无线自动识别系统电路的设计开题答辩.doc

西安工业大学北方信息工程学院毕业设计(论文)开题报告题目：无线自动识别系统电路的设计 （主机部分） 系 别： 电子信息系 专 业： 通信工程 班 级： B 学 生： 田 欢 学 号： B 指导教师： 沈保成 2012年12月25日1课题设计背景：无线自动识别系统WAIS是近年来几个国际组织, 特别是国际海事组织( IMO)、国际航标协会( IALA )、国际电信联盟( IT I-R)共同的研究成果。该系统是在海事VHF频段,采用GMSK/ FM调制，以SOT DMA(自组织时分多址)方式发射船位、航速、航向、船名、识别码、船长、船宽等船舶动静态数据的船载自动识别系统。WAIS的目的是提高安装船舶的航行安全，减少船舶碰撞的可能性，帮助搜救船舶更好、更快地完成海上救助任务。我国是航运大国,拥有漫长的海岸线, WAIS在我国有着广阔的应用前景。显然,研制拥有自主知识产权的AIS系统不仅可为国家节省大量的外汇,而且可极大地促进我国航海科技的发展，因而具有十分重要的意义。2 课题设计意义：该系统主要用在对进出港口的船只进行识别，它由设在岸上的主机和装在船上的分机两部分组成。船只进出港口时，主机发出问讯信号，船上分机收到该信号后，能自动发出应答信号。主机收到该信号后，可识别出该船只的“身份”。该系统具有一定的实用价值。3 课题设计要求a. 为提高可靠性及保密性，主机和分机均采用无线编码信号，发射功率0.5W； b. 主机收到分机信号后,能发出提示音并显示装置的编号； c. 设计出电路图，装配图，并进行装配，调试。 4 课题设计方案a. 课题设计实现原理过程：发送端对信号进行编码，编码后的信号通过调制器对频率进行调制，生成的调制信号倍频扩大，然后对信号高频功放，主机将高频功放后的大信号发射出，等待分机接收，这一发射过程完成发出识别信号。待分机接收后，分机对收到的信号进行识别做出反应，给予相应处理，待分机将接收的信号(主机发出)处理再回发给主机后，主机对回发回来的信号做出相应回复，因回发信号此时为小信号，故主机对回发信号进行高频放大，混频，中频放大，使信号恢复到适宜主机反应频率然后对信号进行解调，信号解调后在通过解码器解码，变成适宜人们认识的信号，一部分在经译码显示后显示在主机上人们容易获取信息的显示屏上，另一部分经过功放产生提示音，告知信号的识别过程完成。b. 系统设计方框图如图1所示。图1 系统设计方框图c. 各部分功能实现方法(1)发送端1)编码功能实现该功能用MC实现，编码芯片MC可对9位输入信息（地址位A1A5，数据位D6D9）进行编码，编码后每个数据位用两个脉冲表示：“1”编码为两个宽脉冲；“0”编码为两个窄脉冲；“开路”编码为一宽脉冲和一窄脉冲交叉。当TE端输入脉冲上升沿时，编码后的数据流开始由D0串行输出。对于每9位数据信息，能看作是个数据字，为了提高通信的安全性，编解码芯片对每个数据字发送两次，接收两次。2)调制功能实现该功能用MC2831实现，MC2831是用于无线可调通讯设备的单片调频发送器，其内部由拾音放大器、导频振荡器、压控振荡器和电池检测器等组成。发信部分的工作原理是：由MIC送出的信号，由C24，R3耦和到IC1的5脚，经限幅放大、调制等处理后，由14脚输出，送入LC选频网络，选出49.7 MHz后，由天线发射。为使分机能控制主机工作，还需发射一个导频信号。导频信号由导频振荡器产生，导频振荡器由IC1，IC2，R17，C30，C39等元件组成，导频信号也是送入IC1的5脚，处理后由14脚输出。晶振提供16.5667 MHz的基准频率，经三倍频得49.7 MHz。由L1调整调制指数，D1用于电源的弱电检测。3)倍频、高频功放功能实现该功能用LC选频网络和三极管实现，原理就是利用多级放大将16.5667MHz选出来进行三倍频，得到天线发送的49.7MHz的信号，三极管功放是因为集成芯片出来的信号功率太低，应用电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流，最终实现功率的放大。(2)接收端1)高频放大、混频、中放、解调功能实现该功能实现应用芯片MC3363完成，MC3363是美国MOTOROLA公司生产的单片窄带VHF调频接收电路，主要应用于语音通讯和数据传输的无线接收机。片内包含一个高放晶体管，振荡电路、混频电路、限幅放大器、积分鉴频器、场强指示驱动及载频检波电路等从天线输入到音频输出的二次变频所有的全部电路，同样包含了混频用一本振缓冲输出，FSK检波数据限幅比较器。具有低供电电压、低功耗、极高灵敏度和信噪比，广泛应用于语音和数字通讯的接收设备。载频信号从MC3363的Pin2输入，经内部的高放管进行高频放大后由Pin4输出，连接Pin4的是一个LC谐振高频变压器，中心频率为RF载频，经T1耦合到Pin1和Pin2进入第一混频级。内部振荡电路与Pin25和Pin26的LC元件组成第一本振级，与载频RF输入信号在内部进行混频，其差频10.7MHz第一中频信号经放大后由Pin23输出，经10.7陶瓷滤波器选频后由pin21送到内部的第二混频级。内部的振荡电路及Pin5和Pin6的外接晶体和电容构成了第二本振级，频率选比第一中频低一个中频（即二中频455kHz）的10.245MHz。10.7MHz第一中频信号与第二本振频率进行混频，其差频为：10.700-10.245=0.455MHz，也即455kHz第二中频信号。 第二中频信号由Pin7输出，由455kHz陶瓷滤波器选频，再经Pin9送入MC3363的限幅放大器进行高增益放大，限幅放大级是整个电路的主要增益级。Pin13的外接的LC元件组成455kHz鉴频谐振回路，经放大后的第二中频信号在内部进行鉴频解调，并经一级音频电压放大后由Pin16输出音频信号。Pin12和Pin13为场强指示驱动电路的外接元件端，调整Pin12的200k电阻可改变场强指示驱动电路的增益。MC3363内部还置有一级数据信号放大级，Pin17为输入端，Pin18为输出端。可对数据波形进行整形和放大。Pin10和Pin11为第二中放级的退耦电容，以保证电路稳定地工作。 2)解码功能实现该功能由MC实现，MC解码器用于接收MC输出的编码数据流。当解码器地址和编码器地址状态相并连续收到两组相同编码信号时，VT端由低电平跳变为高电平以指示接收有效，同时中断计算机进行接收。简单的说，就是用来编码地址，识别地址，配对用的。3)译码显示功能实现该功能由CD4511实现，CD4511是个用于驱动共阴极 LED（数码管）显示器的BCD锁存/7段译码器/驱动器，常用的显示译码器件，CD4511具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流，可直接驱动LED显示器。4)功放功能实现该功能由CD4013和555定时器实现，CD4013是一双D触发器，由两个相同的、相互独立的数据型触发器构成。每个触发器有独立的数据、置位、复位、时钟输入和Q输出，此器件可用作移位寄存器，且通过将Q输出连接到数据输入，可用作计算器和触发器。在时钟上升沿触发时，加在D输入端的逻辑电平传送到Q输出端。置位和复位与时钟无关，而分别由置位或复位线上的高电平完成。555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555，用 CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在4.5V16V工作，7555 可在318V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2Vcc/3，C2的反相输入端的电压为Vcc /3。若触发输入端TR的电压小于Vcc/3，则比较器C2的输出为0，可使RS 触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2Vcc/3，同时TR端的电压大于Vcc /3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。本系统中，CD4013电路和开关2电路组成一个控制电路，一起控制555多谐振荡电路的工作过程。5 课题已完成任务a. 对课题基本含义有了掌握，所谓的无线自动识别系统用对无线信号处理来控制实现自动识别功能。自动识别系统的目的是使所有装备无线电应答器的船舶能看到装有这种设备的其他船舶看见，意味着交换船舶当前的航行状况以及操纵等重要的航行数据，这些数据连续地交换不需人干预。 b. 了解了它的应用范围，无线自动识别是为了解决人民生活乃至社会问题的一个有效系统。在航海领域应用极为广泛，它在船舶导航、避碰、船舶通信、船岸通信、海上搜救、海事调查等方面发挥独特而重要的作用。此外，他还有很多应用，比如：畜牧业的管理系统；汽车防盗和无钥匙开门系统的应用；马拉松赛跑系统的应用；自动停车场收费和车辆管理系统；自动加油系统的应用；酒店门锁系统的应用；门禁和安全管理系统等。 c. 了解该课题运用在国内外影响(1)国外1)埃森哲实验室首席科学家弗格森认为无线自动识别系统是一种突破性的技术：第一，可以识别单个的非常具体的物体，而不是像条形码那样只能识别一类物体；第二，其采用无线电射频，可以透过外部材料读取数据，而条形码必须靠激光来读取信息；第三，可以同时对多个物体进行识读，而条形码只能一个一个地读。此外，储存的信息量也非常大。2)北美北欧无线自动识别网络建设比较活跃，1998年, 美国海岸警备队印，在密切关注世界海事无线电通信技术同时，建立了新一代无线自动识别系统基站，随后，瑞典也分两个阶段完成无线自动识别基站的建立，实现了船到船，船到岸的通信，但是在岸上只能收信息不能发信息。(2)国内我国的无线自动识别系统起步较晚，对我国而言要制订符合中国国情的无线识别系统国家技术标准制订各类船舶分批限期安装无线识别系统设备及使用管理有关条例，制订沿海无限识别系统建设规划有关规定，在无线识别系统 新建、改建、扩建工程设计中考虑无线识别系统基站建设，研究VTS接入技术，发挥无线识别系统在VTS中的作用。目前，在中国海事局的直接领导下, 上海海事局已成立了无线识别系统研究小组，展了对无线识别系统有关政策、规范、技术标准，产品、应用环境等的资料跟踪和研究工作。6 本课题研究的进度计划 a. 第1周完成课题基本含义认识； b. 第23周完成课题实现基本框架；c. 第45周完成课题开题报告，进行开题检查，完成开题答辩； d. 第68周搜集相关资料，完善方案措施;继续开展研究；争取有一定的成果； e. 第910周写出第二期研究报告，接受中期检查； f. 第1114周，大量阅读课题相关资料，继续开展研究，吃透课题，并争取在某些学科实现质的跨越； g. 第1518周，根据自己这段期间的阅读，深入研究完善课题，出论文集;写出高质量的研究报，申请结题。 5. 指导老师意见(对课题的深度，广度及工作量的意见) 指导老师： 年 月 日6. 所在系审核意见： 系主管领导： 年 月 日参考文献1 康华光.电子技术#基础数字部分(第四版)M.北京:高等教育出版社,2000.2 杨梅,刘人杰,刘晓鸣.基于船载自动识别系统的海事信息网建设方案J.大连海事大学学报,2003,29(3):68-71.3 何希才.新型集成电路应用实例M.北京:电子工业出版社,2002.4 张肃文.高频电子线路M.北京:高等教育出版社,2004. 5 童诗白.模拟电子技术基础M.北京:高等教育出版社,2001. 6 王毓银.数字电路逻辑设计M.北京:高等教育出版社,1999. 7 吴运昌等.模拟集成电路原理及应用M.广州:华南理工大学出版社,1995.8 徐新艳,刘勇.脉冲与数字电路M.北京:电子工业出版社,1998.9 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