传感器、EC9-1测风传感器、LVYLC-02降雨量传感器和CR-Y20系列投入式液位变送器。节点软件的设计是在TinyOS操作系统上实现的,采用nesC语言编写无线通信模块、数据采集模块的驱动程序和节点的应用程序。再次,论文介绍了在LabVTEW下开发的无线传感器网络环境监测系统的后台监测软件。该软件采用XServe中间件服务器提供的标准数据接口,将基站接收到的整个传感器网络的数据转换成XML数据流的格式输出至监测软件。之后,软件读取和解析该XML数据流,从而实现监测软件的可视化显示,便于用户观测数据。最后,论文对无线传感器网络环境监测系统的性能进行了测试,包括节点的通信距离、最大监测半径、温度、湿度、大气压、风向、风速、降雨量以及水位深度等指标。测试结果表明该系统具有低功耗、节点的通信距离编程可调,有效通信距离大于150m;数据采集模块与无线通信模块在物理上相分离,支持多种信号采集。该无线传感器网络平台具有自组网、网络强度高,能够提供连续、实时的环境信息以及高稳定性和灵敏度等特点。

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DSP技术在能量反馈逆变装置控制系统中的应用与研究

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作者：陈珺中国地质大学

学位级别：硕士

目前,产品的数字化已成为全球电子技术发展的趋势。采用数字化控制用软件取代了模拟和数字器件,提高了产品的集成度,增强了系统的可靠性和智能性。采用数字化控制输出弱电信号对高压强电装置进行控制,节省了硬件资源,提高了装置的安全... 详细信息

目前,产品的数字化已成为全球电子技术发展的趋势。采用数字化控制用软件取代了模拟和数字器件,提高了产品的集成度,增强了系统的可靠性和智能性。采用数字化控制输出弱电信号对高压强电装置进行控制,节省了硬件资源,提高了装置的安全性和稳定性。因此数字化控制已成为电力系统控制的发展趋势之一。本文介绍了一种采用美国TI公司最新推出的TMS320LF2407A芯片进行能量反馈逆变装置数字化控制的方法。能量反馈逆变装置研究的是如何高效的对电能进行利用的问题。该装置是以高频电能变换理论为基础,运用能量反馈的方法将各种待测试或进入试运行阶段的独立交、直流供电设备所输出的能量循环使用。它既完成了特定负载的功能,同时又把无谓消耗在电阻型功率负载中的能量,通过一系列变换,以标准工频正弦波的形式返回至输入端,负载能量的循环使用率可达80%以上,从而大大节约了能源的无谓消耗和电费的支出,在现代电力电子技术的应用方面,开辟了一个新的高效节能应用领域,具有广阔的实用前景。高速数字信号处理芯片的出现,使得数字化的控制在更广阔的电气控制领域中的应用有了可能性,也成为主要发展趋势之一。DSP与一般微处理器的区别主要在于指令处理速度极快、指令功能精简强大,并且其中非常适合于控制领域的DSP芯片有着丰富的外围模块,可以大大提高装置的集成度。有了高速数字信号处理芯片的支持,采用数字化的控制策略不仅可以较好的解决模拟控制里的有关问题,而且还增加了模拟控制中很难实现的一些控制功能,主要优点如下:一是数字化控制可采用先进的控制方法和智能控制策略,使得能量反馈装置的智能化程度更高,性能更加完美。二是控制灵活,装置升级方便,甚至可以在线修改控制算法,而不必对硬件电路做改动。数字控制系统的控制方案体现在控制程序上,一旦相关硬件资源得到合理的配置,只需要通过修改控制软件,就可以提高原有装置的控制性能,或者根据不同的控制对象实时、在线更换不同控制策略的控制软件。三是控制系统可靠性提高,易于标准化。由于数字控制的高可靠性,必然使得整个控制系统可靠性的提高,而且可以针对不同的系统,采用统一的控制板,而只需要对控制软件做一些修改即可。四是装置维护方便,装置一旦出现故障,可以很方便地通过RS232

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全自动生化分析仪的设计与实现

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作者：刘金全中国地质大学

学位级别：硕士

生化分析仪主要用于临床上检验血糖血脂、肝功能、肾功能、心肌酶谱、免疫球蛋白等生化指标,是现阶段各种医院及体检中心必备的检验仪器之一。随着经济的发展,国家医疗体制改革,农村医疗保障体制的健全,医院对检验设备的要求逐步提高,... 详细信息

生化分析仪主要用于临床上检验血糖血脂、肝功能、肾功能、心肌酶谱、免疫球蛋白等生化指标,是现阶段各种医院及体检中心必备的检验仪器之一。随着经济的发展,国家医疗体制改革,农村医疗保障体制的健全,医院对检验设备的要求逐步提高,全自动生化分析仪进入一个应用高峰期。结合市场需求,本文设计并完成了一台功能完善,性能可靠,操作简单的高性价比全自动生化分析仪。本文根据国内外的发展形势,确定全自动生化分析的设计定位,并对以下内容进行研究：1.介绍生化分析仪的概况、分类,详细分析生化分析仪的医学原理和测量方法,确定分立式全自动生化分析仪采用的测试流程;2.提出全自动生化分析仪的加样系统、光学测试系统和清洗系统的设计方案,对各系统的功能及结构组成进行详细说明;3.阐述全自动生化分析仪的硬件控制方案,以及各个部分的工作原理,工作流程,硬件电路,软件控制程序,并将硬件系统分解为主控单元、数据采集单元、取样控制单元、试剂单元、样本单元、注射器单元、清洗单元七个模块进行设计。为简化设计方案,方便仪器的维护,其中的5个模块采用兼容设计;电机驱动采用专用驱动芯片A3977,在简化电路结构的同时,提高了驱动器的性价比;4.采用较为先进的电容式液面传感技术,通过检测取样针电容的变化,实现取样针对液面的探测功能;利用价格低廉的光电耦合器实现具有较高应用价值的缺水报警功能;5.介绍了上位机软件的界面结构,对各种参数的计算方法进行深入分析;6.应用数学方法分析光学测试系统吸光度准确性的影响因素,为仪器的准确性与稳定性调试提供理论依据。经过临床测试,仪器运行稳定,各项性能指标基本达到设计要求。本设计中批内精度指标高于设计标准,说明仪器综合表现良好,设计方案合理、可行性强。最后,通过与其他仪器的对比,指出本设计中存在的不足和改进方向。

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面向环境监测的无线传感器网络网关软件设计与实现

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作者：闵亮亮中国地质大学

学位级别：硕士

环境监测是人与自然交互的重要方式,随着科学技术的发展,环境监测也逐渐趋向智能化。无线传感器网络是一项集成了传感器、微机电系统和网络三大技术的全新的信息获取和处理技术。面向环境监测的无线传感器网络解决了恶劣环境下环境监测... 详细信息

环境监测是人与自然交互的重要方式,随着科学技术的发展,环境监测也逐渐趋向智能化。无线传感器网络是一项集成了传感器、微机电系统和网络三大技术的全新的信息获取和处理技术。面向环境监测的无线传感器网络解决了恶劣环境下环境监测的许多不便,提高了监测效率,增加了环境监测的灵活性、安全性,节省了大量的资源。在长期的环境监测应用中,无线传感器网络使得监测数据更加准确和全面。本课题来自于武汉市科技攻关计划项目《无线传感器网络在环境监测中的应用研究》(200810321131),根据项目的应用要求,本文设计与实现了面向环境监测的无线传感器网络网关软件。该软件实现了无线传感器网络与外部网络之间的数据通信,是无线传感器网络与外部网络通信的桥梁。该软件开发环境基于嵌入式Linux平台,使用C语言完成设计,主要通过USB虚拟串口完成网关与基站节点间的数据接收和命令传递;使用嵌入式数据库SQLite3对数据进行存储;通过网口完成网关与外部网络间的数据转发和命令接收。本课题主要完成了以下工作：1.完成网关软件的模块化设计。网关软件分为两大模块,即串口通信模块和网口通信模块。两个模块分别是两个单独的进程,不断的分别监听来自USB虚拟串口和网口的数据,两个进程间的数据通信采用命名管道方式。2.完成无线传感器网络数据的接收。设置虚拟串口的波特率、停止位、数据位、奇偶校验位,对串口进行读写操作,实现了基站节点与网关节点之间的USB虚拟串口通信。3.实现无线传感器网络数据的解析。根据串口通信协议、数据包结构以及传感器参数计算公式,实现了无线传感器网络数据的解析。4.完成数据的分类存储。调用SQLite3的C语言接口函数,创建数据库、数据表,向嵌入式数据库SQLite3写入数据,实现数据的分类存储。5.实现网关与监控软件间的数据通信。设置网关网络地址、通信端口,采用TCP/IP协议,实现数据通信。6.完成程序的调试与测试。将网关软件搭载在无线传感器网络网关硬件上,与若干无线传感器节点、基站节点、远程监控软件进行系统联调,系统测试结果表明各项数据指标基本符合设计需求,达到了预期的效果。本课题选择成本低、可靠性高的嵌入式Linux开发平台,使网关软件具有很好的可扩展性和可移植性,方便维护。无线传感器网络网关软件解决了无线传感器网络的环境监测数据与用户之间的交互,方便用户对数据进行管理,在企业应用中具有很大的经济效益,在生产生活中具有重要的现实意义。

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模拟月壤结构探测系统之超声波物理探测仪的设计

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作者：王西锋中国地质大学

学位级别：硕士

超声检测技术是无损检测（NDT）领域中一种非常重要的检测方法。其现已广泛应用于制造业、钢铁冶金业、金属加工业、化工业等需要缺陷检测和质量控制的领域,也广泛应用于航空航天、铁路交通、船舶航行、锅炉压力容器等领域的在役安全检... 详细信息

超声检测技术是无损检测（NDT）领域中一种非常重要的检测方法。其现已广泛应用于制造业、钢铁冶金业、金属加工业、化工业等需要缺陷检测和质量控制的领域,也广泛应用于航空航天、铁路交通、船舶航行、锅炉压力容器等领域的在役安全检查与寿命评估。此外,超声波检测技术在地质结构、岩石构造、灾害防治与环境保护等地质探测领域中也得到了初步应用。本文结合我国当前的“嫦娥”探月工程项目,基于超声波无损检测技术的诸多检测优点以及较为成熟的应用技术,研究设计了用于模拟月壤结构探测的超声波物理探测仪。以期望通过对地球上的模拟月壤的浅表构造进行实验探测研究而获取有价值的结果,对于实际研究月面土壤结构和成份、分析月球表面有用元素、有用矿产和物质类型的分布有着重要指导意义,更有利于载人航天与探月工程中月面研究计划的实施。本文系统设计主要分为主控单元的设计,超声发射装置的设计和超声接收装置的设计三大部分。全文系统设计采用模块化的设计思想,主控单元的设计包括微控制器模块的设计,时钟模块的设计,显示模块的设计,数据存储模块的设计,数据通信模块的设计以及电源模块的设计;超声发射装置的设计包括隔离模块的设计,驱动模块的设计和升压模块的设计;超声接收装置的设计包括限幅模块的设计,前级增益模块的设计、带通滤波模块的设计、程控增益模块的设计,信号调理模块的设计以及A/D转换模块的设计。在主控单元的设计中,微控制器模块的设计采用的是ARM Cortex-M3内核的处理器STM32F103VET,作为整个系统的控制核心,实现对系统的智能控制;时钟模块的设计采用的是微控制器STM32F103VET片内RTC实时时钟控制模块,通过控制实现仪器系统的正常计时功能;显示模块的设计采用的是TFT液晶显示屏,实现系统的显示界面;数据存储模块的设计采用的是SD卡存储方式,实现对系统检测数据的自动存储;数据通信模块的设计采用的是USB通信方式,实现系统检测数据与计算机客户终端软件之间的传输;电源模块的设计采用的是电池与低压差线性稳压器,实现对整个系统提供所需电源电压。在超声发射装置中,隔离模块的设计采用的是磁耦隔离元件,实现超声发射信号与微控制器之间的隔离;驱动模块的设计采用的是ADP3625集成驱动芯片,实现对MOSFET管的驱动;升压模块的设计采用的是MOSFET管组成的推挽变换电路与脉冲变压器,实现对脉冲信号的升压,激励超声换能器发射超声波。在超声接收装置中,限幅模块的设计采用的是二极管与稳压管,实现对超声回波信号中可能存在的高压信号进行限幅,以保护后级回波接收电路;前级增益模块的设计采用的是AD8250带可编程增益的仪表放大器,实现对回波信号的有效接收和前级增益控制;带通滤波模块的设计采用的是高性能的运算放大器AD8099设计成的压控电压源二阶带通滤波器,实现对超声回波信号中干扰信号的滤除;程控增益模块的设计采用的是多路复用器模拟开关ADG1604与运放AD8099相结合的方式,实现对超声回波信号的自动增益控制;信号调理模块的设计采用的是OPA2335运放设计的信号差分变换电路,实现对超声回波信号在A/D转换前的电平变换;A/D转换模块采用的是系统微控制器STM32F103VET片内集成的12位A/D转换器,实现对超声回波信号的采样。本文经过对系统设计的主控单元、超声发射装置、超声接收装置以及各个功能模块的调试与测试,结果表明系统的整体设计均已达到了系统设计的基本要求,实现了其相应功能,完成了系统样机的设计。本文在该课题中的主要研究内容是设计应用于模拟月壤结构探测的超声波物理探测仪系统样机,主要完成的工作： 1.学习超声波检测的基本理论原理,掌握超声无损检测技术的应用;2.根据超声检测技术原理,结合系统设计要求,构建系统总体设计框架;3.根据系统设计框架原理,研究设计系统主控单元及其各功能模块,包括硬件设计与软件设计;4.研究设计系统超声发射装置及其各功能模块,包括硬件设计与软件设计;5.研究设计系统超声接收装置及其各功能模块,包括硬件设计与软件设计;6.分别调试测试系统主控单元、超声发射装置、超声接收装置以及各装置的功能模块;7.联合调试系统设计的主控单元、超声发射装置与超声接收装置,并进行系统测试;8.完成系统原理样机。

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