第5章调幅无线收发系统设计与制作

P5 调幅无线收发系统的设计与制作

学习目标

?能正确测量各类调幅器的基本特性，能正确记录测量结果并对结果作准确描述。

?能正确测量各类检波器的基本特性，能正确记录测量结果并对结果作准确描述。

?能根据设计要求设计调幅发射机，并能进行整机装配与联调。

?能根据设计要求设计调幅接收机，并能进行整机装配与联调。

?能对电路中的故障现象进行分析判断并加以解决。

?理解调幅发射机的电路结构、工作原理和电路中元器件的作用。

?理解调幅发射机的性能指标及其物理意义。

?理解调幅接收机的电路结构、工作原理和电路中元器件的作用。

?理解调幅接收机的性能指标及其物理意义。

工作任务

?调幅器基本特性的测试。

?检波器基本特性的测试。

?调幅发射机的设计、调试与整机装配。

?调幅接收机的设计、调试与整机装配。

?撰写测试与设计报告。

传输信息是人类生活的重要内容之一。传输信息的手段很多。利用无线电技术进行信息传输在这些手段中占有极重要的地位。这里也许大家会有疑问：为什么不能把信号经过放大之后直接发射出去呢？这里的关键问题是所要传送的信号频率或者太低(例如语言和音乐都限于音频范围内)，或者频带很宽(例如电视信号频宽从50Hz至6 .5MHz)。这些都对直接采用电磁波的形式传送信号十分不利，原因是：

1)天线要将低频信号有效地辐射出去，它的尺寸就必须很大。例如，频率为3000 Hz的电磁波，其波长为100000M，即100KM。如果采用1/4波长的天线，则天线的长度应为25KM。显然这是一个非常“艰巨”的任务。

2)为了使发射与接收效率高，在发射机与接收机方面都必须采用天线和谐振同路。但语言、音乐、图像信号等的频率变化范围很大，因此天线和谐振回路的参数应该在很宽范围内变化。显然，这又是难以做到的。

3)如果直接发射音频信号，则发射机将工作于同一频率范围。这样，接收机将同时收到许多不同电台的节目，无法加以选择。

为了克服以上困难，必须利用高频振荡，将低频信号“附加”在高频振荡上。这样，就使天线的辐射效率提高，尺寸缩小；同时，每个电台都工作于不同的高频振荡频率，接收机可以调谐选择不同的电台。这就解除了上述的种种困难。

226

发射方这一“附加”的过程，就是所谓的调制。这里，需要发射的低频信号称为调制信号，高频振荡是携带低频信号的“运载工具”，称为载波，被低频信号调制之后的高频信号称为已调波。在接收信号的一方(接收端)经过解调(反调制)的过程，把载波所携带的信号取出来，得到原有的信息。解调过程也叫检波。调制与解调都是频谱变换的过程，必须用非线性元件才能完成。

所谓将信号“附加”到高频振荡上，就是利用信号来控制高频振荡的某一参数，使这个参数随信号而变化。一个正弦信号（高频震荡）有振幅，频率，初相位三要素。所以可以用信号来控制载波的任一要素，分别形成调幅、调频和调相三种调制方法。在接收方进行相应的解调制，即可还原信号。本项目研究调幅。

实现调幅的方法，大约有以下几种：

1)低电平调幅(Low-level AM)调制过程是在低电平级进行的，因而需要的调制功率小。属于这种类型的调制方法有：

(1)平方律调幅(Square law AM)利用电子器件的伏安特性曲线的平方律部分的非线性作用进行调幅。

(2)斩波调幅(On-off AM)将所要传送的音频信号按照载波频率来斩波，然后通过中心频率等于载波频率的带通滤波器滤波，取出调幅成分。

2)高电平调幅(high-level AM) 调制过程在高电平级进行，通常是在丙类放大器中进行调制。属于这一类型的调制方法有：

(1)集电极(阳极)调幅。

(2)基极(控制栅极)调幅。

P5M1 调幅器基本特性的测试

学习目标

?能正确测量各种调幅器的基本特性。

?能正确记录测量结果并能对结果作准确描述。

?理解调幅的原理。

?理解各种调幅的性能指标及其物理意义。

?理解各种调幅的电路结构、工作原理和电路中的元器件作用。

工作任务

?调幅器的基本特性的测试。

227

228

读一读

1.调幅的工作原理

调幅就是使载波的振幅随调制信号的变化规律而变化。例如，图5.1就是当调制信号为正弦波形1时，调幅波的形成过程。由图可以看出，调幅波是载波振幅按照调制信号的大小成线性变化的高频振荡。它的载波频率维持不变，也就是说，每一个高频波的周期是相等的，因而波形的疏密程度均匀一致，与未调制时的载波波形疏密程度相同。

应该说明，通常所要传送的信号(如语言、音乐等)的波形是很复杂的，包含了许多频率成分。但为了简化分析手续，在以后分析调制时，可以用正弦波形。因为复杂的信号可以分解为许多正弦波分量，因此，只要已调波能够同时包含许多不同调制频率的正弦调制信号，那么，复杂的调制信号也就如实地被传送出去了。图5.2是非正弦波调制的例子。由图可见，在无失真调幅时，已调波的包络线波形应当与调制信号的波形完全相似。

(a) 调制信号t U u Ω=Ωcos

(b) 载波t U u 00cos ω=

(c) 调幅波形

图 5.1 调幅波的形成（正弦调制）

229

图 5.2 由非正弦波调制所得到的调幅波形

1．1调幅波的时频特性分析

由前述知，调幅波的特点是载波的振幅受调制信号的控制作周期性的变化。这个变化的周期与调制信号的周期相同，而振幅变化则与调制信号的振幅成正比。现在进一步分析调幅波的特点。

为简化分析手续起见，假定调制信号是简谐振荡，其表示式为

t U u Ω=ΩΩcos （5.1.1）

如果用它来对载波t U u C 00cos ω=进行调幅，那么，在理想的情况下，已调波的振幅为

()t U k U t U a Ω+=Ωcos 0 （5.1.2）

式中，a k 为比例常数。 因此，已调波可以用下式表示：

()()t t U t u AM AM 0cos ω=

()t t U k U a 00c o s c o s

ωΩ+=Ω ()t t m U a 00c o s c o s 1ωΩ+= （5.1.3）

式中，0

U U k m a a Ω

=

叫做调幅指数(Amplitude Modulation Factor)或调幅度，它通常以百分数来表示。

式(5.1.3)所表示的调幅波形见图5.1。由图可得

()0

min

000max 0min max 21

U U

U U U U U U U m a -=-=-= (5.1.4)

a m 的数值范围可自0(未调幅)至1(百分之百调幅)，它的值绝对不应超过1。因为如果a m >l ，那么，将得到如图5.3的已调波形。由图显

然可知，有一段时间振幅为零，这时已调波的包络

产生了严重的失真。这种情形叫做过量调幅(Over Modulation)。这样的已调波经过检波后，不能恢复原来调制信号的波形，而且它所占据的频带较宽，将会对其他电台产生干扰。因此，过量调幅必须尽量避免。

由图5.1(c)可知，调幅波不是一个简单的正弦波

形。在最简单的正弦波调制情况下，调幅波方程 图 5.3 过量调幅的波形

230

为式(5.1.3)。将此式展开得

()t t U m t U t u a AM 0000cos cos cos ωωΩ+=

()()t U m t U m t U a a Ω-+Ω++=000000c o s 2

1

c o s 21c o s ωωω (5.1.5)

式(5.1.5)说明，由正弦波调制的调幅波是由三个不同

频率的正弦波组成的：第一项为未调幅的载波；第二项的频率等于载波频率与调制频率之和，叫做上边频(Upper Sideband)(高旁频)；第三项的频率等于载波频率与调制频率之差，叫做下边频(Lower Sideband)(低旁频)。后两个频率显然是由于调制产生的新频率。把这三组正弦波的相对振幅与频率的关系画出来，就得到如图 5.4所示的频谱图。由于a m 的最大值只能等于l ，因此边频振幅的最大值不能超过载波振幅的二分之一。

图5.4 正弦调制的条幅波频谱

以上讨论的是一个单音信号对载波进行调幅的最简单情形，这时只产生两个边频。实际上，通常的调制信号是比较复杂的，含有许多频率，因此由它所产生的调幅波中的上边频和下边频都不再只是一个，而是许多个，组成了所谓上边频带与下边频带。例如，设调制信号为

() +Ω+Ω+Ω=Ωt U t U t U t u m m m 332211cos cos cos （5.1.6）

根据式(5.1.3)的同样方法，可得到相应的调幅波方程为

()()t t m t m t m U t u AM 03322110cos cos cos cos 1ω +Ω+Ω+Ω+=

()()t U m

t U m t U 1001100100c o s 2

c o s 2c o s Ω-+Ω++

=ωωω ()()t U m

t U m 20022002c o s 2c o s 2Ω-+Ω++ωω

()()t U m

t U m 30033003c o s 2

c o s 2Ω-+Ω++ωω

+ （5.1.7） 以上讨论可用图5.5所示的频谱图来表示。图中，()Ωg 代表式(5.6)的频谱；调幅波的两个边带的频谱分布对载波是对称的，可分别用()()Ω+021ωg 与()()Ω-021ωg 来表示。

由图显然可知，调幅过程实际上是一种频率搬移过程。经过调制后，调制信号的频谱被搬移到载频附近，成为上边带与下边带。

由上面的讨论可知，调幅波所占的频带宽度等于调制信号最高频率的2倍。例如，设最高调制频率为5000 Hz ，则调幅波的带宽即为l0000 Hz 。为了避免电台之间互相干扰，对不同频段与不同用途的电台所占频带宽度都有严格的规定。例如，过去广播电台允许占用的频带宽度为10 kHz 。自1978年11月23日起，我国广播电台所允许占用的带宽已改为9 kHz ，亦即最高调制频率限在4 500 Hz 以内。

在非正弦调制时，参阅图5.2可知，调幅波峰值max U 与谷值min U 对于载波值0U 可能是不对称的。这时应对它的调幅度定义如下：

峰值调幅度 0

max U U U m -=

上 （5.8）

谷值调幅度 0

min

0U U U m -=下 （5.9）

231

图5.5 非正弦调幅波的频谱

例5.1 设调制信号()t u Ω为图5.6(a)所示的矩形脉冲串，脉冲宽度为τ，周期为T 。试求由它产生的调幅波频谱。

（a ）矩形脉冲调制信号 （b ）矩形脉冲的频谱

图5.6 例5.1图

解 首先求出矩形脉冲的频谱。适当选取时间坐标原点，使傅里叶级数只包含余弦项，则傅里叶级数的系数为

????

?

??=??? ??=Ω-Ω2022d 2c o s 4d 2c o s 2T

T T n t t T n U T t t T n U T A ππ

由于在2τ

T

的区间内，脉冲值等于零，因此上式可写为

????

??=Ω20d 2cos 4τ

πt t T n U T A n

T

n T n T T πτπ?

?? ??=Ωs i n 2 将上式的分子和分母各乘以τ，则可进一步写为

T

n T n T

U A n τπτπτsin 2Ω=

232

因此矩形脉冲可展开成如下的无穷级数：

()()()sin sin 22124cos cos 2

2T T U u t t t T

T T T T

πτπττ

ππ

πτπτΩΩ??

????

=

+++??

?

?????

??

（5.10）

由此可见，各个谐波分量振幅是(sin x)／x 的形式。由此可求出矩形脉冲的频谱，如图5.6(b)所示。令F T 1=

，则Ω==F T

ππ22，上式可改写为 ()()()??

????+Ω+Ω+=ΩΩ t T T t T T T U t u 2cos 22sin cos sin 212πτπτπτπττ 由()t u Ω对载波t U u 00cos ω=进行调幅，所产生的已调波[图5.7(a)]包括0ω、Ω±0ω、

Ω±20ω…等频率分量，它们的相对振幅分别与2

1、()T T πτπτsin 、()T T πτπτ22sin …成正比，

因此已调波的频谱如图5.7(b)所示。

频谱分量出现零点的条件为

()0sin 2==

ΩT

n T n T U A n τπτπτ

因此出现第一个零点的条件是

πτ

π=T

n 或 τ

T

n =

由图5.7(b)可知，从理论上来说，脉冲调幅波的频宽为无限大。实际上，由于高次边频

分量迅速下降，一般只考虑取第一次零点之前的各分量就够了。这样，脉冲调幅波的频谱宽度可近似写为(

每一频率分量的间隔为

T

1)

（a ）脉冲调幅波的波形 （b ）脉冲调幅波的频谱

图5.7

ττ2

1212=??=??

??????? ??≈T T T n BW

可见，脉宽τ越小，则所占频带越宽。

1.2. 调幅波中的功率关系

现在讨论调幅波中的功率关系。

如果将式(5.1.5)所代表的调幅波电源输送功率至电阻R 上，则有：

233

载波功率:

R U P oT 2

021=

（5.1.11）

下边频功率 :

()T

a a P m R U m P 022

04121

20=??? ??=Ω-ω （5.1.12）

上边频功率 :

()T

a a P m R U m P 022

04121

20=??? ??=Ω+ω （5.1.13）

于是调幅波的平均输出总功率(在调制信号一周期内)为

()()

Ω+Ω-++=000ωωP P P P T o

????

??+=212

0a T m P （5.1.14）

在未调幅时:

=a m ，

T

o P P 0=；

在100％调幅时:

1

=a m ，

T

o P P 05.1=。

由此可知，调幅波的输出功率随

m a 的增大而增加。它所增加的部分就是两个边频所产

生的功率之和。由于信号包含在边频带内，因此在调幅制中应尽可能地提高

m a 的值，以增

强边带功率，提高传输信号的能力。但在实际传送语言或音乐时，平均调幅度往往是很小的。假如声音最强时，能使达到100％，那么声音最弱时，m a 就可能比10％还要小。因此，平均调幅度大约只有20％～30％。这样，发射机的实际有用信号功率就很小，因而整机效率

低。这可以说是调幅制本身所固有的缺点。

载波本身并不包含信号，但它的功率却占整个调幅波功率的绝大部分。例如，当m a=100%

时，P 0T =(2/3)P 0；而当m a=50%时，P 0T =(8/9)P 0。从信息传递的观点来看，这一部分载波功

234

率是没有用的。为了传递信息，只要有一个包含信号的边带就够了。这样，可以把载波功率和另一个边带的功率都节省下来，同时还能节省50％的频带宽度(这是最主要的优点)。这种传送信号的方式叫做单边带发送(Single Side Band Transmission ，简称SSB)。单边带制所需要的收发设备都比较复杂，只适合在远距离通信系统或载波电话中使用。通常的无线电广播仍是将两个边带和载波都发射出去，以简化千家万户所使用的收音机电路，降低它们的造价。

2. 模拟乘法器调幅

集成电路应用于调制电路，通常是采用模拟乘法器(Analog Multiplier)的形式。其工作原理已在前面项目中讨论过，这里不再赘述。图5.8中的输出电压0u 与两个信号电压1u 与2u 之间的关系为：

2110u u K u =

（5.1.15）

式中，1K 常数。式(5.1.15)只适用于1u 与2u 很小的情形。

上式说明，当01=u 或02=u 时，输出电压0u 都等于零；只有当1u 和2u 同时存在时，才有0u 。

从物理意义上说，观察图5.8，若02=u ，则5T 与6T 的基极电位相等，因此65C C i i =。此时，1u 在1T 与3T 中激起大小相等、相位相反的集电极交流电流，即i I i C C ?+=1，

i I i C C ?-=3。此处，C I 为直流分量，i ?为交流分量，因此通过1c R 的总电流C C C C I i i i 231=+=，即只有直流，没有交流分量。同理，1u 在2T 与4T 中也激起大小相等、

相位相反的集电极交流电流，因此二者的总和也只有直流，没有交流。由此可见，输出电压o u 等于零。

图5.8 模拟乘法器电路 图5.9 限幅特性

同样可以证明，当01=u 时，不论2u 是否存在，输出电压o u 总是等于零。 综上所述可见，只有当1u 与2u 同时存在时，才有o u ，三者之间的关系满足式(5.1.15)。

令t U u m 011cos ω=，t U u m Ω=cos 22，代入式（5.1.15）即得

t t U U K u m m o Ω=cos cos 0211ω

(

)()[]t t U U K m m Ω-+Ω+=00211c o s c o s 2

1

ωω （5.1.16）

235

式(5.1.16)说明。模拟乘法器的输出为载波被抑止的调幅波，亦即实现了调幅。 当输入信号大时，输出电压o u 的表示式如下式所示：

212U U K u o = （5.1.17）

式中，==c R I K 02

2α常数。

?

??

? ??=???

??=q kT u Z U 2tanh 2tanh 111 （5.1.18） ???

? ??=???

??=q kT u Z U 2tanh 2tanh 222 （5.1.19） 1U (或2U )与1u (或2u )的关系曲线如图5.9所示。由图可知，当1u (或2u )小时，

1U (或2U )与1u (或2u )成线性关系，但这线性放大区是很窄的(室温条件下只有几mV 的范围)。当1u 足够大时，1U 趋近于定值，亦即这时模拟乘法器起限幅作用。从物理意义上来说，这种

限幅作用是由输入端的基极-发射极PN 结所产生的。此时模拟乘法器仍然起着两个信号相乘的非线性变换作用。只是输出中包含较多的谐波分量。为了滤除这些不需要的谐波分量，可在输出端加入中心频率为0ω的带通滤波器。

最后简略说明图5.8中的作用。如图，由于在集成电路中，7T 与8T 的几何尺寸一致，工艺相同，因此有87BE BE u u =的关系，亦即有下列关系：

2817R I R I E E =

或 2810R I R I C ≈ ()88770,,1E C E C I I I I I ≈≈=≈α 因此得

CS I R R I 1

2

0=

（5.1.20）

可见，0I 只与CS I 成正比。只要8BE CC

u V >>，则R

R V

I CC CS +≈2与温度无关，因此也

就与温度无关。这样，就保证了电流源0I 的温度稳定性良好。

图 5.10所示为国产集成电路双差分对模拟乘法器XFCl596，作为构成双边带

236

图5.10 XFC1596的内部电路

(虚线框内)及由它构成的双边带调制电路

调制电路的实例。图中，接在①端的是调制信号Ωu ；接在②端和③端的l k Ω电阻用作负反馈电阻，以扩大Ωu 的线性动态范围；接在⑤端的6.8 k Ω电阻用来控制电流源电路的电流值

0I ；接在⑥端和⑨端的3.9 k Ω电阻为两管的集电极负载电阻；从+12v 电源到⑦端和⑧端的

电阻为41~T T 提供基极偏置电压；⑦端输入载波电压1u ；W R 为载波调零电位器，其作用是：将调制信号移去，只加载波电压，调节W R ，使输出载波电压0=o u 。双差分对的工作特性取决于载波输入电压振幅m U 1的大小。当mV U m 261>时，电路工作于开关状态；当

mV U m 261<时，电路工作于线性状态。当同时加入1u 与后，输出回路电压即为载波被抑

制的双边带调幅波（double side band-suppressed carrier 简写为DSB —SC)。

若想获得标准的调幅波输出，则只要在0=Ωu 时，调整W R ，使输出载波电压0u 为适当数值，则在加入Ωu 后．即可获得标准的调幅输出。

做一做

项目：模拟乘法器DSB 调幅特性测试 项目编号：SPC5-1

任务要求：按测试程序要求完成所有测试内容，并撰写测试报告（格式要求见附录A ）。 测试设备：直流稳压电源1台，高频信号发生器XFG －7一台，低频信号发生器XD －2一台，数字存储示波器1台。

测试电路：如图5.11所示为由MC1496(与XFCl596的功能及内部电路基本相同)构成的模拟乘法器混频电路。图中，V CC=12V，电阻及电容取值如图所示。输入载波信号u c(从10脚与8脚输入)，输入信号u s（从1脚与4脚输入），信号输入端还加一直流差分电压E0（即1,4脚之间电位差）。当调节电位器R P时，即可改变E0的大小，从而使载波的幅度发生变化，起到调整载波的作用。

图 5.11 MC1496构成的调幅电路

测试程序：

①按图5.11接好电路，接入电源V CC=12V，输入频率为10.7MHz，幅度为500mV的载波信号，将调制信号输入端短路，调节R P使E0＝0，这时用示波器观察输出波形应为一条直线（即载波幅度被抑制）；

○2保持上述步骤，输入一个频率为1kHz，幅度为500mV的调制信号，从示波器上可观察到输出端的波形，此时应为双边带调制波形，记录波形并测量其频谱；

③仍保持第二步骤，调节R P使E0≠0，观察输出波形，测量其频谱并作记录。

④调节载波幅度到700mV，其余条件均不变，记录所测输出波形及频谱；

⑤保持载波信号幅度为500mV，调节调制信号幅度至300mV，重复上过程。

结论：

模拟乘法器（可以/不可以）实现调幅。

237

238

做一做

【能力拓展】

项目：模拟乘法器调幅的仿真测试 项目编号：SPF5-1

任务要求：按测试程序要求完成所有测试内容，并撰写测试报告（格式要求见附录A ）。 测试设备与软件：计算机1台，Multisim 或其他同类软件1套。 测试电路：如图5.12所示。

图5.12相乘型混频器的仿真

测试程序：

（略，类同项目SPC5-1）

读一读

3.平方律调幅

前已指出，要进行调制，必须利用电子器件的非线性特性。半导体器件、模拟集成电路与电子管等都是可以用作进行调幅的非线性器件。图5.13表示非线性调制的方框图。这里将调制信号Ωu 与载波u 相加后，同时加入非线性器件，然后通过中心频率为0ω的带通滤

图5.13 非线性条幅方框图

239

波器取出输出电压O u 中的调幅波成分()t u 。现分析如下： 假设非线性器件为二极管，它的特性可表示为

2210i i O u a u a a u ++= （5.1.21）

式中，输入电压为

()()调制信号载波Ω+=u u u i

t U t U Ω+=Ωc o s c o s 00ω

（5.1.22） 代人式(5.1.21)，即得

()2

2202

1U U a a ++Ω……………………………………………………直流项 t U a 001cos ω+…………………………………………………………载波频率

t U a Ω+Ωcos 2

1……………………………………………………调制信号基频

()()[]t t U U a Ω-+Ω++Ω0002cos cos ωω……………………上、下边频

（5.1.23）

t U a 02022cos 2

1ω+………………………………………………载频二次谐波 t U a Ω+Ωcos 1……………………………………………………调制信号基频 t U a Ω+Ω2cos 2

122…………………………………………调制信号二次谐波 其中产生调幅作用的是2

2i u a 项，故称为平方律调幅，滤波后，输出电压为 ()()()[]t t U U a t U a t u Ω-+Ω++=Ω0002001cos cos cos ωωω t t U V a t U a 002001c o s c o s 2c o s ωω

Ω+=Ω t t U a a U a 012

01c o s c o s 21ω???

? ??Ω+

=Ω （5.1.24）

由上式显然可知：

调幅度 Ω=

U a a m a 1

2

2 （5.1.25） 由式(5.1.25)可以得出如下结论：

1)调幅度a m 的大小由调制信号电压振幅ΩU 及调制器的特性曲线所决定，亦即由1a 、2a 所决定。

2)通常12a a <<，因此用这种方法所得到的调幅度是不大的。

为了使电子器件工作于平方律部分，电子管或晶体管应工作于甲类非线性状态．因此效率不高, 所以，这种调幅方法主要用于低电平调制。此外，它还可以组成平衡调幅器(balanced modulator)，以抑除载波。 4. 平衡调幅器

将两个平方律调幅器按照图5.14的对称形式连接，就构成平衡调幅器。这里是用二极管的平方律特性进行调幅的。平衡调幅器的输出电压只有两个上、下边带，没有载波。亦即平衡调幅器的输出是载波被抑止的双边带。证明如下：

由于两个二极管是相同的，可以假定它们的特性曲线能用同一个平方律公式来表示： 图5.14串联双二极管平衡调幅器简化电路

240

2

121101u b u b b i ++= （5.1.26）

2

222102u b u b b i ++= （5.1.27）

式中 t U t U u u u Ω+=+=ΩΩc o s c o s 001ω

t U t U u u u Ω-=-=ΩΩc o s c o s 002ω

将1u 与2u 的表示式代人式(5.1.26)和式(5.1.27)中，参阅图5.14所示的电流与电压正方向，即可求得输出电压为

()R i i u 210-=

()ΩΩ+=uu b U b R 2122

()()[]t U U b t U U b t U b R Ω-+Ω++Ω=ΩΩΩ0020021cos cos cos 2ωω （5.1.28） 由式(5.1.28)显然可知，输出中没有载波分量，只有上下边带()Ω±0ω与调制信号频率

Ω (可用滤波器滤掉)。亦即平衡调幅器的输出是载波被抑止的双边带(以DSB-SC 表示)。

应该指出，在以上这些电路中，无形中都已假定所有的二极管的特性都相同，电路完全对称。这样，输出中才能将载波完全抑止。事实上，电子器件的特性不可能完全相同，所用的变压器也难于做到完全对称。这就会有载波漏到输出中去，形成载漏(carrier leak)，定义如下：

sm

cm

U U G lg

20=

此处cm U 为泄漏至输出电压中的载波值，sm U 为输出信号电压值。

因此，电路中往往要加平衡装置，以使载漏减至最小。

5.斩波调幅 5.1工作原理

所谓斩波调幅就是将所要传送的信号()t u Ω通过一个受载波频率0ω控制的开关电路(斩波电路)，以使它的输出波形被“斩”成周期为

2ωπ

的脉冲，因而包含Ω±0ω及各种谐波分量等。再通过中心频率为0ω的带通滤波器，取出所需要的调幅波输出()t u o ，即实现了调幅。图5.15是斩波调幅器的方框图，它的调幅过程图解见图5.16。设图5.15中的斩波电路按照图5.16(b)的开关函数()t S 1对音频信号()t u Ω进行斩波。开关函数()t S 1以下式代表：

()???+=01

1t S

0c o s 0c o s 0

0<≥t t ωω （5.1.29） 因此，()t S 1是一个振幅等于1、重复频率为

π

ω20

的矩形波。斩波后的电压()t u 为 ()()()t S t u t u 1Ω= （5.1.30）

图5.15 斩波调幅器方框图

241

图5.16 斩波调幅器工作图解

由此可得到()t u 为一系列振幅按照()t u Ω规律变化的矩形脉冲波，如图5.16(c)所示。 由于()t S 1可用如下的傅里叶级数展开为

() ++-+=

t t t t S 00015cos 523cos 32cos 221ωπ

ωπωπ （5.1.31） 代入式(5.30)，即得

()()()() +-+=

ΩΩΩt t u t t u t u t u 003c o s 32

c o s 221ωπ

ωπ （5.1.32） 如果()t U t u Ω=ΩΩcos ，则由式(5.1.32)显然可知， ()t u 中包含Ω、Ω±0ω、

Ω±03ω等项。通过中心频率为0ω的带通滤波器后，即可取出()Ω±0ω项，即输出电压()t u 0为载波被抑止的双边带()Ω±0ω输出，如图5.16(d)所示。

以上是用不对称的开关电路来获得斩波调幅的。实际上，更常用对称的开关电路，如图5.17(a)所示。此处开关函数()t S 2为上、下对称的方波，它的峰-峰值等于2，如图5.17 (c)所示，它对图5.17 (b)的信号()t u Ω进行斩波后，即获得(d)中的斩波输出电压()t u 的波形。后通过带通滤波器，取出Ω±0ω的双边带()t u 0，如(e)所示，

242

图5.17 平衡斩波调幅及其图解

以上过程，分析如下： 开关函数()t S 2为

()??

?<-≥+=0

cos 1

0cos 1002t t t S ωω （5.1.33）

它的傅里叶展开式为

() -+-

=t t t t S 00025cos 54

3cos 34cos 4

ωπ

ωπωπ

（5.1.34）

以()t S 2代替()t S 1，代人式(5.1.28)即得

()()() +-

=

ΩΩt t u t t u t u 003cos 34

cos 4

ωπ

ωπ

（5.1.35）

与(5.1.32)对比可知，平衡斩波调幅没有低频分量，而且高频分量的振幅也提高了一倍。经过中心频率为0ω的带通滤波器后，同样得到Ω±0ω的双边带输出。 5.2实现斩波调幅的两种电路

以上所讨论的开关电路可以由二极管组成。图5.18所示的电桥电路即可起到图5.15中的开关电路作用。图中()t U t u m 011cos ω=，

()t U t u Ω=ΩΩcos 。m U 1应取得足够大，以使二极管的通断完全由()t u 1控制，即当b

a u u >时，四个二极管导通，使输出电压()t u 等于零；

当b a u u <时，四个二极管截止，使()()t u t u Ω=。 图 5.18 二极管电桥斩波调幅电路

243

因此()t u 的波形如图5.16(c)所示，亦即实现了调幅。

也可以将四个二极管接成如图5.19所示的环形调幅电路。这四个二极管的导通与截止也完全由载波电压()t u 1决定。例如，当a 端为正，b 端为负时，1D 与3D 导通，2D 与4D 截止；当a 端为负，b 端为正时，则1D 与3D 截至，2D 与4D 导通。1D 、2D 、3D 、4D

图 5.19 环形调幅器电路

即起到了图5.17(a)所示电路中的双刀双掷开关作用，因此输出电压()t u 的波形如图5.17(d)所示，亦即实现了调幅。

为了保证以上两种电路中的导通与截止都由载波电压()t u 1决定，就要求它的振幅m U 1足够大。通常要求m U 1比调制信号峰值电压ΩU 大10倍以上。

电桥电路或环形电路过去常用氧化亚铜或晶体二极管制成，现在也可以做成集成电路。这种调幅电路的优点是维护简易、稳定、寿命长；缺点是功率小，不适用于大功率电路。

244

P5M2 检波器基本特性的测试

学习目标

? 能独立完成场二极管包络检波电路的设计。 ? 能解决一般电路故障问题。

工作任务

? 二极管包络检波电路设计与调试。

读一读

1.包络检波

(1)工作原理

前面已简略介绍了调幅波的解调(检波)方法有包络检波、同步检波等，以下详细介绍研连续波串联式二极管大信号包络检波器。图5.20(a)所示是这种检波器的原理电路，图5.20(b)所示则是它的工作图解。图中R 为负载电阻，它的数值较大；C 为负载电容，它的值应选取得在高频时，其阻抗远小于R ，可视为短路，而在调制频率(低频)时，其阻抗则远大于R ，可视为开路。此时输入的高频信号电压i u 较大。由于负载电容C 的高频阻抗很小，因此高频电压大部分加到二极管D 上。在高频信号正半周，二极管导电，并对电容器C 充电。由于二极管导通时的内阻很小，所以充电电流D i 很大，充电方向如图5.20(a)所示，使电容器上的电压C u 在很短时间内就接近高频电压的最大值。这个电压建立后通过信号源电路，又反向地加到二极管D 的两端。这时二极管导通与否，由电容器C 上的电压C u 和输入信号电压i u 共同决定。当高频电压由最大值下降到小于电容器上的电压时，二极管截止，电容器就会通过负载电阻R 放电。由于放电时间常数RC 远大于高频电压的周期，故放电很慢。当电容器上的电压下降不多时，高频第二个正半周的电压又超过二极管上的负压，使二极管又导通。图5.20(b)中1t 到2t 的时间为二极管导通时间，在此时间内又对电容器充电，电容器上的电压又迅速接近第二个高频电压的最大值。这样不断地循环反复，就得到图 5.20(b)中电压C u 的波形。因此，只要适当选择RC 和二极管D ，以使充电时间常数C R d (d R 为二极管导通时的内阻)足够小，充电很快；而放电时间常数RC 足够大，放电很慢(RC C R d )，就可使C 两端的电压C u 的幅度与输入电压i u 的幅度相当接近，即传输系数接近1。另一方面，电压C u 虽然有些起伏不平(锯齿形)，但因正向导电时间很短，放电时间常数又远大于高频电压周期(放电时C u 基本不变)，所以输出电压C u 的起伏是很小的，可看成与高频调幅波包络基本一致，所以又叫做峰值包络检波(Peak Envelope Detection)。

由此可见，大信号的检波过程，主要是利用二极管的单向导电特性和检波负载RC 的充放电过程。

245

图5.20 二极管检波器的原理图和波形图

(2)性能指标

下面讨论这种检波器的几个主要质量指标：电压传输系数(检波效率)、输入电阻和失真。 1)电压传输系数(检波效率)

电压传输系数的定义为

im

a d U m U K 输入调幅波包络振幅检波器的音频输出电压Ω=

（5.2.1）

此处，im U 为调幅波的载波振幅。用近似分析法可以证明 θcos =d K （5.2.2）

式中，θ为电流通角，其值为

3

3R

R d

πθ≈ （5.2.3） 此处，R 为检波器负载电阻；d R 为二极管导通电阻阻。

因此，大信号检波的电压传输系数d K 是不随信号电压而变化的常数，它仅取决于二极管内阻d R 与负载电阻R 的比值。当d R R >>时，0→θ，1cos →θ。即检波效率d K 接近于1，这是包络检波的主要优点。 2)等效输入电阻id R

检波器的等效输入电阻定义为

im

im

id I U R =

（5.2.4） 式中，im U 为输入高频电压的振幅；im I 为输入高频电流的基波振幅。

由于二极管电流d i 只在高频信号电压为正峰值的一小段时间通过，电流通角θ很小，因此它的基频电流振幅为

()()0

2d 1

d cos 1

I t i t t i I d

d im =≈

=

??-

-

θ

θπ

π

ωπ

ωωπ （5.2.5）

式中，0I 为平均(直流)电流。

另一方面，负载R 两端的平均电压为im d U K ，因此平均电流R U K I im d =0，代入式(5.2.4)与式(5.2.5)，即得

d

im d im id K R R U K U R 22==

（5.2.6）

通常1≈d K ，因此2R R id ≈，即大信号二极管的输入电阻约等于负载电阻的一半。

由于二极管输入电阻的影响，使输入谐振回路的Q 值降低，消耗一些高频功率。这是

智能化灌溉系统的设计与实现

智能化灌溉系统的设计与实现 O 引言 我国农业用水量约占总用水量的80%左右，由于农业灌溉效率普遍低下，水的利用率仅为45%，而水资源利用率高的国家已达70%～80%，因而，解决农业灌溉用水的问题，对于缓解水资源的紧缺是非常重要的。我们的智能灌溉系统在这种背景下应运而生了。智能灌溉系统不仅可以提高源利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，降低农产品的成本。基于传感器技术的智能灌溉系统是我国发展高效农业和精细农业的必由之路。智能灌溉系统涉及到传感器技术、自动控制技术、计算机技术、无线通信技术等多种高新技术，这些新技术的应用使我国的农业由传统的劳动密集型向技术密集型转变奠定了重要的基础。 我国北方各省水资源缺乏，然而多年来使用传统方式为植株浇水不仅效率低、成本高而且浪费十分来重。对于大面积种植的棉田实现精准灌溉，不仅可以提高源利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，降低生产的成本。 由传统的充分灌溉向非充分灌溉发展，对灌区用水进行监测预报，实际动态管理。采用传感器来监测土壤的墒情，实现灌溉管理的自动化。高效农业和精细农业要求我们必须提高水资源的利用率。要真正实现水资源的高效，仅凭单项节水灌溉技术是不可能解决的。必须将水源开发、输配水、灌水技术和降雨、蒸发、土壤墒情以及农作物需水规律等方面做统一考虑。做到降雨、灌溉水、土壤水和地下水联合调用，实现按期、按需、按量自动供水。如何利用有限的水资源，走“节水农业”已经成为农业生产获得最佳的效益和持续稳定发展的增长点。因此使用自来水发电的智能灌溉系统，控制喷灌和微灌系统，能有效地减少田间灌水过程中的渗漏和蒸发损失。现有的灌溉系统都要外接电源，存在一定的安全隐患且较麻烦。本系统可在无供电条件的地区使用，其最大优点为节水、节能、节约劳动力。 1 设计目标与实现方案描述 针对现有的智能化灌溉系统都需要外加电源供电，存在一定安全隐患，而且现有的自动灌溉装置的程序一般固化在系统的程序存储器内，只能简单地设置灌溉时间及循环时间，不能灵活根据季节不同自动调节等缺点，该系统将小型直流发电机接上风叶至于密封特制的盒子中，用水流带动风叶旋转来发电，再将电能储存到蓄电池中以给监控电路和电磁阀供电。该装置是以湿敏电阻和光敏电阻检测信号，自来水发电用作供电的一种无需外接电源的自动灌溉装置。该装置监控电路由信号采集部分，灌溉控制部分，电源部分，执行部分4部分组成。如图1所示。 1．1 信号采集部分 1．1．1 土壤湿度检测 采用硅湿敏电阻作为检测土壤湿度的传感器，它在25℃时响应时间小于5 s，检测土壤含水量范围为O～100％。 当湿敏传感器插入土壤时，由于土壤含水量不同，使得湿敏传感器的阻值也不同。通过湿敏电阻和IC1NE555判断湿度强弱，如果是土壤较干燥，湿敏电阻阻值较大，NE555翻转，输出高电平(约为电源电压)。 调整时，将湿敏电阻插入水内，调Rp1使NE555的3脚输出为12 V，然后将湿敏电阻从水中取出并擦干，调Rp1使输出0 V，这样反复调节多次即可达到要求。 1．1．2 日光强弱检测 通过光敏电阻和NE555判断光线是否强烈，如果是中午光线较强烈，IC2 NE555的3脚输

智能灌溉系统的研究与设计综述

毕业设计(论文)题目智能灌溉系统的研究与设计 教学点 专业 年级 姓名 指导教师 定稿日期：2011 年6月1 日

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我们的创新体现在我们的设计过程当中。在喷口的设计中，由于市场上所售的喷头多利用水压将水达到某个固定位置，因此不能实现喷灌位置的可调性要求。因此喷管管口需要重新设计。在喷头处，我们曾试验过多个方案。其中一个就是拟定用钢管作导水管，将水直接引到喷头，而喷头处设计成喷口可以转动的形式，通过增加一个电机并通过细杆与喷头处连实现竖直方向的转动，水平方向的转动还是靠另一个电动机带动套筒来实现（具体见附proe仿真图）。但是这种设计有两个问题我们没能解决。第一个问题就是密封的问题，喷口转动时对其密封要求较高，且此处水压较高，更增加密封难度。第二个问题就是底部的电机如何使上部的喷头进行竖直方向的摆动。此处传动距离较长，增加材料势必增加水平转动电机的负载，且此电机好密封，极易漏水烧毁电机。于是我们直接采用了接导水软管的方法。导水软管是用一种软橡皮材料做成的，我们在进行试验时，一端接从水泵流过的水，一端穿过套筒固定在舵机上，有较好的弹性，使灌溉机械臂在转动时，水管不会产生较大的阻力矩，也不会发生塑性变形影响使用。这种形式的优点是结构简单，使用方便，一根管足以解决喷头出的设计问题。缺点是电机带动套筒的转角不能持续朝一个方向转动，否则水管会打结使水流不通，且从水管浇灌到地面的水流呈柱状，对地面冲击较大。软管长期拉伸压缩会造成水管脱胶，碎裂等问题。 在实际设计计算中，需进行软管的拉压的疲劳强度的校核，及齿轮传动的校核计算。通过查机械设计的手册可以计算出所需的材料及其他要求。 在进行设计的过程中，我们查阅了上市的喷头的基本的工作原理，对其有了初步的了解。在进行结构设计得过程中，我们查阅了相关的机械原理、机械设计方面的书籍，增长了我们

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技术密集型转变奠定了重要的基础。 智能节水灌溉系统可以根据植物和土壤种类，光照数量来优化用水量，还可以在雨後监控土壤的湿度。有研究现实，和传统灌溉系统相比，智能节水灌溉系统的成本差不多，却可节水16%到30%。加州出台的新法案要求2012年起新公司必须使用智能节水灌溉系统。 二、智能节水灌溉系统的设计背景 灌溉造成水资源大量浪费 美国每年浪费掉的水资源高达8,520亿升，而若安装一种智能节水灌溉系统则可有效地控制水流量，达到节水目的。HydroPoint公司负责可持续领域业务的Chris Spain援引美国用水工程协会的报告称，美国住宅区和商业区的草坪、植物灌溉用水浪费了30%到300%。 水资源被浪费的原因是技术不行，美国有4,500万个仅是安有简易计时器的灌溉系统，们在时间控制上还可以，但精准度不高。Spain称，城市灌溉系统占城市用水的58%，这些被浪费的水资源每年生产54.4万吨温室气体。 在中国农业用水量约占总用水量的80%左右，由于农业灌溉效率普遍低下，水的利用率仅为45%，而水资源利用率高的国家已达70%～80%，因而，解决农业灌溉用水的问题，对于缓解水资源的紧缺是非常重要的。我们的智能节水灌溉系统在这种背景下应运而生了。 不仅美国，英国也开始关注节水问题。英国节能信托基金会和能源部警告，随着越来越多的家庭开始节约能源，使用热水可能会超过取暖成为制造二氧化碳的主要途径。 三、智能节水灌溉系统工作原理 灌溉系统工作时，湿度传感器采集土壤里的干湿度信号，检测到的湿度信号

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1 引言 伴随着短距离、低功率无线数据传输技术的成熟，无线数据传输被越来越多地应用到新的领域。与有线通信方式相比，无线通信以其不需铺设明线，使用便捷等一系列优点，在现代通信领域占重要地位。 但以往的无线产品存在范围和方向上的局限。例如，一些无线产品在使用时，无法将信息反馈给控制者；还有一些无线产品不能很好地显示参数或状态信息，如果能在系统中增加一块小型液晶显示电路，产品不仅能向用户显示其状态或状态的改变，而且可以大大降低成本。正如人们所发现的，只要建立双向无线通信-双工通信并且选择成本低的收发芯片，就会出现许多新应用。 本次设计主要是利用无线收发电路，加上单片机控制与液晶显示制成一套完整的数据收发系统。考虑到目前市场上的一些需求，设计的主要要求是方案成本低，体积小，低功耗，集成度高，尽量无需调外部元件，传输时间短，接口简单。nRF401是国外最新推出的单片无线收发一体芯片，它在一个20脚的芯片中包括了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制、多频道切换等功能，并且外围元件少，便于设计生产，功耗极低，集成度高，是目前集成度较高的无线数传产品，它为低速率低成本的无线技术提出了解决方案。 2 无线数据收发系统 2.1 系统组成 无线数据传输系统有点对点，点对多点和多点对多点三种。本系统由于实际应用的需要，接收器和数据终端之间的数据传输通过nRF401进行，构成点对点无线数据传输系统。整个系统中，两数据终端之间的无线通信采用433MHz的频段作为载波频率，收发通过串口通信。 无线数据收发系统可以分为无线收发控制电路、单片机控制电路、显示电路和按键电路四部分组成，系统原理如图2-1所示： 图2-1 无线数据收发系统原理图

浅析IVS无线表决系统在人大会议上的应用

浅析IVS无线表决系统在人大会议上的应用 摘要：人民代表大会及其常务委员会的决议决定是代表人民作出的，因此人大的各项决议决定要真实的表达和反映人民群众的意愿。采用电子表决器进行表决能有效地排除各种干扰，真实的表达和反映人民群众的意愿。 传统的电子会议表决系统一般是由有线系统组成，布线非常麻烦，节点较多，使用起来故障较多而且不易排除，使用者也很不方便。无线表决系统则能充分克服这些缺点，采用无线通讯方式构筑串行无线网络，节省了繁琐的布线和连续工作，通讯可靠，传输距离远。 本文讨论的IVS（Interactive V oting System）无线电子表决系统是全数字化的无线会议网络系统，浅析了系统的原理、组成和技术特点、各主要设备介绍及系统的功能。该系统是为大型会场中众多代表参与表决而设计的表决系统，旨在服务于各级人大会议中。 关键字：人大、电子表决、IVS、无线表决系统 人民代表大会及其常务委员会的决议决定是代表人民作出的，因此人大的各项决议决定要真实的表达和反映人民群众的意愿。但在现实中，如果不使用表决器，采取举手等方式，受各种因素影响，人大代表并不能不受约束地表达意愿，而采用电子表决器这种无记名的方式进行表决，就能有效地排除各种干扰，真实的表达和反映人民群众的意愿。 目前，在我国各级人大举行会议的会场中，已有不少会场安装了电子会议表决系统，电子会议表决系统在提高效率的前提下充分发扬民主，充分表达人民群众的意愿。这种表决方式具有保密性、准确性、快捷性的特点，使表决程序更加明确、规范和科学，任何人都无法进行程序之外的操作。 传统的电子会议表决系统一般是由有线系统组成，布线非常麻烦，节点较多，使用起来故障较多而且不易排除，使用者也很不方便，无线表决系统则能充分克服这些缺点，采用无线通讯方式构筑串行无线网络，节省了繁琐的布线和连续工作，通讯可靠，传输距离远。 IVS（Interactive V oting System）无线电子表决系统是全数字化的无线会议网络系统，是为大型会场中众多代表参与表决而设计的表决系统，旨在服务于

基于PLC控制技术的农业自动灌溉系统设计

基于PLC控制技术的农业自动灌溉系统设计摘要： 水是一切生命过程中不可替代的基本要素，水资源是国民经济和社会发展的重要基础资源。我国是世界上13个贫水国之一，人均水资源占有量2300立方米，只有世界人均水平的1/4，居世界第109位。而且时空分布很不均匀，南多北少，东多西少；夏秋多，冬春少；占国土面积50％以上的华北、西北、东北地区的水资源量仅占全国总量的20％左右。近年来，随着人口增加、经济发展和城市化水平的提高，水资源供需矛盾日益尖锐，农业干旱缺水和水资源短缺已成为我国经济和社会发展的重要制约因素，而且加剧了生态环境的恶化。按现状用水量统计，全国中等干旱年缺水358亿立方米，其中农业灌溉缺水300亿立方米。20世纪90年代以来，我国农业年均受旱面积达2000万公顷以上，全国660多个城市中有一半以上发生水危机，北方河流断流的问题日益突出，缺水已从北方蔓延到南方的许多地区。由于地表水资源不足导致地下水超采，全国区域性地下水降落漏斗面积已达8.2万平方公里。 发达国家的农业用水比重一般为总用水量的50％左右。目前，我国农业用水比重已从1980年的88％下降到目前的70％左右，今后还会继续下降，农业干旱缺水的局面不可逆转。北方地区水资源开发利用程度已经很高，开源的潜力不大。南方还有一些开发潜力，但主要集中在西南地区。 我国农业灌溉用水量大，灌溉效率低下和用水浪费的问题普遍存在。目前全国灌溉水利用率约为43％，单方水粮食生产率只有10公斤左右，大大低于发达国家灌溉水利用率70-80%、单方水粮食生产率2.0公斤以上的水平。通过采用现代节水灌溉技术改造传统灌溉农业，实现适时适量的“精细灌溉”，具有重要的现实意义和深远的历史意义。在灌溉系统合理地推广自动化控制，不仅可以提高资源利用率，缓解水资源日趋紧张的矛盾，还可以增加农作物的产量，降低农产品的成本。 本次设计是采用PLC控制多路不同的土壤湿度，浇灌的开启和停止完全由土壤的湿度信号控制，能使土壤的湿度值保持在作物生长所需要的最佳范围之内。这样既有利于作物的生长，又能节约宝贵的水资源。 关键词：自动浇灌; PLC; 湿度传感器；农业自动灌溉系统

无线数据传输系统毕业设计论文

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：

学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日

简易无线通信系统[详细]

简易无线通信系统(T-1题) 一、任务: 设计并制作一个简易无线通信系统. 二、要求: 1、基本要求: (1)发射频率在1～40米Hz 任选,调制方式A米/F米任选; (2)自制正弦波信号源,峰峰值1V ,频率400～600Hz可调; (3)输出功率小于20米W(在标准50Ω假负载上); (4)接收距离不小于5米(输入信号为1V、500Hz正弦波,输出信号无明显失真); 2、发挥部分: (1) 接收机能显示接收输出信号的频率; (2) 发射端可控制接收机输出直流电压变化(1～3V)及显示该电压值; (3) 增大接收距离大于10米(输入信号为1V、500Hz正弦波,输出信号无明显失真); (4) 其他的创新和发挥. 三、评分标准: 项目满分 基本要求 100 设计与总结报告:方案比较、设计与论证、理论分析与计 算、电路图及有关设计文件、测试方法与仪器、测试数据 与测试结果的分析. 50 实际制作完成情况50 发挥部分 50 完成第(1)项15 完成第(2)项15 完成第(3)项15 完成第(4)项 5 总分50 无线LED控制器的制作(T-2题)

一、 任务 设计并制作一个采用无线控制方式(红外、超声波、射频等任一种)来实现控制8路LED 灯的无线控制器,系统如下图所示: 要求 (一)基本要求 (1)可实现无线控制八路LED 灯(键盘控制任意一路LED 灯的亮、灭、左循环、 右循环); (2)使该控制器具备密码保护功能,当输入正确的密码后方能对键盘进行控制,反 之控制器发出报警; (3)设计控制距离以使用者为中心,圆半径距离设定在5米内均可接收. (二)发挥部分 (1)可实现LED 灯的分级亮度控制; (2)可实现测量无线LED 控制器的电源电压V,当V 下降到(7/8)V 时, 8路LED 有7个亮、满格电压V 时8路LED 全亮; (3)设计控制距离以使用者为中心,圆半径距离设定在1米内、5米内、10米内 三档可设置,且每档设计控制距离的实际测量不能超出所要求的距离; (4)有其他的创新和发挥. 三、评分标准

基于无线传感器网络的精细农业智能节水灌溉系统_中文

基于无线传感网络的精细农业智能节水灌溉系统 肖克辉2,1 ，肖德琴 2,1 ，罗锡文 1 (1.华南农业大学南方农业机械与装备关键技术省部共建教育部重点实验室，广州510642； 2.华南农业大学大学信息学院，广州510624） 摘要：在精细农业相关应用和理论研究基础上，自行设计用于检测农业水分含量和水层高度的无线传感器，构建农田水分无线传感器网络体系结构，设计基于水分无线传感网络的智能节水灌溉控制系统，通过实时农田水分数据和农作物水分需求专家数据形成灌溉决策，由灌溉控制系统实施定量灌溉，在水稻生长过程中的实际应用表明，该系统体现出可行性和高效性，有利于精细农业的发展和水资源的可持续利用。 关键词：无线传感网络；智能灌溉控制系统；精细农业；构架 0 前言 通过不同集成微型传感器的相互合作，无线传感网络常用于检测并获取监测对象中的各种信息。利用嵌入式信息处理和随机自组织无线网络，将信息发送到用户终端来实现“无处不在的计算”理念。基于无线传感网络的自动化、自组织和以数据为中心等特点，它能够应用于获取土壤水分数据，然后自动地将这些数据融合传输形成一个高效的田间水分数据采集平台，从而实现智能节水灌溉。 传统的田间灌溉通常由人亲自控制，而且需要大量的人力和物力，这将导致缺乏实时性和精确性，这也有悖于长期农业生产的发展趋势和水资源的可持续利用。无线传感网络被广泛地应用于精细农业和智能灌溉来克服上述存在的问题。 G Vellidis 和他的同事开发了一个典型的实时智能检测的传感器阵列来检测土壤水分，测试土壤水分使用现成的组件。这个阵列由一个位于中间位置的接收机组成，这台接收机连接在一台笔记本电脑和田间的多个传感器节点上。具有精密灌溉技术的集成传感器提供了一个闭环的灌溉系统，能够确定从智能传感器阵列的哪一位置将时间和数量输入到实时定位灌溉应用程序中。

智能农业灌溉系统方案设计

智能农业灌溉系统方案设计 托普物联网认为所谓智能农业灌溉系统就是不需要人的控制，系统能自动感测到什么时候需要灌溉，灌溉多长时间；系统可以自动开启灌溉，也可以自动关闭灌溉；可以实现土壤太干时增大喷灌量，太湿时减少喷灌量。要实现此功能就要充分利用可编程控制器的控制作用。系统要实现自动感测土壤湿度的功能必须要有土壤湿度传感器。要实现灌溉水量的多与少的调节，必须要有变频器。在可编程控制器内预先设定50%—60%RH为标准湿度，传感器采集的湿度模拟信号经A/D模块转换成数字信号。 针对灌溉水利用系数较低,文中提出一种基于嵌入式智能灌溉控制系统。依托无线传感器网络采集灌区作物需水信息,汇聚到网关节点发送给主控中心,中心主机根据信息确定灌溉状态并计算灌水量,控制灌溉设备工作实现智能灌溉;依托Internet管理员有权对系统远程管理,满足了规模化灌溉的需求。根据示范区观测,灌溉水利用系数由原来的0.6提高到0.9。系统结合了无线传感、计算和网络通信技术,解决了精确农业亟待解决的关键技术问题。 智能农业灌溉系统涉及到传感器技术、自动控制技术、计算机技术、无线通信技术等多种高新技术，这些新技术的应用使我国的农业由传统的劳动密集型向技术密集型转变奠定了重要的基础。 智能农业灌溉系统可以根据植物和土壤种类，光照数量来优化用水量，还可以在雨後监控土壤的湿度。有研究现实，和传统灌溉系统相比，智能农业灌溉系统的成本差不多，却可节水16%到30%。加州出台的新法案要求2012年起新公司必须使用智能农业灌溉系统。 智能农业灌溉系统 背景

灌溉造成水资源浪费 美国每年浪费掉的水资源高达8,520亿升，而若安装一种智能农业灌溉系统则可有效地控制水流量，达到节水目的。 HydroPoint公司负责可持续领域业务的Chris Spain援引美国用水工程协会的报告称，美国住宅区和商业区的草坪、植物灌溉用水浪费了30%到300%。 水资源被浪费的原因是技术不行，美国有4,500万个仅是安有简易计时器的灌溉系统，它们在时间控制上还可以，但精准度不高。Spain称，城市灌溉系统占城市用水的58%，这些被浪费的水资源每年生产54.4万吨温室气体。 在中国农业用水量约占总用水量的80%左右，由于农业灌溉效率普遍低下，水的利用率仅为45%，而水资源利用率高的国家已达70%～80%，因而，解决农业灌溉用水的问题，对于缓解水资源的紧缺是非常重要的。我们的智能农业灌溉系统在这种背景下应运而生了。 不仅美国，英国也开始关注节水问题。英国节能信托基金会和能源部警告，随着越来越多的家庭开始节约能源，使用热水可能会超过取暖成为制造二氧化碳的主要途径。 智能农业灌溉系统整体方案图 结构 系统结构

无线数据传输系统设计大学毕设论文

无线数据传输系统设计 无线数据传输系统设计 作者：xxx 摘要：介绍无线数据传输系统的组成、AT89C51单片机串行口的工作方式及其与无线数字电台接口的软硬件设计与实现方法。 一般的数字采集系统，是通过传感器将捕捉的现场信号转换为电信号，经模/数转换器ADC采样、量化、编码后，为成数字信号，存入数据存储器，或送给微处理器，或通过无线方式将数据发送给接收端进行处理。无线数据传输系统就是一套利用无线手段，将采集的数据由测量站发送到主控站的设备。 关键字：无线数据传输，A T89C51单片机，模/数转换器，ADC采样，采集，信号 【Abstract】: Introduction of wireless data transmission system components, AT89C51 Serial port works and wireless digital radio interface with the hardware and software design and implementation. Digital acquisition system in general, is to capture the scene through the sensor signal is converted to electrical signals by analog / digital converter ADC sampling, quantization, encoding, in order to digital signals into data memory, or sent to the microprocessor, or send the data wirelessly to the receiver for processing. Wireless data transmission system is kind of a use of wireless means, to collect the data sent by the stations to the master control station equipment. 【Key words】: Wireless data transmission，AT89C51 Microcontroller，A / D converter，ADC sampling，Collection，Signal

农业智能灌溉系统解决方案

农业智能灌溉系统解决方案 农业智能灌溉系统又叫物联网智能滴灌控制系统，是托普云农为实现现代农业所提倡的节水、节肥、省力、高效而研发出的一种自动化控制灌溉浇水系统。 农业智能灌溉系统是将灌溉节水技术、农作物栽培技术及节水灌溉工程的运行管理技术有机结合，同时集电子信息技术、远程测控网络技术、计算机控制技术及信息采集处理技术于一体，通过计算机通用化和模块化的设计程序，构筑供水流量、压力、土壤水分、作物生长信息、气象资料的自动监测控制系统，进行水、土环境因子的模拟优化，实现灌溉节水、作物生理、土壤湿度等技术控制指标的逼近控制，从而将农业高效节水的理论研究提高到现实的应用技术水平。农业智能灌溉系统实用性强，灌溉定时定量，适用范围广，功能强大，操作简单，可广泛应用于粮食、蔬菜、花卉、果树、大棚等灌溉管理。 一、农业智能灌溉系统组成： 浙江托普物联网研制的农业智能灌溉系统由首部枢纽、管路和滴头组成。 1．首部枢纽：包括水泵(及动力机)、施肥罐、过滤器、控制与测量仪表等。其作用是抽水、施肥、过滤，以一定的压力将一定数量的水送入干管。 2．管路：包括干管、支管、毛管以及必要的调节设备(如压力表、闸阀、流量调节器等)。其作用是将加压水均匀地输送到滴头。 3．滴头：其作用是使水流经过微小的孔道，形成能量损失，减小其压力，使它以点滴的方式滴入土壤中。滴头通常放在土壤表面，亦可以浅埋保护。

二、农业智能灌溉系统系统工作原理： 1.灌溉控制 灌溉分为人工干预、定时定量、条件控制3种灌溉控制方式,不论哪一种控制方式,当达到灌溉开始条件时,先打开田间阀和主控阀,然后启动水泵,开始进行灌溉。当一组阀门灌溉结束时,先打开下一组阀门,再关闭正在灌溉的阀门(水泵一直处于运行状态)。当所有需要灌溉的田间阀灌溉完毕,先关闭水泵,再关闭主控阀和田间阀,这样,一个灌溉过程结束。 2.营养控制 营养液控制方式也分为人工干预、定时定量、条件控制三种。当进行营养液时,计算机系统根据选定的配方和已设定好的营养液PH、EC值,利用文丘里注肥器进行水肥混合,同时在线实时监测混合营养液的PH、EC值,根据PH、EC设定值与检测值之间的偏差来调整混肥阀的注肥频率,在短时间内使营养液的检测值和设定值之差达到允许的范围内。当一组田间阀门结束时,先打开下一组阀门,再关闭正在运行的阀门。当所有需要的田间阀完毕,先关闭泵和水泵,再关闭正在运行的所有阀门,结束控制。 3.过滤器自动反冲洗控制 过滤器反冲洗有2种控制方式,一种为自动控制,一种为计算机手动控制。自动控制是利用差压开关监测过滤器进、出口两端差压,当过滤器由于堵塞,两端差压达到设定值时,立即中断当前的工作,对过滤器组依次进行反冲洗,冲洗时长可任意设定,冲洗完毕,恢复系统原来的运行状态。过滤器反冲洗手动控制是当认为过滤器需要反冲洗时,通过启动反冲洗程序界面上的启动键,随时可进行过滤器的反冲洗,冲洗方式与自动控制相同。 4.优先权控制

自动化智能滴灌系统设计方案

自动化智能滴灌控制系统设计方案 陕西颐信网络科技有限责任公司 西安天汇远通水利信息技术有限责任公司

目录 一. 系统概述............................................................................................................ - 3 - 二. 系统组成............................................................................................................ - 4 - 三. 通信网络............................................................................................................ - 5 - 四. 功能设计............................................................................................................ - 6 - 4.1. 监测中心级设计 ...................................................................................... - 6 - 4.2. 首部控制级设计 ...................................................................................... - 6 - 4.3.1. 设计原则 ....................................................................................... - 7 - 4.3.2. 主要功能 ....................................................................................... - 7 - 4.3.3. 硬件设计 ....................................................................................... - 8 - 4.3.4. 软件设计 ..................................................................................... - 10 - 4.3. 田间控制级设计 .................................................................................... - 13 - 4.3.1. 田间控制器主要功能 ................................................................. - 13 - 4.3.2. 田间控制器性能指标 ................................................................. - 14 - 4.3.3. 田间路由器节点主要功能 ......................................................... - 14 - 4.3.4. 田间路由器节点性能参数 ......................................................... - 14 - 4.3. 5. 供电方式 ..................................................................................... - 14 - 五. 系统特性.......................................................................................................... - 15 - 六. 设计研究意义.................................................................................................. - 16 -

单片机无线传输系统设计(89C51)

毕业论文（设计） 题目：单片机无线传输系统设计完成人： 班级：11 学制： 专业： 指导教师： 完成日期：

目录 摘要 (1) 引言 (1) 1总体设计 (2) 1.1设计技术背景 (2) 1.1.1 AT89S51单片机简介 (2) 1.1.2 AT89S51主要功能特点 (2) 1.2单片机无线数据传输原理 (3) 1.2.1 单片机无线数据传输原理概述 (3) 1.2.2 无线数据传输常用编码方式 (3) 1.2.3 无线数据传输解码 (5) 1.2.4 无线数据传输调制和解调 (6) 2无线数据收发模块 (7)

2.1无线收发模块nRF905简介 (7) 2.2 nRF905无线模块特点 (7) 2.3 工作模式及芯片结构 (7) 3系统软硬件设计 (8) 3.1 硬件设计 (8) 3.1.1 概述 (8) 3.1.2 电路原理 (9) 3.1.3 SPI接口配置 (9) 3.2 软件设计 (12) 3.2.1 概述 (12) 3.2.2 发射程序 (13) 3.2.3 接收程序 (17) 4结束语 (21) 参考文献 (22) Abstract (23)

单片机无线传输系统设计 作者： 指导教师： 摘要：当今社会发展迅速,人们迫切的期望能随时随地、不受时空限制地进行信息交互。当今的各种智能化控制系统也离不开数据信息的传输。其中，无线数据传输是区别于传统的有线传输的新型传输方式，系统不需要传输线缆、成本低廉、施工简单。现在，有很多的电器产品(如一些家用电器)的操作控制也都采用了无线数据传输方式，一些无线数据传输功能相对简单的电器产品，无线数据传输信号的接收识别往往采用与编码调制芯片配套的译码芯片。而无线数据传输功能比较复杂的一些电器产品，无线数据传输信号的识别与译码多采用单片机，其编码调制方法也有多种。本文介绍一种基于AT89S51单片机以及无线收发模块nRF905的无线数据传输方案，以及用单片机对其进行识别的程序设计方法，以供参考。 关键词：AT89S51单片机，nRF905模块，无线数据传输； 引言 当今的各种智能化控制系统,比如智能化小区部的无线抄表系统、门禁系统、防盗报警系统和安全防火系统等,工业数据采集系统,水文气象控制系统,机器人控制系统、数字图像传输系统等等,都离不开数据信息的传输。可以说,数据信息传输系统是各种智能化控制系统的重要组成部分。[1]在有线数据传输方式当中,数据的传输载体是双绞线、同轴电缆或光纤。在一些单片机监测系统中,数据采集装置是安装在环境条件恶劣的现场或野外。采集到的数据通信传输到手持终端, 然后通过手持终端送到后台机(PC机) 进行数据分析、处理。这样,数据采集装置与手持终端之间的数据传输需解决通信问题。若采用有线数据传输方式显然是不合适的。相比于传统的有线数据传输方式,无线数据传输方式可以不考虑传输线缆的安装问题,从而节省大量电线电缆,并且降低施工难度和系统成本,是一个很有发展潜力的研究课题。无线数据传输因其传输距离远和受障碍影响小而得到广泛应用，随着各种专用无线数据传输集成电路和无线数据传输发射和接收专用集成电路的不断涌现，使许多复杂的无线数据传输系统的设计变得愈来愈简单，而且工作稳定性可靠。本文介绍利用单片机以及发射/接收