Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ thu phát tín hiệu trên cạn và dưới nước

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thu phát tín hiệu cạn nước Giảng viên hướng dẫn: ThS TRẦN MẠNH HOÀNG TS NGUYỄN HỮU PHÁT Sinh viên thực hiện: LÊ ĐỨC THUẬN MSSV: 20102268 Lớp: ĐTVT 05 – K55 Hà Nội, 06 – 2015 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thu phát tín hiệu cạn nước Giảng viên hướng dẫn: ThS TRẦN MẠNH HOÀNG TS NGUYỄN HỮU PHÁT Cán phản biện : ………………………… Hà Nội, 06 – 2015 Đánh giá đồ án tốt nghiệp (Dùng cho giảng viên hướng dẫn) Giảng viên đánh giá: Họ tên Sinh viên: LÊ ĐỨC THUẬN MSSV: 20102268 Tên đồ án: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thu phát tín hiệu cạn nước Chọn mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo tiêu chí đây: Rất (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5) 10a 10b Có kết hợp lý thuyết thực hành (20) Nêu rõ tính cấp thiết quan trọng đề tài, vấn đề giả thuyết (bao gồm mục đích tính phù hợp) phạm vi ứng dụng đồ án Cập nhật kết nghiên cứu gần (trong nước/quốc tế) Nêu rõ chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải vấn đề Có kết mơ phỏng/thưc nghiệm trình bày rõ ràng kết đạt Có khả phân tích đánh giá kết (15) Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu phương pháp thực dựa kết nghiên cứu lý thuyết cách có hệ thống Kết trình bày cách logic dễ hiểu, tất kết phân tích đánh giá thỏa đáng Trong phần kết luận, tác giả rõ khác biệt (nếu có) kết đạt mục tiêu ban đầu đề đồng thời cung cấp lập luận để đề xuất hướng giải thực tương lai Kỹ viết (10) Đồ án trình bày mẫu quy định với cấu trúc chương logic đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, đánh số thứ tự giải thích hay đề cập đến đồ án, có lề, dấu cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu chương kết luận chương, có liệt kê tài liệu tham khảo có trích dẫn quy định Kỹ viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lập luận logic có sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.) Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn trường hợp) Có báo khoa học đăng chấp nhận đăng/đạt giải SVNC khoa học giải cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa học (quốc tế/trong nước) từ giải trở lên/ Có đăng ký phát minh sáng chế Được báo cáo hội đồng cấp Viện hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học không đạt giải từ giải trở lên/Đạt 4 5 5 5 5 giải khuyến khích kỳ thi quốc gia quốc tế khác chuyên ngành TI contest 10c Khơng có thành tích nghiên cứu khoa học Điểm tổng /50 Điểm tổng quy đổi thang 10 Nhận xét thêm Thầy/Cô (giảng viên hướng dẫn nhận xét thái độ tinh thần làm việc sinh viên) Ngày: / /201 Người nhận xét (Ký ghi rõ họ tên) Đánh giá đồ án tốt nghiệp (Dùng cho cán phản biện) Giảng viên đánh giá: Họ tên Sinh viên: MSSV:………………… Tên đồ án: ………………………………………………………………………………… Chọn mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo tiêu chí đây: Rất (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5) 10a 10b Có kết hợp lý thuyết thực hành (20) Nêu rõ tính cấp thiết quan trọng đề tài, vấn đề giả thuyết (bao gồm mục đích tính phù hợp) phạm vi ứng dụng đồ án Cập nhật kết nghiên cứu gần (trong nước/quốc tế) Nêu rõ chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải vấn đề Có kết mơ phỏng/thưc nghiệm trình bày rõ ràng kết đạt Có khả phân tích đánh giá kết (15) Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu phương pháp thực dựa kết nghiên cứu lý thuyết cách có hệ thống Kết trình bày cách logic dễ hiểu, tất kết phân tích đánh giá thỏa đáng Trong phần kết luận, tác giả rõ khác biệt (nếu có) kết đạt mục tiêu ban đầu đề đồng thời cung cấp lập luận để đề xuất hướng giải thực tương lai Kỹ viết (10) Đồ án trình bày mẫu quy định với cấu trúc chương logic đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, đánh số thứ tự giải thích hay đề cập đến đồ án, có lề, dấu cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu chương kết luận chương, có liệt kê tài liệu tham khảo có trích dẫn quy định Kỹ viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lập luận logic có sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.) Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn trường hợp) Có báo khoa học đăng chấp nhận đăng/đạt giải SVNC khoa học giải cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa học (quốc tế/trong nước) từ giải trở lên/ Có đăng ký phát minh sáng chế Được báo cáo hội đồng cấp Viện hội nghị sinh viên 4 5 5 5 5 nghiên cứu khoa học không đạt giải từ giải trở lên/Đạt giải khuyến khích kỳ thi quốc gia quốc tế khác chun ngành TI contest 10c Khơng có thành tích nghiên cứu khoa học Điểm tổng /50 Điểm tổng quy đổi thang 10 Nhận xét thêm Thầy/Cô Ngày: / /201 Người nhận xét (Ký ghi rõ họ tên) LỜI NÓI ĐẦU Trong nhiều trường hợp, việc theo dõi xác định vị trí vật thể quan trọng Đặc biệt vật thể môi trường nước nằm sâu hầm mỏ lòng đất, việc xác định vị trí phương pháp thông thường định vị GPS không khả thi Trong trường hợp này, thu phát tín hiệu cần thiết để xác định vị trí tương đối vật thể cần tìm Vì thiết thực đó, em chọn đề tài “Ngiên cứu, thiết kế, chế tạo thu phát tín hiệu cạn nước” làm đề tài tốt nghiệp Trong trình làm đồ án mình, em cố gắng để hồn thiện đề tài cách tốt Nhưng với kiến thức hiểu biết hạn chế nên chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong thầy bạn đóng góp ý kiến để đề tài em hồn thiện Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ThS Trần Mạnh Hoàng TS Nguyễn Hữu Phát nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện tốt vật chất thiết bị để em hoàn thành đồ án Em xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng em Các số liệu sử dụng phân tích luận án có nguồn gốc rõ ràng, cơng bố theo quy định Các kết nghiên cứu luận án tơi tự tìm hiểu, phân tích cách trung thực, khách quan phù hợp với thực tiễn Việt Nam Các kết chưa công bố nghiên cứu khác Hà Nội, tháng năm 2015 Sinh viên thực Lê Đức Thuận i TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án tập trung vào việc nghiên cứu, thiết kế thu phát tín hiệu sử dụng mơi trường đặc biệt môi trường nước sâu hầm mỏ nhằm phát vật thể cần tìm kiếm Bộ phát gắn vào vật thể, truyền sóng điện từ mơi trường cạn sóng âm môi trường nước, dựa vào tăng giảm cường độ tín hiệu thu bên thu xác định khoảng cách tương đối từ vật thể tới thu Trong trình thực thử nghiệm đồ án, để tín hiệu truyền nhận tốt, em vận dụng số phương pháp xử lý tín hiệu phát xung, điều chế xung FM, khuếch đại cơng suất tín hiệu… Trong trình làm đồ án, chúng em thiết kế số mạch thu số kết từ trình thử nghiệm khối ABSTRACT Our thesis focuses on researching, designing transmistter and receiver.It’s used in special environments such as water or deep in mines to detect the object Transmitter is attached the object, it will transmit electromagnetic waves in the terrestrial environment or transmit sound waves in the underwater, based on increase or decrease received signal strength of the receiver, we will determine the distance form the object to the receiver In the process of implementing and testing my thesis, in order to can transmit and receive the better signal, we need to use various methods to handle signal such as: Pulse Transmission, FM Modulation, Power Amplifier, FM Demolulation In my thesis, we have designed some circuits and have obtained some results from the testing processes ii MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU i TÓM TẮT ĐỒ ÁN ii MỤC LỤC iii BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC vi DANH MỤC HÌNH VẼ vii DANH MỤC BẢNG BIỂU xi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xii PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG ĐẶC TÍNH KÊNH TRUYỀN VƠ TUYẾN TRÊN CẠN VÀ DƯỚI NƯỚC 1.1 Kênh truyền vô tuyến cạn 1.1.1 Giới thiệu 1.1.2 Khái niệm hệ thống thông tin vô tuyến 1.1.3 Đặc điểm kênh truyền vô tuyến 1.2 Kênh truyền nước 1.2.1 Các thông số ảnh hưởng đến kênh truyền 1.2.2 Tính đa đường lan truyền sóng âm 12 1.2.3 Suy hao môi trường nước 12 1.2.4 Nhiễu môi trường 15 1.2.5 Hiệu ứng Doppler 16 1.3 Kết luận 17 CHƯƠNG SÓNG VÔ TUYẾN VÀ ỨNG DỤNG .18 2.1 Khái quát chung .18 2.2 Phân loại sóng vơ tuyến 18 iii 2.3 Các phương thức truyền sóng 20 2.3.1 Sóng đất 20 2.3.2 Sóng tầng đối lưu 21 2.3.3 Sóng tầng điện ly 21 2.3.4 Sóng vũ trụ 21 2.4 Kết luận 22 CHƯƠNG SÓNG ÂM 23 3.1 Khái quát chung .23 3.2 Phân loại sóng âm 23 3.3 Các đại lượng vật lý sóng âm 24 3.3.1 Tần số chu kỳ sóng .24 3.3.2 Biên độ sóng 24 3.3.3 Bước sóng .24 3.3.4 Tốc độ truyền sóng 24 3.3.5 Năng lượng sóng .25 3.3.6 Cường độ âm 25 3.3.7 Mức cường độ âm 26 3.4 Phương trình sóng 26 3.5 Sự hấp thụ sóng âm, siêu âm 29 3.6 Sự truyền âm qua mặt phân cách hai môi trường 30 3.7 Một số đặc tính sóng âm môi trường nước 31 3.8 Kết luận 35 CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ THU PHÁT TÍN HIỆU TRÊN CẠN 36 4.1 Sơ đồ khối bên phát 36 4.1.1 Khối phát xung 36 iv Đồ án tốt nghiệp 2015 Đầu thu cảm biến siêu âm thu tín hiệu sóng âm từ bên phát đổi tín hiệu sóng thành tín hiệu điện Hình 5.11 Cảm biến siêu âm Các thông số kĩ thuật cảm biến siêu âm khơng thấm nước EU1640BCH: o Đường kính: 16mm o Tần số trung tầm: 40 kHz o Áp lực âm phát 10V (0dB = 0.02mPa): ≥ 110dB o Độ nhạy thu 40 kHz (0dB = V / ubar): ≥ 75dB o Điện dung kHz,