瞬态突发式短距无线光通信系统方案的设计与实现

论文摘要

对旋转机械状态信息的传输是工业上的一个重要课题,它可以用于旋转机械各种动态参数的实时监测,以及为某些专用于采集信息的旋转机械提供信息传输的手段。系统利用安装在旋转机械表面的运动单元进行动态数据采样和光传输,安装于转轴外固定点的固定单元进行光信息的接收及转发。论文对这种单点发射、单点接收的瞬态突发式短距无线光通信方案进行了研究并研制出实用化样机。论文根据LED的发光分布模型,分析比较不同的LED发射模式,设计出双LED的光发射方案。光接收机使用了能自适应调整的判决门限,使光接收机能在若干个比特的时间里建立起通信链路,并实现了对幅度不断变化的光信号进行正确的判决。论文工作中设计了光传输的数据帧结构和光信道编码,利用误比特率公式对判决门限进行讨论,提出了在突发快衰落信道中光信道编码的设计原则。论文工作的MCU和PC机端都设置了错误纠正机制,并设计了运行于PC机的光信息误码检测程序和可视化数据显示程序。论文工作研制的样机实现了在100～6000rpm转速的旋转机械上进行4路信息的采样,每路数据在每秒内进行800个12bit采样,并在瞬态突发的模式下实现了采样数据的光传输,传输误码率低于10-9。论文的研究成果为各种旋转机械的在线试验与实时监控提供了一种实用化的参数采集与传输的有效手段,同时对在瞬态突发模式下实现无线光通信的方法也是一次成功的实践。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 研究内容的提出
• 1.2 旋转机械的信息传输方法
• 1.3 系统设计的关键技术
• 1.4 本论文的主要内容
• 2 系统结构和通信方式
• 2.1 系统结构
• 2.2 传输协议的选择
• 2.3 系统微处理器选型
• 2.4 系统工作机制设计
• 3 运动单元光发射模块的研究
• 3.1 系统对运动单元发射模块的要求
• 3.2 LED光源的选择
• 3.3 发射方式的研究
• 3.4 运动单元电路模块设计
• 4 固定单元光接收模块的研究
• 4.1 突发码元幅变式光接收机的研究
• 4.2 接收机光探测器的特性
• 4.3 光学天线的设计
• 5 光信道编码与数据帧结构
• 5.1 光信道编码概述
• 5.2 系统信道编码研究
• 5.3 系统误比特率的研究
• 5.4 光传输数据帧结构
• 5.5 接收端数据解码方法的研究及设计
• 6 系统传输实验
• 6.1 PC机输入数据帧结构
• 6.2 数据传输实验
• 6.3 PC机纠错方法
• 6.4 采样数据传输实验
• 6.5 环境实验
• 7 全文总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 今后工作的展望
• 参考文献
• 附录
• 1 运动单元误码率测试程序
• 2 固定单元直接转发程序
• 3 固定单元解码转发程序
• 在校期间发表的论文
• 致谢