第一篇：無線數據采集模塊實驗報告

無線數據采集模塊

實驗報告

姓名：張兆偉

班級：13 班

學號：2015042130 日期：2016年8月25日

無線數據采集模塊實驗報告

一、實驗背景

數據是指用來描述客觀事物的數字、字母和符號等等。數據傳輸在人類活動中的重要性是不言而喻的。它是計算機與外部物理世界連接的橋梁。數據采集，或稱數據獲取，既利用一種裝置，從系統外部采集數據輸入到系統內部。

隨著計算機、通信和網絡技術的飛速發展，無線傳感器網絡應運而生。傳感測試技術正朝著多功能化、微型化、智能化、網絡化、無線化的方向發展。工業無線網絡是從新興的無線傳感器網絡發展而來的，具有低成本、低能耗、高度靈活性、擴展性強等特點，已經成為繼現場總線技術后的又一個研究熱點。無線數據采集既要在復雜，惡劣的現場環境下將物理量完整的進行采集，更要將采集到的數據傳給遠端的主控室。其主要應用領域包括：工業遙控、遙測；石油鉆井張力無線監測；短距離無線數據傳輸；安防設備無線監控；無線RS485、無線PLC；城市管網壓力、溫度監測；電力線無線報警等。

二、實驗過程

無線數據采集既要在復雜，惡劣的現場環境下將物理量完整的進行采集，更要講采集到的數據傳給遠端的主控室。DTD110系列無線數傳模組廣泛應用于無線數傳領域，典型應用包括遙控、遙感、遙測系統中的數據采集、檢測、報警、過程控制等環節。

DTD110系列無線PLC有4路開關量的傳輸，4路模擬量的傳輸，距離100米~3000米均可。即可以實現點對點通信，也可以實現點對多點通信，不需要編寫程序，不需要布線，一般電工就可以調試使用。對于工業現場的遙測遙控實施簡單、方便、便宜。

1、適用范圍

無線數據采集模塊具有數據采集、控制、GPRS無線遠程通信等功能。采用低功耗設計。該產品可接入各種串口儀表、各種模擬信號輸出的變送器、各種脈沖信號輸出的雨量計、水表等。廣泛用于水務、環保、氣象、市政、環境、地質、農業、公安等行業遠程監控系統。特別適用于太陽能供電方式的現場應用，可大大降低太陽能供電成本。

2、無線數據采集的特征：

多種配置應用方案，可以滿足用戶不同的需要；4個開關輸入通道，4個開關OC門輸出通道；4個模擬量輸入通道，4個模擬量輸出通道；可以直接代替有線的PLC設備；一體化設計，結構緊湊；多種產品規格適應于不同的傳輸距離；射頻輸出功率10mW、500mW、1000mW；GFSK調制，高效前向糾錯信道編碼技術；軟件無線電技術保證高抗干擾能力和低誤碼率；ISM 頻段433MHz，無需申請頻點；工業標準設計，能工作于各種惡劣環境；直流9~24V供電，電流小于800mA。

3、主要功能

1）遠程通信：GPRS網絡和短消息雙通道傳輸數據，支持專線、VPN專網多種組網方式。

2）通訊協議：支持UDP、TCP 協議，支持多中心數據通信。

3）模擬量輸入：可采集4-20mA、0-5V等多種電流、電壓信號輸出模擬量。

4）開關量輸入：可采集干接點、有源接點開關量輸出信號，可定時采集以降低能耗。

5）脈沖量輸入：可采集干接點脈沖信號，用于采集脈沖發訊水表。6）智能儀表接入：提供2路RS232/485串口，可以采集各種智能儀表，如流量計、照相機等。

7）開關量輸出：提供三極管集電極信號輸出。

8）電源輸出：可定時為變送器供電，輸出電壓：同輸入電源電壓。9）遠程控制：接受遠程指令，實現控制。

10）數據顯示：可支持2×8中文漢字液晶顯示，配有4個數字鍵盤。

11）數據查詢：可本機按鍵查詢，同時支持就地串口查詢，遠程查詢。

12）遠程通信：支持RS232/485總線、GPRS、SMS等多種通信。

13）配套軟件：配套提供參數設置軟件。

4、主要特點

1）工作電流低：GPRS實時在線，平均工作電流<10mA。

2）數據存儲容量大：本機循環存儲監測數據，掉電不丟失，存儲容量：4M。

3）維護方便：支持遠程參數設置，遠程軟件升級。

4）體積小：外型尺寸145×100×65mm

5、技術指標

1）硬件配置：GPRS/GSM無線通信接口、4路AI、4路DI、6路PI、3路DO、2路串口、中文液晶顯示和無顯示可選、1個4按鍵鍵盤可選。

2）采集精度：模擬量采集精度：0.5%，脈沖計數誤差：0.01%

3）通信協議：支持標準MODBUS協議，可嵌入其它通信協議。

4）通信接口：GPRS/GSM無線通信接口，1路串口用于維護，2路串口采集儀表，232/485可選。

5）通信速率：300～19200 bit/s

6）工作環境：溫度：-25~+70℃、濕度：≤95%、無腐蝕氣體、無導電塵埃、無爆炸環境。

7）安裝方式：一般采用導軌式安裝，特殊場合，可將控制器固定在安裝底板上。

8）供電電源：10～28VDC

6、系統功能

系統主要分三層，第一層為服務器，第二層為過渡層，由 Zigbee 協調器和 Zigbee節點構成，第三層為任務層，由 54 個監測單元和 1 個顯示單元構成。系統的主要功能為：服務器有選擇地查詢 54 個監測單元的數據，然后根據需要將某個監測單元的數據發送到顯示單元上，讓其顯示，中間的傳輸全部由 Zigbee 組網無線通訊。

其服務器主要功能：

1）開辟多個線程，每個線程主動輪詢各個節點；與每個節點的通訊必須“有問 必答”，具有超時控制機制； 2）具有廣播，組播配置參數功能；

3）對每個節點可以實時監測重量，溫度，濕度參數。并且以曲線形式顯示； 4）實時采集每個節點的參數并顯示；

5）服務器采用 Windows 7 操作系統，開發工具為 C#和 SQL 數據庫，最終生成安裝文件。

三、實驗結果

直觀看到顯示單元上面顯示的值，什么都不選時，數碼管上顯示 0000，當輸入節點編號，并雙擊鼠標選中溫度、濕度或者重量時，點擊確定后，數碼管

會立即顯示具體數值，并且給顯示單元發送顯示命令。

四、認識與體會

數據采集是整個工廠自動化的最前端，測試精度、速度與實現該功能的成本是幾個重要因素，數據采集也正朝著這幾個方向發展。高速、實時數據采集在運動控制、醫療設備、快速生產過程和變電站自動化等領域都有非常重要的應用。這些行業中，對高速數據采集的需求遠遠超過目前實際可以實現的程度。用戶的需求促進了技術的發展和新產品的出現，隨著工業發達國家和新興崛起國家為提高其產品在全球市場的競爭力，他們更進一步希望降低包括能源消耗、原材料消耗和勞務成本。對于發達國家來講，其勞務成本遠遠高于新興崛起國家，因此特別重視促進創新和技術進步，采用新的技術手段。正是在這樣競爭日益激烈的大背景下，無線數據采集技術在工業中的推廣應用則受到了特殊的重視。

第二篇：地震數據采集實驗報告參考材料

實驗一 地震數據采集實驗

紅色字體部分根據具體實驗參數自行修改

一 實驗目的和要求

通過實驗了解地震數據的采集方法和觀測系統的設計方法。二 實驗內容

1、了解地震數據的采集方法。

2、地震觀測系統的設計。

3、實驗觀測結果的分析。三 實驗儀器設備

Summit或Geopen數字地震儀、100hz地震檢波器12串、錘擊震源1個、地震采集站2個（Summit為6個）。四 實驗原理

參考課本和上課老師講的內容，自己總結。五 實驗步驟

1、畫出合適的觀測系統（單邊激發，每炮12道接收，每炮向前滾動1道，共12炮，道間距為1m），合理設置儀器參數。

2、將檢波器、采集站、擊發錘、炮線和儀器連接，檢查儀器的相關參數。

3、用擊發錘多次敲擊地面，產生地震波，由檢波器接收并轉化為電信號，通過電纜傳輸到儀器中，進行重復疊加后記錄到磁盤上，獲得一張地震記錄。

4、根據直達波時距曲線為直線、反射波時距曲線近似為雙曲線的特點，在地震記錄中識別出直達波、反射波和面波。

5、向前移動檢波器排列，并重復2、3、4和5步驟。五 實驗結果

根據不同類型地震波的特點在下圖所示的地震記錄中識別直達波、反射波、折射波和面波，并指出直達波、反射波和折射波時距曲線的關系。

六 實驗小結體會

第三篇：數據采集計算機控制實驗報告（共）

課程名稱：

電氣裝備計算機控制技術

指導老師：

成績：

實驗名稱：

數據采集計算機控制

實驗類型：

同組學生姓名：

一、實驗目的和要求（必填）

二、實驗內容和原理（必填）

三、主要儀器設備（必填）

四、操作方法和實驗步驟 五、實驗數據記錄和處理

六、實驗結果與分析（必填）

七、討論、心得

一、實驗目的和要求 1.初步了解數據采集卡在電氣裝備中的應用 2.了解計算機在數據采集和處理方面的應用 3.采用 C++ Builder 對數據采集卡 PCI1202 進行編程，控制實驗數據的采集數據預處理以及系統的測量模式 4.理解數據采集系統的硬件原理 5.掌握簡單的數據采集軟件編寫方法 二、實驗內容和原理 1.實驗內容（1）

通過上位機控制三相異步電機的運行及停車（2）

使用數據采集系統進行各路數據采集對數據采集的結果進行記錄好分析 2.實驗原理 實驗原理圖如圖所示：

電流傳感器2電流傳感器1電流傳感器3電壓傳感器3電壓傳感器2電壓傳感器1三相調壓器AVM3~

數據采集主電路實驗接線圖DB-16P數字輸入DI+DI-DB-16R數字輸出JNCCOM+-24VDCC220VAC

C— 主電路接觸器的接點

J— 中間繼電器的接點

NC— 為數字輸出的常開接點

COM— 為數字輸出的常開常閉公共點JCCC5~24VDC數字輸入開關量信號CJ— 主電路接觸器的線圈— 中間繼電器的線圈注 注: 220V 三相交流電源經過各種接觸器連接到三相異步電動機上，為控制電機的運行，必須控制三相交流電源的接入和斷開，接觸器即可實現此項功能。因為主接觸器通入強電，不能直接進行操作，所以我們通過控制上位機產生的信號，繼而控制中間繼電器，然后由中間繼電器控制主接觸器。

電路中并聯了三個電壓傳感器，串聯了三個電流傳感器，但是在實際過程中，由于電機的運轉為空轉，所以電機的線電流非常小，由電流傳感器測出來的數據并不具有代表性，所以實際實驗中我們連接了電壓傳

感器。

傳感器測出來的信號經過數據采集實驗箱中的調理電路處理后送入 PCI1202 中，經過 A/D 以及 D/A 轉換后在上位機運行界面顯示，實現基本的數據采集。采集信號的顯示模式等均可通過程序進行改變。

三、主要儀器設備 一臺 PC 機、交流電源、電動機、傳感器板、PCI1202 控制板、繼電器板、導線若干 四、操作方法與實驗步驟 1.根據實驗內容要求以及實驗連接電路圖所示，利用實驗平臺各裝置設計硬件連接電路 2.運行 C++ Builder 軟件，熟悉該軟件的使用方法 3.通過軟件平臺進行編程、調試（可參照示例程序），實現對硬件電路的控制 4.軟件調試成功后通過上位機運行系統，并對實驗要求的數據進行采集和記錄 五、實驗數據記錄和處理 1.實驗例程 //---------------------------------------------------------------------------#include

#pragma

hdrstop

#include

“Unit2.h” #include

“P1202.h” #include

“P1202u.cpp” //---------------------------------------------------------------------------#pragma

package(smart_init)#pragma

resource “*.dfm” TForm1 *Form1;

Word

TotalBoards;//上面這段程序包含了相關頭文件的引用（#include **.h）以及編譯預處理（#pragma **）指令，同時定義了Word型變量TotalBoards，用于存儲板卡總數

//---------------------------------------------------------------------------__fastcall TForm1::TForm1(TComponent* Owner)

: TForm(Owner){ } //---------------------------------------------------------------------------//form的構造函數，在初始化窗體的時候執行，是最先執行的一個函數

void __fastcall TForm1::FormCreate(TObject *Sender){

Word

RetValue;//定義了一個Word類型的變量RetValue

RetValue = P1202_DriverInit(&TotalBoards);//板卡驅動初始化函數 //向系統要求分配資源，測試是否已經安準成功，并且回傳給安裝板卡的數量

if(RetValue!= 0)//板卡程序運行成功后返回0，否則報錯

{

ShowMessage(“ErrorCode:” + IntToStr(RetValue)

+ “nDriver Initial Error！”);

Button1->Enabled = False;

}

//顯示錯誤代碼

eSelect->Text = “0”;//eSelect初始化選擇為第一個板卡，第一個板卡定義為0

eTotal->Text

= IntToStr(TotalBoards);//eTotal初始化為板卡數量，此時從整形變量轉化為字符型變量

UpDown1->Max

=(Word)(TotalBoards-1);//規定可選擇板卡數量最多為板卡總數量減一

UpDown1->Min

= 0;//規定可選擇板卡數量最低為0（第一個板卡）

if(TotalBoards < 2)//如果總板卡書小于2，則不能進行選擇

{

UpDown1->Enabled = False;

eSelect->Enabled = False;

} } //---------------------------------------------------------------------------//該程序為窗口初始化函數以及P1202的初始化。P1202_DriverInit()這個函數是板卡驅動初始化函數，從來檢測辦卡的數量，并將值賦給Word變量RetValue，如果RetValue不等于0的時候，就會用ShowMessage函數顯示錯誤信息。其中IntToStr函數的功能是將整形變量轉換為字符串顯示，同時button1不使能。eSelect用于板卡選擇，從0開始一直到最大值減一，0表示第一個板卡。eTotal用于記錄一共有多少板卡，值為板卡總數。UpDown1->Max用于記錄板卡數量的最大數。UpDown1->Min用于記錄板卡數最小值。如果板卡總數小于2，則將eSelect和UpDown1均不使能，不允許選用板卡。

void __fastcall TForm1::Button2Click(TObject *Sender)//描述按鈕2（Exit）的關閉功能 {

Close();//關閉窗體 } //---------------------------------------------------------------------------void __fastcall TForm1::Button1Click(TObject *Sender){

Word

Didata;//變量定義

Word

RetValue, DF, DW, AC, Dodata, k;

float DA;

wAdNumber

=(Word)StrToInt(eC0AdNums->Text);

DF

=(Word)StrToInt(eC0DaFreq->Text);

DW

=(Word)StrToInt(eC0DaWave->Text);

AC

=(Word)StrToInt(eC0AdClock->Text);//頻率

DA

= StrToFloat(eC0DaAmp->Text);//振幅

XMax->Caption = IntToStr(wAdNumber);//最大量程

RetValue

= P1202_ActiveBoard((Word)StrToInt(eSelect->Text));//調用函數激活板卡，同時將

值返回給RetValue

if(RetValue!= 0)//檢驗返回值是否錯誤

{

ShowMessage((AnsiString)“Active Borad Error！”

+ “nErrorCode:” + IntToStr(RetValue));

return;

}

Dodata

=(Word)StrToInt(“0x” + eC0DO->Text);//把變量轉換為16進制word類型，并且賦給Dodata

RetValue

= P1202_Do(Dodata);//傳送一個16位的值到Digital Output

if(RetValue!= 0)

{

ShowMessage((AnsiString)“Digital Output Error！”

+ “nErrorCode:” + IntToStr(RetValue));

return;

}

RetValue = P1202_Di(&Didata);//從Digital Output里面讀取16位數

if(RetValue!= 0)

{

ShowMessage((AnsiString)“Digital Input Error！” + “nErrorCode:” + IntToStr(RetValue));

return;

}

eC0DI->Text = IntToHex(Didata,4);

RetValue = P1202_M_FUN_1(DF, DW, DA, AC, wAdNumber, 0, fAdBuf,-10, 10);//連續平滑的A/D、D/A轉換

if(RetValue!= 0)

{

ShowMessage((AnsiString)“M_Fun_1 Error！”

+ “nErrorCode:” + IntToStr(RetValue));

return;

}

DrawWaveF(-5, 5, fAdBuf, 0, wAdNumber, C0Image);//連續的監視數據

lbC0Log->Items->Clear();

for(k=0;k<=wAdNumber-1;k++)//根據采集的數據畫波形

lbC0Log->Items->Add(FloatToStr(fAdBuf[k]));} //說明：這個程序用于說明點擊按鈕Button1的時候動作——監視、采集數據，并且根據采集到的數據畫波形。

//---------------------------------------------------------------------------void __fastcall TForm1::FormClose(TObject *Sender, TCloseAction &Action){

P1202_DriverClose;//關閉板卡

} //說明：這個程序用于關閉板卡 //---------------------------------------------------------------------------

三相電壓采集例程 //---------------------------------------------------------------------------#include #pragma hdrstop

#include “Unit2.h” #include “P1202.h” #include “P1202u.cpp” //---------------------------------------------------------------------------#pragma package(smart_init)#pragma resource “*.dfm” TForm1 *Form1;

Word

TotalBoards;//該程序段包含相關頭文件的說明與編譯預處理指令，同時定義Word變量TotalBoards，用于技術把卡總數 //---------------------------------------------------------------------------__fastcall TForm1::TForm1(TComponent* Owner)

: TForm(Owner){ } //---------------------------------------------------------------------------

void __fastcall TForm1::FormCreate(TObject *Sender){

Word RetValue;

RetValue = P1202_DriverInit(&TotalBoards);

if(RetValue!= 0)

{

ShowMessage(“ErrorCode:” + IntToStr(RetValue)

+ “nDriver Initial Error！”);

Button1->Enabled = False;

}

eSelect->Text = “0”;

eTotal->Text

= IntToStr(TotalBoards);

UpDown1->Max

=(Word)(TotalBoards-1);

UpDown1->Min

= 0;

if(TotalBoards < 2)

{

UpDown1->Enabled = False;

eSelect->Enabled = False;

} } //改程序為窗口初始胡函數以及P1202的驅動初始化，具體注釋參考上一個程序 //---------------------------------------------------------------------------

void __fastcall TForm1::Button2Click(TObject *Sender){

Close();} //該程序用于說明Button2功能，即關閉窗體 //---------------------------------------------------------------------------void __fastcall TForm1::Button1Click(TObject *Sender){

Word

RetValue, DF, DW, AC, k;

float

DA;

wAdNumber

=(Word)StrToInt(eC0AdNums->Text);

DF

=(Word)StrToInt(eC0DaFreq->Text);

DW

=(Word)StrToInt(eC0DaWave->Text);

AC

=(Word)StrToInt(eC0AdClock->Text);

DA

= StrToFloat(eC0DaAmp->Text);

for(k=0;k<=31;k++)

{

wChannel[k]

= 0;

wConfigCode[k] = 0;

}

wChannel[0]

= 1;

wChannel[1]

= 1;wChannel[2]

= 1;//設定輸出到analog output Channel1、Channel2、Channel3

XMax->Caption

= IntToStr(wAdNumber);

XMax2->Caption = XMax->Caption;

XMax3->Caption = XMax->Caption;

RetValue

= P1202_ActiveBoard((Word)StrToInt(eSelect->Text));//激活板卡，并把返回值送給RetValue

if(RetValue!= 0)

{

ShowMessage((AnsiString)“Active Borad Error！” + “nErrorCode:” + IntToStr(RetValue));

return;

}

RetValue = P1202_M_FUN_3(DF, DW, DA, AC, wAdNumber, wChannel, wConfigCode, fAdBuf,-10, 10);//連續平滑的A/D、D/A轉換

if(RetValue!=0)

{

ShowMessage((AnsiString)“M_Fun_1 Error！” + “ErrorCode:” + IntToStr(RetValue));

//return;

}

DrawWaveF(-5, 5, fAdBuf, 0, wAdNumber, C0Image0);

DrawWaveF(-5, 5, fAdBuf, wAdNumber, wAdNumber, C0Image1);

DrawWaveF(-5, 5, fAdBuf, wAdNumber * 2, wAdNumber, C0Image2);//連續的監視數據

lbC0Log->Items->Clear();

for(k=0;k<=wAdNumber-1;k++)//根據采集的數據畫波形

lbC0Log->Items->Add((AnsiString)“Ch0: ” + FloatToStr(fAdBuf[k]).SubString(1,5)

+ “

Ch1: ” + FloatToStr(fAdBuf[wAdNumber + k]).SubString(1,5)

+ “

Ch2: ” + FloatToStr(fAdBuf[wAdNumber * 2 + k]).SubString(1,5));} //說明：該程序功能用于說明Button1的功能以及實現，動態監視并采集數據，根據采集到的數據繪制波形。

//---------------------------------------------------------------------------void __fastcall TForm1::FormClose(TObject *Sender, TCloseAction &Action){

P1202_DriverClose;} //說明：該程序用于P1202的驅動關閉動作

六、注意事項 1.連線檢查無誤后方可上電，接線盡量用短線； 2.因為異步電機高壓直接啟動容易過流報警，所以可將交流輸入電壓調至160V左右； 3.主接觸器線圈工作時需要220V交流電源（三相輸出電壓U、V、W為可調電壓，其下方三個輸出電壓U’、V’、W’為不可調電壓，其任意兩相之間線電壓均為380V，每一相對地相電壓為220V，因此可選擇其中一相作為主接觸器電源，切不可用兩相之間的線電壓！）

4.數字隔離端子板配有多個繼電器，這些繼電器的通斷由數碼管顯示，上位機輸入的數字量可以由數碼管以對應的二進制格式表示，因此應該弄清實驗中使用的端子板繼電器對應哪些數字為通，哪些數字為斷。

5.實驗中未出現過流過壓報警時，電機的通斷電通過上位機軟件實現。

七、實驗結果與分析

單相傳感器

三相傳感器 八、思考與分析 1.三相異步電動機的啟動與調速方式有哪幾種？ 答：啟動方式有直接啟動（電機直接接額定電壓啟動）與降壓啟動（分為定子串電抗降壓啟動、星形三角形啟動、軟啟動器啟動以及自耦變壓器啟動等）；調速方式有變極調速、變頻調速與改變電動機轉差率調速。

2.A/D 和 D/A 轉換的性能指標主要有哪些？ 答：主要性能直白哦有位數、量化誤差、分辨率、精度、建立時間、轉換時間、轉換速率、環境指標等 3.電流傳感器和電壓傳感器分別有哪幾種接線方式？ 電流傳感器是串聯，電壓傳感器是并聯 4.簡述霍爾傳感器的基本原理？

答：當主回路有一個電流通過時，在導線上產生的磁場被聚磁環狙擊兵感應到霍爾奇奸商，所產生的信號輸出用于驅動相應的功率管，并使其導通從而后的一個補倉電流 Is，這一個電流再通過多匝繞組，產生磁場，該磁場與被測電流產生的磁場正好相反，因而補償了原來的磁場，使霍爾器件的輸出逐漸減小。當與Ip 與匝數相乘所產生的磁場磁場相等時，Is 不再增加，這是霍爾器件起到指示零磁通的作用，此時而已通過 Is 來平衡。被測電流的任何變化都會破壞這一平衡。一旦磁場失去平衡，霍爾器件有信號輸出。經過功率放大后，立即就有相應的電流通過磁激繞組進行補償，副邊電流 Is 精確反映原邊電流。

5.電氣裝備計算機控制系統主要分為哪幾類？ 數據采集系統、監督控制系統、直接數字控制系統、分散型控制系統 九、討論、心得 1.本次實驗的實驗內容是通過計算機控制來實現對電機運行與停止的控制。本次實驗用到的相關器件包括 PC 機、PCI1202 板、電壓傳感器、中間繼電器等器件。

2.本次實驗用到的傳感器有電壓傳感器和電流傳感器，由于電機運行為空載運行，電流較小，用電流傳感器的意義不大，所以這次實驗就只用了電壓傳感器 3.實驗器材上有兩個交流電壓源的插口，上面一排為可調電源，本次實驗只需調至 150-170V 左右就可以讓電機運行起來，而在控制中間繼電器里面的交流電源為 220V 交流電源，需要連接下面的插口才能實現。并且注意實驗時不要觸碰交流電源插口，非常危險。

4.實驗連接線路時盡量用短線。因為是強電實驗，連接線路過程中一定要斷電連接，用的線路不能是裸露導體的導線，必須是將導體放在絕緣體之內的導線。

5.實驗硬件電路中，對于控制電動機的啟動并不是一步完成的，因為電動機工作在 380V 線電壓的高壓電路中，而控制計算機實際工作的電壓遠小于這個值，兩者不能直接連接，應該逐級降壓，DB-16P 與數字量開關信號相連，連接在 5-24VDC 的低壓電路中，DB-16R 把輸出的信號與繼電器相連，工作在 24VDC電壓下，最終繼電器吸合后使電動機線路上的繼電器工作，電機才得以轉動。

6.異步電機的連接方法為三角-星型啟動，可以有效降低啟動電壓。雖然如此，實驗開始時仍然要逐級升壓啟動，才可以使電機運行平緩。

7.三相傳感器的結果中可以看到三相頻率基本一致，相位差大約差 120°，符合預期結果。

8.通過本次實驗，初步了解數據采集卡在電氣裝備中的應用；了解計算機在數據采集和處理方面的應用；理解硬件的原理，為之后的實驗打下了基礎，對 C++ Builder 軟件有了一定了解，為編程打下基礎。

第四篇：無線傳感網實驗報告

Central South University

無線傳感器網絡 實驗報告

學院:

班級: 學號: 姓名:

時間: 指導老師：

第一章 基礎實驗

了解環境

1.1 實驗目的

安裝 IAR 開發環境。CC2530 工程文件創建及配置。源代碼創建，編譯及下載。1.2 實驗設備及工具

硬件：ZX2530A 型底板及 CC2530 節點板一塊，USB 接口仿真器，PC 機

軟件：PC 機操作系統 WinXP，IAR 集成開發環境，TI 公司的燒寫軟件。

1.3 實驗內容

1、安裝 IAR 集成開發環境

IAR 集成開發環境安裝文件所在光盤目錄：物聯網光盤工具CD-EW8051-7601

2、ZIBGEE 硬件連接

安裝完 IAR 和 Smartrf Flash Programmer 之后，按照圖所示方式連接各種硬件，將仿真器的 20 芯 JTAG 口連接到 ZX2530A 型 CC2530 節點板上，USB 連接到 PC 機上，RS-232 串口線一端連接 ZX2530A 型 CC2530 節點板，另一端連接 PC 機串口。

3、創建并配置 CC2530 的工程文件 IAR 是一個強大的嵌入式開發平臺，支持非常多種類的芯片。IAR 中的每一個 Project，都可以擁有自己的配置，具體包括 Device 類型、堆/棧、Linker、Debugger 等。（1）新建 Workspace 和 Project 首先新建文件夾 ledtest。打開 IAR，選擇主菜單 File-> New-> Workspace 建立新的工作區域。

選擇 Project-> Create New Project-> Empty Project，點擊 OK，把此工程文件保存到文件夾 ledtest 中，命名為：ledtest.ewp（如下圖）。

（2）配置 Ledtest 工程

選擇菜單 Project->Options...打開如下工程配置對話框

選擇項 General Options，配置 Target 如下 Device：CC2530；

（3）Stack/Heap 設置：XDATA stack size：0x1FF

（4）Debugger 設置：

Driver：Texas Instruments（本實驗為真機調試，所以選擇 TI；若其他程序要使用 IAR仿真器，可選 Simulator）

至此，針對本實驗的 IAR 配置基本結束.4、編寫程序代碼并添加至工程

選擇菜單 File->New->File 創建一個文件，選擇 File->Save 保存為 main.c 將 main.c 加入到 ledtest 工程，將實驗代碼輸入

然后選擇 Project->Rebuild All 編譯工程

編譯好后，選擇 Project->Download and debug 下載并調試程序 下載完后，如果不想調試程序，可點工具欄上的按鈕終止調試。

到此，程序已經下載到了 cc2530 芯片的 flash 內，按下 ZX2530A 上的復位按鈕可看到程序的運行效果。

LED 實驗 2.1 實驗目的

通過 I/O 控制小燈閃爍的過程。

在 ZX2530A 型 CC2530 節點板上運行自己的程序。2.2 實驗設備及工具

硬件：ZX2530A 型底板及 CC2530 節點板一塊，USB 接口仿真器，PC 機

軟件：PC 機操作系統 WinXP，IAR 集成開發環境。2.3 實驗結果

1.正確連接下載線和 ZX2530A 型 CC2530 節點板，打開 ZX2530A 型 CC2530 節點板電源。

2.在文件夾“基礎實驗2 LED”下打開工程 led,編譯工程，并下載到 CC2530 節點板。3.觀察 LED 的閃爍情況。

4.修改延時函數，可以改變 LED 小燈的閃爍間隔時間。

5.重新編譯，并下載程序到 CC2530 節點板，觀察 LED 的閃爍情況。

答：增加延時就會發現小燈閃爍的頻率降低了。

串口實驗 3.1 實驗目的

本次實驗將會學習如果使用串口實現與 PC 機的通訊。（實驗中需要 PC 機與開發板之間使用RS232 交叉串口連接線）。

能正確配置 CC2530 的串口。3.2 實驗設備及工具

硬件：ZX2530A 型底板及 CC2530 節點板一塊，USB 接口仿真器，PC 機，交叉串口線一根。

軟件：PC 機操作系統 WinXP，IAR 集成開發環境、串口調試助手。3.3 實驗結果

CC2530 能與上位機通過串口正常通信

1.正確連接下載線和 ZX2530A 型 CC2530 節點板，用串口線正確連接上位機和 ZX2530A 型板，使能通過串口交換數據。

2.在文件夾“基礎實驗5 uart”下打開工程 uart,編譯工程，并下載到 CC2530 節點板。

3.通過上位機上的串口調試助手，發送數據到 cc2530，然后檢查 cc2530 回送給上位機的數據。

3.4 實驗總結

通過這次實驗，讓我對無線傳感器網絡有了進一步的了解。在無線的世界，感覺一切都是那么神奇，二一切又是那么理所當然，記得小時候常常想，那些無線好神秘，畫面，聲音等怎么可以從一方到達另一方而可以完全不接觸。雖然今天做的實驗都是很小很簡單的，比起顯示中那些絢麗的感覺沒什么值得贊揚的，但對于我來說，這個更有魅力，那些絢麗的我是以仰望的視角來對待，而這次我能深入它的原理去真正接觸它，以平視來看待它。

第二章 射頻實驗

點對點射頻通信實驗 1 實驗目的

在 ZX2530A 型 CC2530 節點板上運行相應實驗程序。熟悉通過射頻通信的基本方法。練習使用狀態機實現收發功能。2 實驗內容

接收節點上電后進行初始化，然后通過指令 ISRXON 開啟射頻接收器，等待接收數據，直到正確接收到數據為止，通過串口打印輸出。發送節點上電后和接收節點進行相同的初始化，然后將要發送的數據輸出到 TXFIFO 中，再調用指令 ISTXONCCA 通過射頻前端發送數據。3 實驗設備及工具

硬件：ZX2530A 型 CC2530 節點板 2 塊、USB 接口的仿真器，PC 機 Pentium100 以上。

軟件：PC 機操作系統 WinXP、IAR 集成開發環境、串口監控程序。4 實驗原理

發送節點通過串口接收用戶的輸入數據然后通過射頻模塊發送到指定的接收節點，接收節點通過射頻模塊收到數據后，通過串口發送到 pc 在串口調試助手中顯示出來。如果發送節點發送的數據目的地址與接收節點的地址不匹配，接收節點將接收不到數據。以下為發送節點程序流程圖：

以下為接收節點流程圖： 實驗步驟

1.打開光盤“無線射頻實驗2.點對點通信”雙擊 p2p.eww 打開本實驗工程文件。2.打開 main.c 文件下面對一些定義進行介紹 RF_CHANNEL 此宏定義了無線射頻通信時使用的信道，在多個小組同時進行實驗是建議每組選擇不同時信道。但同一組實驗中兩個節點需要保證在同一信道，才能正確通信。

PAN_ID 個域網 ID 標示，用來表示不同在網絡，在同一實驗中，接收和發送節點需要配置為相同的值，否則兩個節點將不能正常通信。SEND_ADDR 發送節點的地址 RECV_ADDR 接收節點的地址

NODE_TYPE 節點類型：0 接收節點，1：發送節點，在進行實驗時一個節點定義為發送節點用來發送數據，一個定義為接收節點用來接收數據。

3.修改 NODE_TYPE 的值為 0，并編譯下載到節點板。此節以下稱為接收節點。

4.修改 NODE_TYPE 的值為 1，并編譯下載到另外一個節點板。此節點板以下稱為發送節點。

5．將接收節點的串口與 pc 的串口相連，并在 pc 端打開串口調試助手，配置波特率為 115200。

6.先將接收節點上電，然后將發送節點上電。7.從串口調試助手觀察接收節點收到的數據。

8．修改發送數據的內容，然后編譯并下載程序到發送節點，然后從串口調試助手觀察收到的數據。9.修改接收節點的地址，然后重新編譯并下載程序到接收節點，然后從發送節點發送數據觀察接收節點能否正確接收數據。6 實驗數據分析及結論

發送節點將數據發送出去后，接收節點接收到數據，并通過串口調試助手打印輸出。發送數據的最大長度為 125（加上發送的據長度和校驗，實際發送的數據長度為 128 字節）。7 實驗心得

這次實驗在原來的短距離無線通信中有所涉獵，所以應該這個對于我們來說還是很簡單的，所以很快就做完實驗了，就和幾個同學好好研究了一下它的原理和一些它的展望，感覺這個學科以后有很大的發展前途，作為一個物聯網的學生，對無線射頻技術應該得很了解，指望它吃飯呢。這次實驗也很簡單，但是還是可以解除它的最底層的東西可以更加激發我們的興趣。第三章 ZStack組網實驗

多點自組織組網實驗 1 實驗目的

理解 zigbee 協議及相關知識。

在 ZX2530A 型 CC2530 節點板上實現自組織的組網。在 ZStack 協議棧中實現單播通信。2 實驗內容

先啟動協調器節點，協調器節點上電后進行組網操作，再啟動路由節點和終端節點，路由節點和終端節點上電后進行入網操作，成功入網后周期的將自己的短地址，父節點的短地址，自己的節點 ID 封裝成數據包發送給協調器節點，協調器節點接收到數據包后通過串口傳給 PC，從 PC 上的串口監控程序查看組網情況。發送數據格式為(16 進制): FF 源節點(16bit)父節點(16bit)節點編號 ID(8bit)例如 FF 4B 00 00 00 01，表示 01 號節點的網絡地址為 004B，發送數據到父節點，其網絡地址為 00 00(協調器)。3 實驗設備及工具

硬件：DZ2530 型 CC2530 節點板、USB 接口的仿真器，PC 機 Pentium100 以上。

軟件：PC 機操作系統 WinXP、IAR 集成開發環境、ZTOOL 程序。4 實驗原理

程序執行的流程圖如圖 5-4 所示，在進行一系列的初始化操作后程序就進入事件輪詢狀態。

對于終端節點，若沒有事件發生且定義了編譯選項 POWER_SAVING，則節點進入休眠狀態。

協調器是 Zigbee 三種設備中最重要的一種。它負責網絡的建立，包括信道選擇，確定唯一的PAN 地址并把信息向網絡中廣播，為加入網絡的路由器和終端設備分配地址，維護路由表等。Z-Stack 中打開編譯選項 ZDO_COORDINATOR，也就是在 IAR 開發環境中選擇協調器，然后編譯出的文件就能啟動協調器。具體工作流程是：操作系統初始化函數 osal_start_system 調用ZDAppInit 初 始 化 函 數，ZDAppInit 調 用 ZDOInitDevice 函 數，ZDOInitDevice 調 用

ZDApp_NetworkInit 函數，在此函數中設置 ZDO_NETWORK_INIT 事件，在 ZDApp_event_loop 任務中對其進行處理。由 第 一 步 先 調 用 ZDO_StartDevice 啟動網絡中的設備，再調用NLME_NetworkFormationRequest 函數進行組網，這一部分涉及網絡層細節，無法看到源代 碼，在庫中處理。ZDO_NetworkFormationConfirmCB 和 nwk_Status 函數有申請結果的處理。如果成功則 ZDO_NetworkFormationConfirmCB 先執行，不成功則 nwk_Status 先執行。接著，在ZDO_NetworkFormationConfirmCB 函數中會設置 ZDO_NETWORK_START 事件。由于第三步，ZDApp_event_loop 任務中會處理 ZDO_NETWORK_START 事件，調用 ZDApp_NetworkStartEvt 函數，此函數會返回申請的結果。如果不成功能量閾值會按ENERGY_SCAN_INCREMENT 增加，并將App_event_loop 任務中的事件 ID 置為 ZDO_NETWORK_INIT 然后跳回第二步執行；如果成功則設置 ZDO_STATE_CHANGE_EVT 事件讓 ZDApp_event_loop 任務處理。對 于 終 端 或 路 由 節 點，調 用 ZDO_StartDevice 后 將 調 用 函 數 NLME_NetworkDiscoveryRequest 進行信道掃描啟動發現網絡的過程，這一部分涉及網絡層 細節，無法看到源代碼，在庫中處理，NLME_NetworkDiscoveryRequest函數執行的結果將會返回到函數ZDO_NetworkDiscoveryConfirmCB 中，該 函 數 將 會 返 回 選 擇 的 網 絡，并 設 置 事 件ZDO_NWK_DISC_CNF，在 ZDApp_ProcessOSALMsg 中對該事件進行處理，調用 NLME_JoinRequest加入指定的網絡，若加入失敗，則重新初始化網絡，若加入成功則調用 ZDApp_ProcessNetworkJoin函數設置 ZDO_STATE_CHANGE_EVT，在對該事件的處理過程 中將調用ZDO_UpdateNwkStatus函數，此函數會向用戶自定義任務發送事件 ZDO_STATE_CHANGE。本實驗在 Zstack 的事例代碼 simpleApp 修改而來。首先介紹任務初始化的概念，由于自定義任務需要確定對應的端點和簇等信息，并且將這些信息在 AF 層中注冊，所以每個任務都要初始化然后才會進入 OSAL 系統循環。在 Z-Stack 流程圖中，上層的初始 化集中在 OSAL 初始化（osal_init_system）函數中。包括了存儲空間、定時器、電源管理和 各任務初始化。其中用戶任務初始化的流程如下：

用戶任務初始化流程圖

任務 ID（taskID）的分配是 OSAL 要求的，為后續調用事件函數、定時器函數提供了參數。網絡狀態在啟動的時候需要指定，之后才能觸發 ZDO_STATE_CHANGE 事件，確定設備的類型。目的地址分配包括尋址方式，端點號和地址的指定，本實驗中數據的發送使用單播方式。之后設置應 用 對 象 的 屬 性，這 是 非 常 關 鍵 的。由 于 涉 及 很 多 參 數，Z-Stack 專 門 設 計 SimpleDescriptionFormat_t 這一結構來方便設置，其中的成員如下： EndPoint，該節點應用的端點，值在 1-240 之間，用來接收數據。AppProfId，該域是確定這個端點支持的應用 profile 標識符，從 Zigbee 聯盟獲取具體的 標識符。AppNumInClusters，指示這個端點所支持的輸入簇的數目。pAppInClusterList，指向輸入簇標識符列表的指針。AppNumOutClusters，指示這個端點所支持的輸出簇的數目。pAppOutClusterList，指向輸出簇標識符列表的指針。

本實驗 profile 標識符采用默認設置，輸入輸出簇設置為相同 MY_PROFILE_ID，設 置完成后，調用 afRegister 函數將應用信息在 AF 層中注冊，使設備知曉該應用的存在，初 始化完畢。一旦初始化完成，在進入 OSAL 輪詢后 zb_HandleOsalEvent 一有事件被觸發，就會得到及時的處理。事件號是一個以宏定義描述的數字。系統事件（SYS_EVENT_MSG）是強制的，其中包括了幾個子事件的處理。ZDO_CB_MSG 事件是處理 ZDO 的響應，KEY_CHANGE 事件 處理按鍵（針對 TI 官方的開發板），AF_DATA_CONFIRM_CMD 則是作為發送一個數據包 后的確認，AF_INCOMING_MSG_CMD是接收到一個數據包會產生的事件，協調器在收到 該事件后調用函數 p2p_test_MessageMSGCB，將接收到的數據通過 HalUARTWrite 向串口 打印輸出。ZDO_STATE_CHANGE 和網絡狀態的改變相關在此事件中若為終端或路由節點 則發送用戶自定義的數據幀：FF 源節點短地址(16bit，調用 NLME_GetShortAddr()獲得)、父節點短地址(16bit，調用 NLME_GetCoordShortAddr())、節點編號 ID(8bit，為長地址的最低字節，調用 NLME_GetExtAddr()獲得，在啟動節點前應先用 RFProgrammer 將非 0XFFFFFFFFFFFFFFFF 的長地址寫到 CC2530 芯片存放長地址的寄存器中)，協調器不做任何處理，只是等待數據的到來。終端和路由節點在用戶自定義的事件 MY_REPORT_EVT中 發 送 數 據 并 啟 動 定 時 器 來 觸 發 下 一 次 的 MY_REPORT_EVT 事件，實現周期性的發送數據（發送數據的周期由宏定義 REPORT_DELAY 確定）。5 實驗步驟

1.打開工程文件夾協議棧實驗2.多點自組網ProjectszstackSamplesSimpleAppCC2530DB下的工程文件 SimpleApp.eww。2.選擇工程

編譯，生成協調器代碼，并下載到 ZX2530A 開發板。此節點為協調器節點。3.選擇工程

編譯，生成終端節點代碼，并下載到 ZX2530 開發板。此節點為終端節點。4.選擇工程

編譯，生成路由器節點代碼，并下載到 ZX2530 開發板，此節點為路由器節點。5.用串口線將協調器節點與 pc 連接起來，在 pc 端打開 ZTOOL 程序。(ZTOOL 程序在 zstack 安裝后自動安裝)6.開啟 ZX2530A 型 CC2530 節點板電源。7.在 ZTOOL 程序中觀察組網結果。6 實驗數據分析及結論

由接收數據的 DebugString 可以看出圖中有兩個節點加入了網了，其中一個節點的 DEVID 是21，網絡地址：4f07，父節點地址是 0 即協調器。另外一個節點的 DEVID 是 11，網絡地址：A6F7，父節點地址是 4f07 即上一節點。實驗中可以試著改變不同節點的位置，然后通過 ZTOOL 看看組網結果有什么不同。7 實驗心得

這次實驗感覺比原來的更有趣，可以在手機上看到無線連接的組網，所以和同學們很有興趣，雖然只有幾個分支，但是幾個的通信還是可以清晰可見的。同時也讓我們看到了大型android手機的模樣，以前都是看成品，這次看的是半成品，感覺很有意思。在組網的過程中，遇到了一些問題，剛開始不知道如何解決，就問同學和老師，有的是線的問題，由于實驗器材本身的問題，導致一些松動之類的，但最后實驗總算是順利的完成了。在這感謝幫助我的同學和老師。第四章 傳感器網絡綜合實驗

Zigbee 節點控制程序設計 1.1 協調器節點工程

SimpleCoordinator 即協調器工程，如下圖

協調器的應用功能代碼實現文件是 SimpleCoordinator.c 在工程文件夾 App 目錄下具體實現可參考源碼。按下鍵盤上的 F7 即個編譯協調器工程，編譯好之后可將代碼下載到協調器節點板。1.2 人體紅外傳感器節點工程

SimpleInfrared 即人體紅外傳感器工程，如下圖

人體紅外傳感器節點應用控制代碼可參考工程目錄 App 下 SimpleInfrared.c 1.3 超聲波距離傳感器節點工程 SimpleDistanceSensor 即超聲波距離傳感器工程，如下圖

超聲波距離傳感器節點實現代碼可參考工程目錄 App 下

SimpleDistanceSensor.c。超聲波測距驅動代碼請參考 ys-srf05.c 文件。

1.4 濕度傳感器節點工程

SimpleHumiditySensor 即濕度傳感器節點工程，如下圖

濕度傳感器應用控制代碼可參考工程目錄 App 下SimpleHumiditySensor.c 文件，其濕度的測量驅動可參考溫濕度傳感器驅動 dht11.c 文件

平臺控制操作 2.1 啟動程序

1）安裝好程序后，打開 android 應用程序面板，找到圖標 點擊進入程序。

2）直接點擊登錄按鈕，進入到系統主界面。第一次進入是系統會自動連接到 zigbee 網關然后去搜索 zigbee 網絡，默認的 zigbee 網關地址為本機 IP 地址，即 127.0.0.1。

3）如果你的 zigbee 網關地址不是本機，則需要修改默認網關地址。通過按下系統‘菜單’按鍵，會出現如下菜單，選擇‘設置’菜單，可以設置默認的 zigbee 網關。如下圖：

4）設置好網關后，下次啟動程序就不用再次設置了。2.2 搜索網絡

如果 zigbee 網關設置好，通過菜單選擇‘搜索網絡’就可以搜索 zigbee 網絡了，正常情況下至少會有一個協調器節點，如果程序提示搜索不到網絡，請檢查你的網絡連接和協調器是否正確連接。如果 zigbee 網絡上還有其它節點，可以在網絡 TOP 圖上一起顯示出來。如下，是一個zigbee 網絡 TOP 圖：

圖中共有 7 個節點，其中最上面那個是協調器節點，其它為傳感器節點，其中地址為 58229的燈光設備帶有路由功能，屬路由器節點，它下面有兩個子節點，分別為人體傳感器和溫度傳感器。2.3 傳感器節點操作

通過搜索到的 zigbee 網絡 TOP 圖，可以了解整個 zigbee 網絡的節點分布情況。通過點擊屏幕上相應節點的圖標可以進入相關節點的控制和監控操作。

下圖為溫度傳感器的監控界面：

其它界面讀者可以自行實驗，并且去了解。

實驗心得

四次實驗完成了，雖然不能說自己學到了很多吧，至少對這里面的一些操作有了一定的了解，本科生本來就是為了讓我們擴充視角，知道更多的東西。無線傳感網絡真的感覺很神奇，也很有發展前景，這些高尖端的技術，現在存在一些瓶頸，如果能夠突破，對物聯天下這個目標將前進了一大步，如果能夠把傳感器節點造的更節能，更低廉，更小巧，將會實現全球各個地方的實時數據采集，就可以得到更多的信息，為以后生產生活帶來巨大的改變。在收集的數據肯定是海量的，將需要其他學科的支撐，一起結合起來，實現真的物物相聯。

第五篇：無線課程設計實驗報告

擴頻實驗報告

學 院： 電子信息工程學院

專 業： 通信工程 組員： 12211008 呂興孝 12211010 牟文婷 12211096 鄭羲 12211004 馮順 任課教師： 姚冬萍 1實驗四 擴頻實驗

一、實驗目標

在本實驗中你要基于labview+usrp平臺實現一個擴頻通信系統，你需要在對擴頻技術有一定了解的基礎上編寫程序，完成所有要求的實驗任務。在這一過程中會讓你對擴頻技術有更直接和感性的認識，并進一步掌握在labview+usrp平臺上實現通信系統的技巧。

二、實驗環境與準備

軟件環境：labview 2012（或以上版本）；

硬件環境：一套usrp和一臺計算機；

實驗基礎：了解labview編程環境和usrp的基本操作；

知識基礎：了解擴頻通信的基本原理。

三、實驗介紹

1、擴頻通信技術簡介

擴頻通信技術是一種十分重要的抗干擾通信技術，可以大大提高通信系統的抗干擾性能，在電磁環境越來越惡劣的情況下，擴頻技術在諸多通信領域都有了十分廣泛的應用。

擴頻技術簡單來講就是將信息擴展到非常寬的帶寬上——確切地說，是比數據速率大得多的帶寬。在擴頻系統中，發端用一種特定的調制方法將原始信號的帶寬加以擴展，得到擴頻信號；然后在收端對接收到的擴頻信號進行解擴處理，把它恢復為原始的窄帶信號。

擴頻系統之所有具有較強的抗干擾能力，是因為接收端在接收到擴頻信號后，需要通過相關處理對接收信號進行帶寬的壓縮，將其恢復成窄帶信號。對于干擾信號而言，由于與擴頻信號不相關，所以會被擴展到很寬的頻帶上，使之進入信號帶寬內的干擾功率大幅下降，即增加了相關器輸出端的信號/干擾比。因此擴頻系統對大多數人為干擾都具有很強的抵抗能力。

22、發射端程序簡介

本實驗包括發射端和接收端兩個主程序，其中發射端主程序top_tx的前面板如圖1所示。

圖1 發射端程序前面板

前面板上部的選項卡控件中可以配置各項參數。在硬件參數部分中可以配置usrp的ip地址、載波頻率等參數；在信號參數部分中可以配置調制方式、設配采樣速率、成型濾波器等參數；在信道模型參數部分中你可以選擇不同的信道模型并設置噪聲功率；在右側你可以設置擴頻碼的長度。在前面板下方為顯示界面，包括發送信號的時域/頻域波形以及星座圖和眼圖。

發射端的程序框圖主要由兩部分組成。

主程序框圖左側的transmitter子程序完成發射信號的生成、擴頻、調制等功能，程序框圖如圖2所示。

3圖2 transmitter的程序框圖

3、接收端程序簡介

接收端主程序top_rx的前面板如圖3所示。

圖3 接收端程序前面板

與發射端程序類似，接收端主程序前面板上部為各項參數的輸入，例如硬件參數、擴頻參數、同步參數等。前面板下部顯示生成的圖形，包括星座圖、眼圖、信噪比/誤碼率曲線等。接收端端的程序框圖也主要由兩部分組成。

主程序框圖右側的receiver.vi子程序主要完成發射信號的接受、同步、解擴和解調等功能，程序框圖如圖3所示。4 圖3 receiver.vi 的程序框圖

matched filter子程序完成匹配濾波；其中rx init子程序是接收機的初始化；

synch子程序使同步模塊，完成收發同步；channel estimated子程序完成信道估計；equalize子程序的作用是信道均衡；strip control子程序用來刪除控制信息，即訓練序列；decode子程序實現信號的解調；de-dsss子程序用來實現解擴；error detect子程序的作用是計算誤碼率。

接收端主程序框圖的其他部分主要用來完成usrp的配置、計算信噪比/誤碼率曲線以及生成所需的圖形。

四、實驗任務

1、ds-ss.vi子程序

ds-ss子程序的作用是對信源進行直接擴頻（direct sequence spread spectrum）。其原理是利用10個以上的chips來代表原來的0或1，使得原來較高功率、較窄的頻譜變成具有較寬頻的低功率頻譜，這種特性類似于噪聲功率譜，因此接收端只有知道正確的擴頻碼才能進行正確的接收，進而增加了傳輸的可靠性。它是一種數字調制方法，具體說，就是將信源與一定的pn碼（偽隨機碼、chip）進行同或運算。例如，在發射端用11000100110代替1，用00110010110代替0，這個過程就實現了擴頻。上述過程如圖4所示。

圖4 擴頻的實現過程

前面板：

圖6 ds-ss前面板 ds-ss程序框圖：

圖7 ds-ss程序框圖

實驗步驟：

1、首先產生所需長度的偽隨機序列（pn序列）： pn序列（pseudo-noise sequence）即偽噪聲序列，這類序列具有類似隨機噪聲的一些統計特性，但和真正的隨機信號不同，它可以重復產生和處理，故稱作

pn碼最見的用途是在擴頻系統中用來擴展信號頻譜；偽隨機噪聲序列。此外pn 碼也可以用來作為信源信息。

圖8 mt generate bits輸入輸出

其中total bits為生成的偽隨機序列的總長度、pn sequence order用來設定pn序列的循環周期（如果pn sequence order設為n，則周期為）、seed in指定pn序列生成器移位寄存器的初始狀態（默認為0xd6bf7df2）；output bit stream為偽隨機序列的輸出。

此外mt generate bits函數還有user defined模式，在此模式下函數可以 根據用戶自定義的輸入序列生成所需長度的循環序列。其輸入輸出如圖9所示：

圖9 user defined模式的輸入輸出 其中user base bit pattern為用戶指定的序列，控件會不斷循環用戶指定的序列output bit stream為生成序列的直到輸出序列的長度達到total bits所設定的值。輸出。

本例中用到了三個mt generate bits函數，分別用來生成保護序列、同步序列和信息序列。

2、利用產生的序列對信源序列進行擴展：

圖10 擴頻模塊

輸入信源bit碼、pn擴頻碼、誤差；輸出擴頻碼、誤差。

72、de-dsss.vi子程序

de-dsss子程序的作用是在接收端實現對信號的解擴。解擴操作即擴頻操作的逆過程。繼續使用上面的例子，當你在發射端用11000100110代替1，而用00110010110代替0后，在接收機處只要把收到的序列是11000100110恢復成1，而00110010110恢復成0，這就是解擴。上述過程如圖0所示。

圖11 解擴的實現過程

前面板：

圖12 de-dsss前面板 de-dsss程序框圖：

圖13 de-dsss程序框圖

五、實驗步驟：

1、產生所需長度的并與發射端相同偽隨機序列（pn序列），同ds-ss；

2、然后利用產生的序列對接收信號進行解擴：

輸入：將信源與pn序列通過“數組大小”模塊返回其長度，相除得到的商作為搜索深度；輸入經信道傳輸后的擴頻碼、與發送端同步的擴頻序列以及誤差。輸出得解擴后碼序列以及誤差。

3、實驗驗證

在ds-ss子程序中，你可以手動輸入一串0/1作為信源序列，并設置好pn序列的長度（設為n）。單獨運行ds-ss子程序，觀察輸出的序列長度是否擴展了n倍，并注意輸出序列中pn碼是否與相應的0或者1對應。驗證成功的話便表明你的ds-ss子程序編寫正確。并利用類似的方法驗證de-dsss子程序的正確性。

然后驗證發射端主程序是否能正確的發射我們想要的擴頻信號。首先正確的連接usrp并合理的配置發射端的各項參數，運行程序。

然后你可能會看到如圖

9至圖所示的發射信號時域波形和頻域波形。

圖14不擴頻的時域信號

圖16擴頻后的時域信號

圖17擴頻后的頻域信號 圖15不擴頻的頻域信號

10可以看出經過擴頻的發射信號與不經過擴頻的發射信號相比，在頻域上進行

了展寬，在時域上變得更加密集。這與擴頻的基本原理相符，說明發射端的設計基本正確。

在接收端，我們需要使得參數能夠與發射端匹配，這樣才能正常的接收。特

別需要注意capture time、packet length和rx sample rate這幾個參數，你首先需要理解它們的意義，這樣才能夠正確的配置它們。如果你在發射端沒有修改默認參數的話，接收端的默認參數恰好能夠與發射端匹配。你需要同時運行發射端和接收端程序，在發射端正確運行時觀察接收端能否正確接收。程序會計算當前信噪比下的誤碼率，并逐漸增大信噪比、最終得出一條信噪比/誤碼率曲線，如圖3-4-11所示。你可能需要稍等一段時間才能夠看到程序運行完成的結果。在接收端程序運行的同時，你可以進入receiver子程序中的ber detected子程序，在里面觀察當前信噪比接收到的數據數和誤碼數，如圖3-4-12所示。

圖18誤碼率曲線 圖19運行時的數據顯示

然后你可以嘗試改變收發端的各項參數，觀察不同參數對運行結果的影響。最后你需要按照要求完成實驗報告。

六、實驗結果 qpsk: 將usrp連接電腦，更改ip地址等參數。頻率使用915mhz避免干擾。如下圖20： 11 發送端前面板調制參數以及發送星座圖發送時域波形如下圖21：

發送端眼圖和發送端頻域波形如下，眼圖的尖銳程度和發送頻率有關，如圖22：

接收端的硬件參數和誤碼率如下圖，如圖23：

接收端眼圖如圖24所示： bpsk： 調制參數如下： 14bpsk:發送端硬件參數

發送端星座圖：

接收端眼圖：

接收端星座圖及誤碼率曲線（信噪比較低）：

五、實驗擴展

1、解釋接收端同步模塊的具體實現方式及其利用的基本原理。

（1）初始同步，或稱粗同步、捕獲。它主要解決載波頻率和碼相位的不確定性，保

證解擴后的信號能通過相關器后面的中頻濾波器，這是所有問題中最難解決的問題。

（2）跟蹤，或稱精同步。

接收機對接收到的信號，首先進行搜索，對收到的信號與本地碼相位差的大小進行判斷，若不滿足捕獲要求，即收發相位差大于一個碼元，則調整時鐘再進行搜索。直到使收發相位差小于一個碼元時，停止搜索，轉入跟蹤狀態。圖3-4-5同步流程圖

圖3-4-6跟蹤流程圖

2、擴頻通信技術除了有較強的抗干擾能力外，還具有哪些優點？逐一例舉出來并簡述擴頻技術具有這些優點的原因。

（1）易于重復使用頻率，提高了無線頻譜利用率

無線頻譜十分寶貴，雖然從長波到微波都得到了開發利用，仍然滿足不了社會

17的需求。在窄帶通信中，主要依靠波道劃分來防止信道之間發生干擾。為此，世界各國都設立了頻率管理機構，用戶只能使用申請獲準的頻率。擴頻通信發送功率極低，采用了相關接收技術，且可工作在信道噪聲和熱噪聲背景中，易于在同一地區重復使用同一頻率，也可與各種窄道通信共享同一頻率資源。所以，在美國及世界絕大多數國家，擴頻通信無須申請頻率，任何個人與單位都可以無執照使用。

（2）抗干擾性強，誤碼率低

擴頻通信在空間傳輸時所占用的帶寬相對較寬，而接收端又采用相關檢測的辦法來解擴，使有用寬帶信息信號恢復成窄帶信號，而把非所需信號擴展成寬帶信號，然后通過窄帶濾波技術提取有用的信號。這樣，對于各種干擾信號，因其在接收端的非相關性，解擴后窄帶信號中只有很微弱的成分，信噪比很高，因此抗干擾性強。在商用的通信系統中，擴頻通信是唯一能夠工作在負信噪比條件下的通信方式。

（3）隱蔽性好，對各種窄帶通信系統的干擾很小

由于擴頻信號在相對較寬的頻帶上被擴展了，單位頻帶內的功率很小，信號湮沒在噪聲里，一般不容易被發現，而想進一步檢測信號的參數如偽隨機編碼序列就更加困難，因此說其隱蔽性好。再者，由于擴頻信號具有很低的功率譜密度，它對使用的各種窄帶通信系統的干擾很小。

（4）可以實現碼分多址

擴頻通信提高了抗干擾性能，但付出了占用頻帶寬的代價。如果讓許多用戶共用這一寬頻帶，則可大大提高頻帶的利用率。由于在擴頻通信中存在擴頻碼序列的擴頻調制，充分利用各種不同碼型的擴頻碼序列之間優良的自相關特性和互相關特性，在接收端利用相關檢測技術進行解擴，則在分配給不同用戶碼型的情況下可以區分不同用戶的信號，提取出有用信號。這樣一來，在一寬頻帶上許多對用戶可以同時通話而互不干擾。

（5）抗多徑干擾

這兩種技術在擴頻通信中都易于實現。利用擴頻碼的自相關特性，在接收端從多徑信號中提取和分離出最強的有用信號，或把多個路徑來的同一碼序列的波形相加合成，這相當于梳狀濾波器的作用。另外，在采用頻率跳變擴頻調制方式的擴頻系統中，由于用多個頻率的信號傳送同一個信息，實際上起到了頻率分集的作用。

（6）能精確地定時和測距

電磁波在空間的傳播速度是固定不變的光速，人們自然會想到如果能夠精確測

18量電磁波在兩個物體之間的傳播時間，也就等于測量兩個物體之間的距離。在擴頻通信中如果擴展頻譜很寬，則意味著所采用的擴頻碼速率很高，每個碼片占用的時間就很短。當發射出去的擴頻信號在被測量物體反射回來后，在接收端解調出擴頻碼序列，然后比較收發兩個碼序列相位之差，就可以精確測出擴頻信號往返的時間差，從而算出兩者之間的距離。測量的精度決定于碼片的寬度，也就是擴展頻譜的寬度。碼片越窄，擴展的頻譜越寬，精度越高。

（7）適合數字話音和數據傳輸，以及開展多種通信業務

擴頻通信一般都采用數字通信、碼分多址技術，適用于計算機網絡，適合于數據和圖像傳輸。

（8）安裝簡便，易于維護

擴頻通信設備是高度集成，采用了現代電子科技的尖端技術，因此，十分可靠、小巧，大量運用后成本低，安裝便捷，易于推廣應用。

3、偽隨機序列有許多種，例如m序列、gold序列、m序列等。嘗試使用不同的方法來產生偽隨機序列，并用其實現對信號的擴頻。

（1）m序列是目前廣泛應用的一種偽隨機序列，m序列每一周期中 1 的個數比 0 的個數多 1 個。狀態“0”或“1”連續出現的段稱為游程。游程中“0”或“1” m序列的一個周期(p=2^n-1)中，的個數稱為游程長度。游程總數為 2^n-1，“0”、“1”

各占一半。2個彼此移位等價的相異m序列，按模2相加所得的序列仍為m序列，并與原m序列等價。

（2）gold序列gold碼序列是一種基于m序列的碼序列，具有較優良的自相關和互相關特性，產生的序列數多。gold碼的自相關性不如m序列，具有三值自相關特性；互相關性比m序列要好，但還沒有達到最佳。是由兩個碼長相等、碼時鐘速率相同的m序列優選對通過模2相加而構成的。

4、適當的在系統中添加干擾，以驗證擴頻的良好的抗干擾能力。

強擴頻通信系統擴展的頻譜越寬，處理增益越高，抗干擾能力就越強。簡單

地說，如果信號頻譜展寬10倍，那么干擾方面需要在更寬的頻帶上去進行干擾，分散了干擾功率，從而在總功率不變的條件下，其干擾強度只有原來的1/10。另外，由于接收端采用擴頻碼序列進行相關檢測，空中即使有同類信號進行干擾，如果不能檢測出有用信號的碼序列，干擾也起不了太大作用，因此抗干擾性能強是擴頻通信的最突出的優點。19 20