基于STM32的水声收发信机的研究与实现

发布时间：2020-04-10 02:14

【摘要】：陆地资源的逐渐匮乏致使人类将目光和焦点转向了蕴藏丰富资源的海洋,水声收发设备作为人类探索海洋资源的工具也越来越引起人们的关注。通常使用的水声通信设备价格比较高,而且在近距离的浅海进行简单的信息传输显得有些资源浪费。在此背景下,本文基于STM32硬件平台设计了软件无线电结构体系下的低成本、低功耗的水声收发信机。具体工作如下:首先,根据软件无线电思想设计了水声收发信机的总体结构,说明其工作原理和硬件组成,并完成软件设计。由于水声信道的可用频带比较窄,为充分利用频带,选择使用16-QAM的调制解调方式。接着对水声收发信机的关键技术进行了深入研究,主要包括载波恢复模块的锁相环技术、定时同步模块的Gardner算法,并使用理论推导分析的方法说明了其核心算法的工作过程。其次,进行水声收发信机在MATLAB平台上的总体仿真,对使用到的关键技术进行验证,并利用仿真结果分析其算法的适用性。同时利用MATLAB的工具箱完成了收发信机滤波器的抽头系数设计,并对其滤波的结果与MATLAB功能函数滤波结果进行了对比分析。最后,基于现有的实验条件,进行了硬件实验平台的搭建,并对外设进行了时钟与引脚分配。然后将软件仿真实现的程序移植到以STM32为核心的开发板上,并将STM32与超声测距模块连接进行联合测试,进一步验证关键算法在硬件平台的适用性,并利用串口助手与示波器完成测试与结果分析。
【图文】：

第 4 章 基于 STM32 的收发信机实验图 4-1 详尽地给出了 STM32 的部分外设与各模块间接口形式。收发信机的主要硬件电路包括了电源电路、时钟电路、复位电路、JTAG 电路、串口电路等。STM32的 JTAG 接口硬件电路可以与当前主流的仿真器联合使用，这样就可以通过 STM32的 JTAG 接口进行程序的烧录与调试，提高工作效率。STM32 所使用的 Thumb-2 指令集带来了更高的指令速率和性能；通过紧耦合的嵌套矢量中断控制器，对中断的响应比以往更迅速[43]。该芯片具有丰富的库函数，可以轻松的配置库函数的参数来完成对外围电路的设置，大大地降低开发的难度，这样也会使程序变的容易读懂和修改；该芯片也集成了众多的外设单元，包括定时器，通用输入输出口 GPIO。STM32F107VCT6 的原理图如图 4-2 所示。

- 34 -b) 接收端的信号波形图 4-4 联合测试的波形 4-4 为超声模块的发送与接收的波形，图 a)测量的是 STM32 的 DAC形，，图 b)测量的是接收模块输入 STM32 的信号波形即超声探头接收到。调制信号每个载波使用了 4 个点进行了载波的生成，在图 a)中通过 个点生成波形的持续时间为 25μs，由此便可以确定 STM32 模块由 DA为 40kHz 的正弦波形，在图 b)中观察到示波器中显示正弦波的频率。这表明收发信机所使用的 DDS 生成载波算法适用于超声测距模块，具有窄带特性，将 STM32 产生波形中的多次谐波滤掉，与系统设定的带窄的特性比较相近，更加贴合系统设定的实验环境，使实验数据有值。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN830;TN929.3

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本文编号：2621603