鋼軌在長期的工作和外界環(huán)境影響下,很容易發(fā)生損傷甚至斷裂,進而影響列車行車安全。因此,能夠以通信方式實時獲取在役鋼軌損傷信息,對保障列車安全運行具有十分重要意義�，F(xiàn)有無線通信方式主要有數(shù)傳模塊、移動通信等,但在隧道等場所存在信號盲區(qū)等缺點,而利用超聲波在鋼軌中實現(xiàn)通信可彌補其不足。本文設(shè)計了基于2FSK鋼軌超聲導(dǎo)波通信系統(tǒng)。首先對系統(tǒng)的整體方案和調(diào)制解調(diào)算法進行設(shè)計。為了提高超聲換能器的發(fā)射效率,系統(tǒng)的兩個載波頻率選擇在換能器的中心頻率附近。在此基礎(chǔ)上,本文完成了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計,系統(tǒng)包括發(fā)射端模塊和接收端模塊。為了提高發(fā)射端信號能量,采用全橋脈沖驅(qū)動方式對實驗室原有換能器驅(qū)動電路進行改進,并添加尾波吸收電路以減少激勵信號的高頻拖尾。接收端解調(diào)電路采用非相干解調(diào)方法。接收到的信號通過前置放大電路、帶通濾波器電路、施密特整形電路和電平移位電路等電路進行處理,然后通過STM32微控制器對信號完成解調(diào)。最后,通過系統(tǒng)聯(lián)調(diào)驗證了通信功能的正確性。系統(tǒng)設(shè)計完成后,在鐵路現(xiàn)場完成100米超聲波通信實驗。通過大量實驗驗證,系統(tǒng)的通信速率為800bps,誤碼率為0.008,可在鋼軌中實現(xiàn)低速率通信,為...

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 研究內(nèi)容與章節(jié)安排
        1.3.1 論文研究內(nèi)容
        1.3.2 論文章節(jié)安排
2 超聲導(dǎo)波通信系統(tǒng)相關(guān)理論
    2.1 超聲導(dǎo)波相關(guān)理論
        2.1.1 超聲導(dǎo)波基本概念
        2.1.2 超聲導(dǎo)波多模態(tài)特性與頻散特性
        2.1.3 超聲導(dǎo)波的相速度與群速度
        2.1.4 超聲導(dǎo)波的衰減特性
    2.2 超聲波換能器模型分析
        2.2.1 換能器工作原理
        2.2.2 換能器性能指標
        2.2.3 壓電超聲換能器等效電路
        2.2.4 壓電超聲換能器匹配電路
    2.3 功率放大模型對比分析
    2.4 激勵信號頻率的選擇
    2.5 本章小結(jié)
3 超聲導(dǎo)波通信系統(tǒng)整體方案設(shè)計
    3.1 系統(tǒng)總體方案
    3.2 2FSK調(diào)制與解調(diào)研究
        3.2.1 2FSK調(diào)制方法介紹
        3.2.2 2FSK解調(diào)方法介紹
    3.3 發(fā)射端設(shè)計
        3.3.1 激勵電路功率放大方案選擇
        3.3.2 IR2110S驅(qū)動電路分析
        3.3.3 吸收電路分析
    3.4 接收端設(shè)計
        3.4.1 前置放大電路分析
        3.4.2 帶通濾波器電路分析
        3.4.3 低通濾波器電路分析
        3.4.4 施密特整形電路分析
    3.5 本章小結(jié)
4 超聲導(dǎo)波通信系統(tǒng)實現(xiàn)
    4.1 發(fā)射端實現(xiàn)
        4.1.1 IR2110S驅(qū)動電路
        4.1.2 功率放大電路
        4.1.3 可控硅SCR吸收電路
    4.2 接收端實現(xiàn)
        4.2.1 前置放大電路
        4.2.2 帶通濾波器電路
        4.2.3 乘法器電路
        4.2.4 低通濾波器電路
        4.2.5 施密特整形與電平移位電路
    4.3 系統(tǒng)軟件實現(xiàn)
        4.3.1 超聲通信發(fā)射軟件實現(xiàn)
        4.3.2 超聲通信接收軟件實現(xiàn)
    4.4 本章小結(jié)
5 超聲導(dǎo)波通信系統(tǒng)實驗驗證
    5.1 調(diào)制波形驗證
    5.2 全橋電路脈沖發(fā)生器驗證
    5.3 接收解調(diào)電路實驗驗證
        5.3.1 帶通濾波器電路測試
        5.3.2 乘法器電路與低通濾波器電路測試
        5.3.3 減法器電路與整形電路測試
    5.4 系統(tǒng)實驗驗證
    5.5 本章小結(jié)
6 總結(jié)與展望
    6.1 論文總結(jié)
    6.2 研究課題展望
致謝
參考文獻



本文編號：3771074