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摘要本次论文主要任务是，设计地下电磁感应通信数据发送与传输系统。地下无线传感网是利用电磁感应理论进行信号的无线数据传输，通过无线地下传感网可进行土壤监测、地震及山体滑坡预测、地下基础设施健康检测、矿井救援联络、运动场草皮管理、景区管理、边境巡逻和安全监测等。在实际应用中包括地下节点之间的通信、地下地上节点之间的通信以及地上地下节点之间的通信，通信信道环境复杂。本课题可以为设计地下无线传感网节点打下基础。主要内容包括：设计数据发送及传输与数据接收电路系统、设计信号驱动电路、仿真并试验分析发送驱动电路参数与发送线圈参数的匹配、接收电路参数与接收线圈参数匹配。其中耦合线圈的参数通过理论计算得来，并根据线圈参数设计并匹配相应的发送与接收电路参数。最后利用电子电路仿真软件Multisim11，分析与仿真功率放大电路，分析与仿真信号放大电路。23111
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关键词 地下无线电磁通信 电磁感应 耦合线圈 电路仿真
毕业设计说明书（毕业论文）外文摘要
Title Underground electromagnetic induction communication
data transmitting and receiving system design
Abstract
The main topic of this research is to design the underground electromagnetic induction communication data transmission and transmission system.Underground wireless sensor networks use the theory
of electromagnetic induction to transfer wireless data,a wireless sensor can be used to undergroung soil monitoring,forecasting earthquakes and landslides,underground infrastructure health monitoring,mine rescue liaison,sports turf management and security monitoring.In practical applications,including communication between the communication node and the communicationbetween above and below ground,underground ground nodes between nodes underground complex communication channel environment.The main contents include:design data transmission system underground electromagnetic induction signal generating circuit,design signal dirver circuit design,design data transmission system underground electromagnetic induction signal receiving circuit,simulation and test analysis of the matching parameters and send the transmitter coil drive circuit parameters,the receiver circuit parameters and parameter matching the receiver coil.In this paper,we use Multisim 11 to design the power amplifier circuit and voltage amplifier circuit.
Keywords underground wireless electromagnetic communication electromagnetic induction coupling coil circuit simulation
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景… 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 本文主要研究内容… 2
2 电磁感应信道及耦合线圈参数分析… 3
2.1 地下无线感应耦合传输系统构成… 3
2.2 电磁感应原理… 3
2.3 耦合线圈参数分析与选定 5
2.4 耦合部分系统模型及计算 7
3 数据发送系统及发送驱动电路设计…11
3.1 线圈谐振电路…11
3.2 功率放大电路分析与设计11
3.3 功率放大电路仿真分析…17
4 数据接收电路系统设计21
4.1 信号放大电路分析与设计21
4.2 信号放大电路仿真与分析23
4.3 滤波电路分析与设计25
结论… 28
致谢… 29
参考文献… 30
1 绪论
1.1 研究背景
现代的数据通信技术，存在两种最基本的形式，即有线通信和无线通信[13]。对于无线通信，由于地底下传播介质特殊，地下环境充满挑战。使用电磁波建立的无线信号传输技术不再适用。因为一是路径损耗高。二是信道条件不稳定。三是天线的尺寸大[2]。然而利用电磁感应的新技术，不仅能创造稳定的信道条件，而且能使用小线圈通信。所以在地下这样一个环境下，选择使用磁感应通信，而不是电磁波传输通信。地下无线传感网是利用电磁感应理论进行信号的无线数据传输，通过无线地下传感网可进行土壤监测、地震及山体滑坡预测、地下基础设施健康检测、矿井救援联络、运动场草皮管理、景区管理、边境巡逻和安全监测等。在实际应用中包括地下节点之间的通信、地下地上节点之间的通信以及地上地下节点之间的通信，通信信道环境复杂。地下电磁感应通信数据发送与接收系统在现代的实际工业生活生产中起着非常重要的作用，有着广阔的前景和应用空间。例如，中国数年来地震频发，山洪、泥石流、山体滑坡等灾难也不断，严重威胁着人民的生命和财产安全，地下无线传感网的研究，可以用于对土壤、地质运动的监测，从而能最好地做好地质自然灾害的预警工作，最大限度的降低人们的各种损失。
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