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基于DSPIC的双频探鱼仪系统设计

作　者: 刘思双
导　师: 冯涛
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 探鱼仪系统设计 DSPIC 双频多波束
分类号: S972.61
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

随着海洋捕鱼业的迅猛发展，捕鱼的智能化、现代化成为了人们的迫切需求。探鱼仪作为智能化助渔设备，利用声纳探测原理，在船航行的同时有效的探测鱼类的分布情况以及水域的环境，让渔民在捕鱼过程中更有计划性，从而获得了更好的收成。本文以探鱼仪项目为背景，详细研究了探鱼仪系统的总体方案，并完成了系统的设计和调试工作。本文系统地分析了多波束双频探鱼仪的工作原理，确定了整体系统的各功能模块组成，并给出了各模块的设计要点和注意事项。硬件设计包括微控制器电路、电源电路、发射电路和接收电路。发射电路由频率、占空比、持续时间和发射间隔都可调的PWM波驱动。接收电路中，DSPIC芯片的IO引脚负责控制模拟开关的开合，使接收电路能够切换至不同的换能器和频率通道。使用了对数放大器作为接收电路的后级放大器件，增加了接收电路的动态接收范围。采用了收发隔离电路，使得超声波换能器可以工作在收发一体的工作方式，有效的节约了电路成本。软件设计主要在DSPIC芯片的集成开发环境中实现，使用C语言进行开发。其中参数存取程序基于DSPIC芯片的FLASH自编程，采用了创新的存取方式，大大的延长了FLASH的使用寿命。算法处理分为两个部分：波形特征值提取，坐标定位。经过算法处理，我们将得到水底深度、鱼的坐标及大小等信息，最后使用通信程序将结果数据以数据帧的形式传送给手持机。本文还对探鱼仪进行了功能调试，设计了基于MATLAB的实时显示界面，用来作为预采集数据调试和现场调试的调试界面。在预采集数据调试中，通过比对实验数据和计算得到的结果数据，验证了软件部分能够正常的工作。给出了现场调试中遇到的问题以及相对应的解决办法。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
目录  7-10
第1章绪论  10-16
  1.1 探鱼仪的研究背景和意义  10-11
  1.2 探鱼仪的发展历史及国内外研究现状  11-13
  1.3 探鱼仪的发展趋势  13
  1.4 论文结构安排  13-14
  1.5 本文主要研究内容和工作  14-16
第2章探鱼仪系统方案设计  16-26
  2.1 系统原理与设计指标  16-17
    2.1.1 声纳探测原理  16-17
    2.1.2 系统设计要求  17
  2.2 系统各功能模块的划分  17-22
    2.2.1 超声波换能器  18-19
    2.2.2 发射机  19-20
    2.2.3 接收机  20-21
    2.2.4 系统控制模块  21
    2.2.5 信号处理模块  21-22
    2.2.6 系统通信模块  22
  2.3 主控制器及主处理器选择  22-25
    2.3.1 MCU 加 DSP 方案  23
    2.3.2 混合控制芯片方案  23-24
    2.3.3 优劣分析与选择  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第3章系统硬件设计  26-41
  3.1 整体电路概述  26
  3.2 微控制器电路  26-28
    3.2.1 按键电路  27
    3.2.2 电量采集电路  27-28
    3.2.3 温度采集电路  28
  3.3 电源电路  28-30
    3.3.1 集成开关电源电路  28-29
    3.3.2 LDO 电路  29-30
  3.4 发射电路  30-31
    3.4.1 单驱动电路原理  30
    3.4.2 换能器发射功率推导  30-31
  3.5 接收电路  31-35
    3.5.1 前级放大电路  32
    3.5.2 开关切换电路  32-33
    3.5.3 带通滤波电路  33-34
    3.5.4 后级放大电路  34-35
  3.6 硬件实物制作  35-38
    3.6.1 原理图绘制  35-36
    3.6.2 PCB 版图绘制  36-37
    3.6.3 电路焊接  37-38
  3.7 硬件测试  38-40
    3.7.1 发射电路测试  38-39
    3.7.2 接收电路测试  39-40
  3.8 本章小结  40-41
第4章系统软件设计  41-65
  4.1 系统软件介绍  41-44
    4.1.1 系统软件构成  41-42
    4.1.2 模块化运行流程  42-44
  4.2 参数存取模块  44-49
    4.2.1 FLASH 自编程介绍  44-45
    4.2.2 参数存取原理设计  45-46
    4.2.3 参数存取程序设计  46-49
  4.3 控制模块  49-57
    4.3.1 按键程序  50
    4.3.2 电量采集  50-51
    4.3.3 温度采集  51-52
    4.3.4 发射控制  52-55
    4.3.5 接收控制  55-57
  4.4 算法模块  57-59
    4.4.1 波形特征值提取  57-58
    4.4.2 坐标定位  58-59
    4.4.3 算法移植  59
  4.5 通信模块  59-64
    4.5.1 串口配置  59-60
    4.5.2 数据帧设计  60-62
    4.5.3 CRC 校验  62-64
  4.6 本章小结  64-65
第5章系统调试  65-71
  5.1 基于 MATLAB 的实时显示界面设计  65-67
    5.1.1 MATLAB 串口使用  65-66
    5.1.2 数据帧解析  66
    5.1.3 显示界面  66-67
  5.2 系统调试过程  67-70
    5.2.1 预采集数据调试  67-69
    5.2.2 现场调试  69-70
  5.3 本章小结  70-71
第6章总结与展望  71-72
致谢  72-73
参考文献  73-75
附录  75

基于DSPIC的双频探鱼仪系统设计

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