斜射式超声波跨金属厚壁无线通信系统

跨金属无线传输是超声波通信的重要应用场景之一。实际应用中超声波在金属/超声波换能器界面处因反射而造成回波干扰是这类通信系统的天然缺陷。尽管利用回声消除技术能一定程度地克服回波干扰,但这需要调用大量电路硬件或计算资源。该文在超声波跨金属厚壁通信系统中摒弃传统的直射式探头而选用入射角为45◦的斜射式探头作为超声波发射和接收换能器,由于斜射式探头偏转了超声波在金属信道内的反射路径,从而大幅降低换能器接收到的回波。在不进行回波消除的前提下,以STM32为主控芯片和自制信号调理电路搭建了一套斜射式超声波跨金属厚壁无线通信系统,同时将之与选用直射式探头作为超声波换能器的通信系统进行对比验证。研究表明,在接收信噪比方面斜射式系统(19.52 dB)远优于直射式系统(9.24 dB),在穿透60 mm的厚铝板时系统实时通信速率达到1.2 Mbit/s,并可实现实时声频传输。

环境能量采集技术的研究现状及发展趋势

无线感知节点是物联网的基本单元之一,通常面临无人无源甚至偏僻的应用场景,并且数量庞大,因此如何实现持续可靠的能量供给成为物联网的关键技术之一。另一方面,无线感知节点所在环境中弥散着多种能量,寻找适当方法和设计新型器件采集这些能量并转化为电能是解决上述问题的根本途径之一。文中对近年国内外在此领域的研究成果进行了归纳,重点总结了振动、热和电磁波等的能量采集技术及其接口电路技术,并对该领域的未来发展方向进行了展望。

溶胶-凝胶法在材料复合制备技术中的应用

介绍溶胶 -凝胶法的基本原理 ,从材料制备的角度 ,提出以三个最重要的材料 (即金属及合金材料、陶瓷材料和高分子材料 )所组成的材料三角形和湿化学制备为基础来讨论材料复合的方法 ,讨论了溶胶

基于直流电力线载波通信的光伏组件监测系统

文中针对光伏电站中对光伏组件的检测新要求,设计了一种在直流输电线缆上进行数据传输的电力线通信,使用了电流调制技术,可以满足一定规模下串行通信的要求。采用STM32M0系列32位单片机作为主控器,利用运算放大器电路搭建2ASK调制解调电路,采用电流耦合单元将信号耦合到直流电力线,组成了直流电力线载波通信系统。文中重点对电流耦合单元中磁环结构、载波频率、耦合电路、调制解调电路等对通信链路的影响进行了研究。研究发现,在磁芯上加入气隙能有效解决通信时磁饱和问题,从而实现大电流直流电力线载波通信。

三自由度机械能采集器的设计

文中设计了三自由度机械能采集器,将人体随机运动时产生的机械能转换为电能,以便为各种便携式或穿戴式电子装置供电。该采集器由1个球状永磁体和1个外表上置有感应线圈的球状壳体组成。当人体运动时,球状永磁体在球状壳体中作无规则自由运动运动,引起壳体上线圈的磁通量变化,从而实现磁感应发电。系统研究了在不同人体运动状态下,线圈的匝数、厚度和放置位置,以及球状永磁体与球状壳体的直径比等因素对采集器发电特性的影响。实现了在正常行走状态下产生0.567 m W的发电量,可满足某些可穿戴电子式设备的用电需求。

用于振动抑制的正位置反馈控制及其FPGA实现

使用正位置反馈控制(PPF)对结构进行振动抑制。阐述了正位置反馈控制器的基本形式并分析了其控制机理,说明PPF控制器可以达到主动阻尼的效果,且具有较高的鲁棒性。详细分析了FPGA(可编程门阵列)平台用于主动控制的优势以及在FPGA平台上对控制器进行快速原型实现的基本流程。完成了基于FPGA的PPF控制器设计,通过同位配置的压电片作为传感和驱动元件,实现对飞机壁板其中的一个模态的振动控制。实验结果表明,使用FPGA可以实现常规控制器难以完成的高速反馈控制,且简化了控制系统,振动控制效果可达8分贝。最后根据对控制器不同阻尼比参数的选取,阐述了阻尼比对控制效果的影响。

小型低频电磁式振动能量采集器的制作及其特性研究

典型的环境振动能量采集器件采用片状的悬臂梁弹簧结构,当这种类型器件的尺度为mm量级时其共振频率较高,这在实际应用中难以与环境中低频振动源进行机械耦合。为此,提出一种回形弹簧结构,并结合电磁感应发电原理,设计和制作了一种低频电磁式振动能量采集器件。在该器件中,使用厚度为100μm的304不锈钢片制作回形弹簧,使得器件的共振频率低至17.8 Hz。整个器件由回形弹簧、Nd Fe B永磁体、自绕线圈和支座组成,外形尺寸为28 mm×28 mm×16 mm。实验测试表明,当激励振动的振幅为500μm时,器件的开路峰值电压为1.82 V,输出功率为1.1 m W。

复杂场景下无线监测系统的设计

针对复杂场景下对监测设备的较高要求,设计了一种通用型的无线监测系统。系统中的每一个传感节点基于433MHz ISM射频频段来完成数据的无线收发,并且在节点与节点之间设计了点对多点的自组网方法。收发节点先由CortexM3内核的单片机控制收发,然后把数据传入到嵌有Open Wrt开源系统的网关中,在网关中完成串口数据与Socket数据的相互转换,最后通过WIFI技术把采集数据传入PC端进行监测与反向控制,并在开源视频服务器软件MJPG-streamer的框架结构下实现视频采集。客户端软件采用C#语言进行编写,除了简单的界面显示之外,主要完成网络通信、数据处理、反向控制和监控界面显示等功能,使该系统具有较好的监测功能以及人机互动功能。整个系统的功耗较低、便携性较高、实用性强,可实现多点监测。

基于安卓手机的液晶屏数字识别系统的设计与实现

针对带有七段码的数字液晶屏,设计了一种基于安卓手机的液晶屏数字识别系统。通过手机拍照获取液晶屏图像,利用安卓本地接口功能调用计算机视觉库,对图像进行处理;针对图像的倾斜问题,通过图像预处理和霍夫变换取得图像倾斜角,并进行倾斜矫正;利用直方图对数字字符进行分割,以网格法提取字符的特征值,用三层BP神经网络进行液晶屏数字字符的识别。实际检测结果表明识别率很高,而且识别速度很快,该系统基于安卓手机,使用方便,便于携带,可以实时操作。

分布式光伏发电检测系统的设计

目前光伏发电已经进入智能化管理阶段,其中的检测工作主要由汇流箱完成,检测电流、电压以及温湿度等信息。然而汇流箱只能检测串联回路单元,具体哪块光伏组件出现问题,则需要检修人员拿万用表到现场测量。设计了一种分布式光伏发电的检测管理系统,能够检测每块光伏组件,并且检测模块是嵌入在光伏组件的接线盒里,减少施工安装工作。采集的数据以无线方式传输给汇流箱,汇流箱再通过RS-485等方式将数据传输到上位机,由上位机查看发电情况,以及判断光伏组件是否正常发电。

跨金属厚壁的视频超声无线通信系统

视频无线传输作为高速通信技术的重要应用场景之一,目前在跨金属超声无线通信领域还鲜见报道,为此,基于现场可编程逻辑门阵列芯片采用单载波时域均衡技术搭建了一套高速的跨金属超声无线通信系统。系统以工作频率10 MHz的锆钛酸铅压电陶瓷超声换能器作为超声波的发射端和接收端,基于符号最小均方算法在现场可编程逻辑门阵列中构建自适应时域均衡器以实现回波消除。以系统摄像头所采集现场视频数据作为信号源,开展了在厚度50 mm铝板双侧之间的超声无线通信实验。结果表明在穿透厚铝板时,单载波时域均衡技术让系统接收信噪比由原来的10.46 dB提高到19.08 dB,使得实时视频无线传输得以实现。

超声波穿金属无线通信噪声智能抑制方法研究

超声波是面向密闭金属腔体内外间进行无线通信时一种较为理想的信息传输媒介,回波是超声波穿金属无线通信系统的主要噪声来源。针对现有超声波穿金属无线通信系统中回波消除技术的局限,该文引入深度学习方法来实现一种新的回波消除技术方案进行通信接收端信号信噪比的改善。搭建了由摄像头、发射端FPGA、发射端超声换能器、金属铝块、接收端超声换能器和接收端FPGA组成的试验型超声波穿金属无线通信系统,作为信道的铝块其厚度为50 mm,基带频率为10 MHz。使用全卷积时域音频分离网络对超声波穿金属通信系统接收端的信号进行盲源分离,模型经过45次训练后较好实现了去除混合信号中的无用噪声而增强超声波信号的信噪比,在通信速率2 Mbps条件下实现了13.57 dB的SDR提升量和39.70 dB的SI-SDR提升量。

人力发电装置中负荷调节电路的设计与研究

伴随着全球能源的不断减少和新型便携式电子设备的迅速发展,越来越多的研究者尝试制作各种从环境中采集能量的装置,尤其是一些便携式的人体发电装置。但这些装置往往会给使用者带来额外的运动负担,这种不灵活性严重限制了人体发电装置的市场发展。针对这种发电装置的局限性,设计和制作了一个应用在人力发电装置中的负荷调节电路。该设计是通过单片机采集外部信息后发出一组不同占空比的矩形脉冲来控制人力发电装置负载电路的闭合状态,进而调节发电装置对使用者所产生的负荷。该调节电路可以根据发电装置使用者不同的体力状态来调整发电装置所产生的负荷和发电量,以减轻使用者的负担。在不同的条件下,对该发电装置所产生的力矩进行了测试。实验结果表明,该装置可以调节发电装置所产生负荷的大小。

基于博弈论的ALM协议改进算法

应用层组播(application layer multicast,ALM)经多年发展,在理论研究方面和工程实现方面均取得了不错成绩,但目前针对组播中用户自私性问题的研究仍有欠缺,而自私行为对传输的稳定性及效率均有恶劣影响,因而迫切需要制定一个合理的ALM协议来解决用户自私性问题。通过将博弈论的思想引入到组播研究中,提出了带有市场机制的组播数据传输算法,通过考虑带宽、时延、节点资源拥有量、节点存在时间、跳数、贡献值等六个参数和分段式的传输方式来解决应用层组播中的用户自私性问题。通过仿真实验以控制开销、传输效率和协议稳定性三个定向指标为考量因素,验证了该思想的可行性。该算法以增加控制开销为代价,提升了协议的传输效率和稳定性。

基于超声波的无线携能通信研究

无线携能通信是将无线能量传输与无线信息传输相结合的产物。近年来,以无线电波作为媒介的携能通信研究十分火热,而以超声波作为媒介的方式却没有得到足够关注。从超声波的传能机制出发,提出超声波换能器的设计要求;从超声波的通信机制出发,研究超声波通信的调制方式及信道特性;从功率分配角度出发,建立了速率-能量折衷模型,提出了适用于不同应用场景的动态功率分配算法,建立了基于超声波的无线携能通信系统模型。

直流电力线通信系统中T-型阻抗匹配耦合器的设计及验证

随着可穿戴电子、智能汽车和光伏发电等产业的快速发展,直流电力线通信(DC-PLC)作为一种低成本的信号传输方式,正在受到学术界和产业界的大量关注。作为DC-PLC系统中重要环节的信号耦合通常由含有耦合变压器的电路来实现,考虑到可穿戴电子和智能汽车等对电子模块尺寸的苛求,一种结构小巧且性能优异的耦合电路在实际应用中将更受欢迎。通过建立DC-PLC系统的阻抗模型和进行诺顿电容等效阻抗变换,设计了一种兼顾电力线等效电阻和等效电感且电路结构简单的T-型阻抗匹配耦合器,用于实现发送端、接收端与电力线的阻抗匹配、信号耦合以及隔绝直流的功能。通过仿真和实验测试证实,所设计的T-型带通匹配耦合器相较于阻抗失配条件下的耦合器能够获得3~7dB的增益,且当失配程度增加时所设计的带通匹配耦合器获得了更高的增益,这表明该阻抗匹配耦合电路适合于直流电力线通信使用。

工作阻力可调的自行车发电器接口电路的设计

自行车发电技术顺应了可持续发展的趋势,并且该技术也逐渐成熟。但是目前的发电设备由于发电机受车轮转速的影响较大,导致骑行费力而无法推广。讨论并设计了一种工作阻力可调的电路装置,通过MSP430低功耗单片机采集外部能量信息来控制发电设备进行开闭调节。根据骑行者不同的体力状态来调整发电装置所产生的负荷,以减轻使用者的负担。经过理论验证和大量测试,结果表明本装置可以实现自由调节自行车发电设备的负荷。

乳腺癌中CCR7、E-cadherin的表达与侵袭转移的研究

目的:探索趋化因子受体(CCR7)与E-钙粘附蛋白(E-cadherin)与乳腺癌发生发展、侵袭转移的关系及其临床意义的分析。方法:运用免疫组织化学试验检测CCR7、E-cadherin在80例浸润乳腺癌组织、40例转移淋巴结及45例癌旁组织中的阳性表现情况。结果:趋化因子受体CCR7在乳腺癌组织、转移性淋巴结组织以及癌旁组织中的阳性率分别为63.75%,80%,24.44%,且差异有统计学意义(χ~2=11.424,P<0.05),并与乳腺癌病理分化程度、临床分期、淋巴结是否转移有关(P<0.05);E-cadherin在乳腺癌组织、转移性淋巴结组织以及癌旁组织中的阳性率分别为47.5%、72.5%、66.67%,且差异有意义(χ~2=15.374,P<0.05),并与乳腺癌病理分化程度、临床分期、淋巴结是否转移有关(P<0.05);CCR7与E-cadherin的表达在乳腺癌组织中呈负相关(r=-0.42,P<0.05)。结论:在乳腺浸润性导管癌中CCR7与E-cadherin的相反的阳性表达率可能与其侵袭转移有关,检测CCR7与E-cadherin将有助于更深了解浸润性乳腺癌进展及侵袭转移情况,它们很可能为乳腺癌治疗寻找新的靶点提供理论依据与参考价值。

一种热电式变压器的制作及其特性研究

基于热电材料的帕尔帖效应和塞贝克效应,本论文设计、制作和测试了一种热电式变压器,以应用于低频等使用场景。该变压器的核心部件由两片热电片组成,其中一片热电片作为输入端实现电-热能量转换,另一片热电片作为输出端实现热-电能量转换,从而实现电压的升降,这完全不同于传统的电磁式和压电式变压器。测试结果表明,使用0.01Hz的电压作为输入电压时,在降压模式下该变压器的降压比47.70,在升压模式下其升压比为0.31。

振动能量采集供电的无线传感器设计和制作

本文就无线传感网(WSN)的能量供给问题,提出了采集环境中的振动能量这一解决方案。在无线传感环境中振动广泛存在,通过适当的方法把这些能量回收再利用转换为电能,则可使无线传感器摆脱电池供电的束缚。本文主要做了两方面工作:一是采集环境中振动能量的器件的设计;二是低功耗无线传感器节点的设计。对振动发电性能的测试表明,振动加速度为0.3g时,随着振动频率的增加,发电器的开路电压先增加,当振动频率为14.7Hz时达到最大值7.16V,然后快速减小。输出功率在外接负载为51kΩ时,达到最大值,且此时输出功率为32.12μW。对传感器工作耗电情况的测试表明,传感器电路的主要耗电在无线传输这段时间,电流为13.3m A,时间为0.1ms。