基于嵌入式系統(tǒng)的新型數(shù)字式電場傳感器

基于嵌入式系統(tǒng)的新型數(shù)字式電場傳感器

—2010級本科生畢業(yè)設(shè)計開題答辯答辯人：馬超10005029指導(dǎo)老師：崔勇目錄1.畢設(shè)選題的依據(jù)

1.1畢設(shè)選題的意義我國是一個發(fā)展中國家，大力開發(fā)西部水電、火電資源，實施西電東送，電力南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)，以實現(xiàn)全國范圍內(nèi)的資源優(yōu)化配置和能源優(yōu)化供給，是21世紀中國能源和電力工業(yè)建設(shè)的基本戰(zhàn)略。強電場可能對人體心里和生理健以及無線電、電視信號造成干擾，高壓電輸電線下的電場強度的監(jiān)測顯得尤為重要。1.畢設(shè)選題的依據(jù)

1.1畢設(shè)選題的意義電場傳感器在航空航天、雷電預(yù)警、大氣監(jiān)測等方面的廣泛應(yīng)用。現(xiàn)行的電場傳感器大多數(shù)是模擬式的，數(shù)字式電場傳感器的研究剛開始起步，其中還存在著一定的問題需要去優(yōu)化改進，得到性能穩(wěn)定的數(shù)字式電場傳感器，低功耗也是我們今后追求的目標，因此深入研究數(shù)字式電場傳感器是很有必要的。1.畢設(shè)選題的依據(jù)1.2課題國內(nèi)外外研究現(xiàn)狀分析旋轉(zhuǎn)式電場儀最先應(yīng)用在為大氣電場監(jiān)測方面。20世紀起，美國已經(jīng)開始通過研究大氣電場的變化來研究大氣電場的構(gòu)成。起源于美國的Harrlwell和VanVoomis，后經(jīng)許多人如Mirkpatric和Miyake的改進，使儀器能測量電場的大小和辨別電場正負。1.畢設(shè)選題的依據(jù)1.2.1課題國外研究現(xiàn)狀1983年R.D.Dallaire等人設(shè)計了伯努利雙曲線型葉片形狀的電場傳感器，并將其應(yīng)用在電力系統(tǒng)測量上。2007年，PeterTant等人分析了在測量電壓達到千伏或兆伏級時，存在的安全，信號傳輸，電極設(shè)計問題。1.畢設(shè)選題的依據(jù)1.2.1課題國內(nèi)研究現(xiàn)狀1990年，中科院空間中心的羅福山介紹了美國肯尼迪中心的雷電與大氣電場的監(jiān)測技術(shù)手段。1994年，羅福山等人研制了KDY型旋轉(zhuǎn)式電場儀，既能用于地面也能用于飛機和火箭上測量電場的儀器。2006年，中國科學(xué)院電子所張星提出了一種小型的三維電場儀，可用于探測空中電場強度的三維方向矢量。2009年，北京航空航天大學(xué)檢測系楊子路研制出比較穩(wěn)定可靠，有一定測量精度的旋轉(zhuǎn)式電場儀，可初步應(yīng)用于特高壓直流輸電線路下地面合成電場的測量。1.畢設(shè)選題的依據(jù)1.3最新成果和發(fā)展趨勢隨著數(shù)字電路的發(fā)展，尤其是ARM、DSP、FPGA芯片性能的提升，為鎖定放大器發(fā)展提供了新的思路。各種先進的信號處理算法，如：相關(guān)檢測、自適應(yīng)濾波、小波變換等，進一步提升微弱信號檢測的性能。數(shù)字化的鎖定放大器也成為未來發(fā)展的主流方向。未來的電場傳感器的發(fā)展方向應(yīng)該是：

小型化、集成化、智能化、輕量化、低功耗2.畢設(shè)研究方案2.1研究目標及內(nèi)容：2.1.1目標：設(shè)計一個基于嵌入式的新型數(shù)字式電場傳感器步進電機控制算法的設(shè)計改進信號處理算法，提高輸出的穩(wěn)定性研究數(shù)字式電場傳感器的測量得到相角的求解及其標定方法2.畢設(shè)研究方案2.1研究目標及內(nèi)容：2.1.2本課題研究內(nèi)容可以分為以下幾個部分：1）搭建基于嵌入式處理器的數(shù)字式新型傳感器樣機分析嵌入式系統(tǒng)所具有的硬件資源和主頻等特性，對鎖定放大器進行算法設(shè)計；完成硬件設(shè)計，將傳感器中的直流電機改為步進電機，搭建數(shù)字式電場傳感器樣機；對樣機的硬件和嵌入式系統(tǒng)的程序進行調(diào)試和修改，改進算法，以提高輸出的穩(wěn)定性。2）濾波器的使用引起了移相的問題，對數(shù)字式電場傳感器的測量得到的相角及其標定方法進行研究，以得到更加準確的結(jié)果。3）研究如何在傳感器中使用步進電機穩(wěn)定工作并的到準確結(jié)果，實現(xiàn)降低傳感器的工作功耗。2.畢設(shè)研究方案2.2數(shù)字式電場傳感器流程圖2.畢設(shè)研究方案2.3擬解決的關(guān)鍵問題改進信號處理算法得到穩(wěn)定性較高的輸出結(jié)果數(shù)字式電場傳感器的測量得到相角的求解及其標定方法步進電機控制程序的設(shè)計2.畢設(shè)研究方法2.4擬采取的研究方法和技術(shù)線路2.畢設(shè)研究方案2.5預(yù)期的新意采用純數(shù)字式的方式設(shè)計傳感器，通過算法的改進降低輸出結(jié)果的波動性，提高輸出的穩(wěn)定性；數(shù)字式的傳感器相角的測量不夠準確，通過研究得到較為準確的相角測量結(jié)果，以此來準確判斷電場的極性；步進電機的使用讓葉片有規(guī)律地穩(wěn)步旋轉(zhuǎn)，可以達到減小能量消耗的目的，具有很好的現(xiàn)實意義。3.預(yù)期目標及研究成果搭建基于嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺，傳感器中的電機使用步進電機，完成信號處理程序的調(diào)試；改進信號處理的算法，提高輸出的穩(wěn)定性，研究傳感器的測量相角及其標定方法，通過測量相角準確判斷電場極性；完成步進電機算法的控制程序，用步進電機代替原有電機，研究新型數(shù)字電場傳感器，以達到降低功耗的目標；進行優(yōu)化設(shè)計，并基于以上成果完成畢業(yè)設(shè)計論文。4.畢設(shè)工計劃時間工作第1~2周進行項目資料的查詢，方案的設(shè)計并準備開題報告。第3~5周進行Matlab仿真，學(xué)習(xí)鎖定放大器等相關(guān)理論知識以及嵌入式系統(tǒng)的使用。第6~7周完成硬件樣機搭建，嵌入式系統(tǒng)信號處理程序的編寫及調(diào)試，同時準備中期報告和中期答辯。第8~11周中期答辯。進行多次實驗，優(yōu)化信號處理程序