便携式数字化实验系统研究与开发
本文选题:数字化实验系统 + FIR滤波 ; 参考:《东南大学》2016年硕士论文
【摘要】:随着素质教育的普及,越来越多的学校意识到实验对学生学习的重要意义,而传统实验的低效率导致许多中小学因为升学压力而放弃实验教学。数字化实验系统的开发,可以简化实验流程和数据处理,方便学生高效的理解理论知识,提高学生对学习的兴趣和积极性。本文设计了一套处理速度快、灵活性高的便携式数字化实验系统。首先,对数字化实验系统进行了详尽的需求分析,对比了三种不同的设计方案。并从系统的硬件和软件两个设计方向入手,提出了灵活度高的数字化实验系统的总体设计方案。其次,将系统的硬件设计分为三大类,并分别针对数字信号数据采集模块、模拟信号数据采集模块、有线传输模块、无线传输模块、电池模块、屏幕显示模块和SD卡等模块进行详细的研究与设计。然后,利用整系数FIR (Finite Impulse Response)滤波有效的降低了模拟信号的噪声减少比NRR (Noise Reduction Ratio)。对受环境影响较大的电子指南针做了全面的数据分析,利用MATLAB对磁场轨迹进行跟踪,并提出了一种强干扰自检算法,可以检测局部干扰,提高了数据有效性,利用改进的遗传算法优化了采样数据,提高了数据的精确度。最后介绍了系统的软件设计,并针对系统的通讯协议、应用程序,部分驱动程序和滤波算法的软件实现进行了详细的研究与设计。本文将C++的面向对象的思想引入ARM编程中,提高了软件系统的模块化程度。实验验证表明,本文设计的数字化实验系统的实时性高,数据处理速度快,便携度高,具有较高的实际应用价值。
[Abstract]:With the popularization of quality-oriented education, more and more schools realize the importance of experiment to students' learning, and the low efficiency of traditional experiment leads many middle and primary schools to give up experimental teaching because of the pressure of higher education. The development of digital experimental system can simplify the experimental flow and data processing, facilitate students to understand theoretical knowledge efficiently, and improve students' interest and enthusiasm in learning. A portable digital experimental system with high processing speed and high flexibility is designed in this paper. Firstly, the digital experimental system is analyzed in detail, and three different design schemes are compared. Starting with the hardware and software design of the system, the overall design scheme of the digital experimental system with high flexibility is put forward. Secondly, the hardware design of the system is divided into three categories, and respectively aimed at digital signal data acquisition module, analog signal data acquisition module, cable transmission module, wireless transmission module, battery module. Screen display module and SD card module are studied and designed in detail. Then, the noise reduction of analog signal is effectively reduced by using integral coefficient Fir / finite Impulse response filter than NRR / Noise reduction method. This paper makes a comprehensive data analysis on the electronic compass which is greatly affected by the environment, tracks the magnetic field track by using MATLAB, and puts forward a strong interference self-detection algorithm, which can detect the local interference and improve the data validity. The improved genetic algorithm is used to optimize the sampling data and improve the accuracy of the data. Finally, the software design of the system is introduced, and the software implementation of communication protocol, application program, partial driver and filter algorithm is studied and designed in detail. In this paper, the object-oriented thought of C is introduced into arm programming, and the modularization degree of software system is improved. The experimental results show that the digital experimental system designed in this paper has high real-time performance, fast data processing speed and high portability, and has high practical application value.
【学位授予单位】:东南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TP212.9;TP274
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,本文编号:1996201
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