基于单片机的遥测系统图像数据传输技术研究

摘要

随着测井技术的更新换代，遥测系统图像数据传输技术也得到了飞速发展。越来越大的来自井下的图像数据要实时而又准确地传输至地面系统，这对测井电缆的数据传输速率提出了更高的要求，从而促进了高速数据传输系统的开发与研制。传统的曼彻斯特等编码调制方式，传输速率偏低，难以达到图像数据传输的实时性要求。正交频分复用（OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing）技术利用子载波间的正交性很好地解决了频带利用率和码间干扰问题，抗干扰能力和自适应能力较强，使得高速数据传输能够在带宽有限的单芯测井电缆上实现。
　　本文主要进行了基于STM32系列单片机的遥测系统图像数据传输技术的研究工作，为今后的生产及应用提供了一定的理论依据。本文所设计的遥测图像数据传输系统以OFDM技术为核心，主要分为井下编码调制和地面解码解调两个部分，前者负责把采集的井下图像数据进行相应的编码调制处理，然后通过电缆驱动接口发送到单芯测井电缆；后者则负责把接收到的数据进行相应的解码解调处理，最终恢复出原始的图像数据。本文所做的工作总结如下：
　　1.介绍了遥传测井数据传输技术的研究背景，并对目前国内外研究现状及存在的问题进行了简要的描述及分析，进而说明了本课题研究的意义。
　　2.介绍了目前遥传测井上常用的单芯和七芯测井电缆，并着重分析了本系统用到的单芯测井电缆的传输特性，在此基础上介绍了几种主要编码传输技术，经对比选定正交频分复用（OFDM）技术作为本系统设计的核心。
　　3.详细介绍并分析了OFDM技术原理，在此基础上确定了本系统设计所需的与OFDM符号相关的重要参数，并提出了基于OFDM技术的遥测图像数据传输系统的基本机构。
　　4.对目前流行的高性能单片机STM32做了详细的介绍和分析，并选择了性能优良的STM32F407作为本系统的主控芯片，将整个遥测图像数据传输系统硬件部分分成系统电源和时钟模块、D/A和A/D转换模块，以及JTAG接口模块、摄像头接口模块、外扩Micro SD存储接口模块和串口模块，完成了各个模块的硬件设计。
　　5.对OFDM调制解调算法进行了详细的分析，完成了相关模块的软件设计并在VC++环境下进行了软件仿真，最后完成了在STM32F407开发板上的OFDM调制解调系统软件部分的整体仿真工作。

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第一章 绪论

1.1 遥传测井数据传输技术研究背景

1.2 遥传测井术国内外研究现状

1.3 论文研究意义

1.4 论文主要工作及章节安排

1.5 本章小结

第二章 遥传测井数据编码传输技术分析

2.1 常用遥传测井电缆及传输特性分析

2.2 应用于遥传测井的几种主要编码技术

2.3 编码传输方式选定

2.4 本章小结

第三章 正交频分复用（OFDM）技术在遥测系统数据传输技术中的应用

3.1 OFDM技术基本原理

3.2 OFDM系统参数确定

3.3 基于OFDM技术的遥测图像数据传输系统设计

3.4 OFDM关键技术介绍

3.5 本章小结

第四章 基于单片机的遥测图像数据传输系统硬件电路分析及设计

4.1 系统硬件总体设计

4.2 系统电源和时钟模块设计

4.3 DAC与ADC模块设计

4.4 系统其它接口模块

4.5 本章小结

第五章 基于单片机的遥测图像数据传输系统软件实现

5.1 Keil MDK集成开发环境简介

5.2 系统软件总体设计

5.3 卷积码编码译码软件设计及仿真分析

5.4 FFT及IFFT软件设计及仿真分析

5.5 16QAM映射及反映射软件设计及仿真分析

5.6 系统软件部分总体仿真调试

5.7 本章小结

第六章 总结和展望

参考文献

致谢

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