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基于无线编解码芯片的超声波定位系统的研究

作　者: 李艳霞
导　师: 苏寒松；李文元
学　校: 天津大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 超声波定位 无线编解码芯片 EDA 实景数字游戏 FPGA/CPLD
分类号: TN791
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 137次
引　用: 4次
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内容摘要


实景数字游戏属于天津市创新基金项目,而基于无线编解码芯片的超声波定位系统的设计是实景数字游戏城项目中基础而重要的一部分。本文以模型坦克对战系统为基础,利用室内超声波定位技术完成了项目中超声波定位系统的设计,并对该系统进行了整体安装、调试与误差分析,提出了完善该系统需要努力的方向。并对该系统所用到的超声波定位技术、EDA技术等先进的现代设计技术及其实现方案做了简要的论述。本论文在已完成的模型坦克对战系统的基础上,为了实时了解模型坦克在虚拟战场中的位置,为实景数字游戏项目的进一步开展奠定基础,提出了室内超声波定位方案。该方案中服务器端通过无线局域网将定位指令传送给模型坦克,定位接收端一方面接收通过系统中无线编解码芯片实现的射频信号,另一方面接收超声波,通过利用GPS定位原理和时分复用技术实现了对多辆坦克的实时跟踪和定位。在设计中通过对超声测距原理及运动物体三维定位原理的分析,构建了定位系统基本单元模型,并对该定位系统进行了实验、分析了实验误差,指出系统需要改进的地方。在模型坦克端数据流的控制和处理上,采用了在线可编程技术,提高了解码器的可靠性,简化了结构。同时还设计、制作了相关硬件电路。本设计实现了在无线局域网中对模型坦克的控制,完成了超声波定位系统的设计。试验表明,超声波定位精确度可达厘米级,完全可以达到实景数字游戏对精度的要求,同时该定位系统的设计也可以应用于其他领域中的测距、定位及环境监测等。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-13
  1.1 本课题的提出意义及发展现状  7-11
    1.1.1 本课题的来源和研究意义  7-8
    1.1.2 室内定位技术的国内外研究现状和发展趋势  8-11
  1.2 本课题的研究内容  11
  1.3 本文结构  11-13
第二章 模型坦克定位系统  13-21
  2.1 系统整体架构  13-14
  2.2 系统功能设计  14-20
    2.2.1 模型坦克的直流电机驱动  15-17
    2.2.2 模型坦克超声波定位  17-19
    2.2.3 模型坦克红外对射  19-20
  2.3 系统开发平台  20-21
第三章 系统硬件设计  21-42
  3.1 可编程逻辑器件CPLD 简介与选型  21-24
  3.2 电源系统  24-25
  3.3 可编程逻辑器件CPLD 模块设计  25-32
    3.3.1 JTAG 接口电路  25-26
    3.3.2 CPLD 与嵌入式无线设备服务器的连接电路  26-29
    3.3.3 CPLD 与驱动电路的连接设计  29-30
    3.3.4 CPLD 外围连接电路  30-32
  3.4 电机驱动电路  32
  3.5 超声波收发驱动电路  32-35
    3.5.1 超声波发射电路  32-34
    3.5.2 超声波接收电路  34-35
  3.6 射频发射与接收电路  35-42
    3.6.1 射频发射电路  36-38
    3.6.2 射频接收电路  38-42
第四章 系统软件设计  42-56
  4.1 坦克端控制指令的接收与状态信息的回传模块  42-48
    4.1.1 串行通信  42-44
    4.1.2 用Verilog 语言实现UART 通用异步收发器  44-48
  4.2 坦克电机驱动及触发信号产生模块  48-49
  4.3 超声波定位系统相关原理  49-52
    4.3.1 超声波测距原理  49-51
    4.3.2 运动物体三维坐标定位原理  51-52
    4.3.3 时分复用和多辆坦克定位系统  52
  4.4 超声波定位的发射和接收  52-56
    4.4.1 超声波和射频信号的发射  52-54
    4.4.2 超声波和射频信号的接收  54-56
第五章 系统的整体安装、调试与误差分析  56-65
  5.1 模型坦克的安装  56-57
    5.1.1 模型坦克改装方案  56-57
    5.1.2 用CPLD 实现模型坦克发射端编解码程序  57
  5.2 定位接收端参考点的安装  57-60
    5.2.1 参考点的安装策略  57-59
    5.2.2 用CPLD 实现定位接收端的程序  59-60
  5.3 整体功能调试  60
  5.4 系统误差分析  60-63
  5.5 总结与展望  63-65
参考文献  65-67
发表论文和参加科研情况说明  67-68
致谢  68-69
附录  69-70

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 数字电路 > 逻辑电路
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