基于无线传感器网络的天文望远镜环境监测系统设计与优化

摘要

多通道双折射滤光器是太阳磁场观测的重要仪器，旨为提高太阳单色观测能力。滤光器中双折射晶体的折射率对温度稳定性要求高，因此需设计高精度多点温度测量系统，对环境温度进行控制，保证滤光器在恒温下工作。同时，由于温度测量系统中有线供电方式存在电源线等线缆，会对温度测量精度产生影响。
　　为解决上述问题，本论文结合实际需要，对基于无线传感器网络的天文望远镜环境监测系统中涉及到的关键技术做了详细研究与设计。
　　本文主要研究内容包括以下四个方面:(1)在对比分析电桥型电路，改进型V-1电路误差的基础上，设计完成新的温度测量电路——改进型V-2电路。改进型V-2电路温度测量误差最小，相对误差在区间[-0.0185℃，+0.0186℃]。
　　(2)结合新型无线充电芯片ADP5091，提出新的无线充电方案，利用ADP5091评估板验证完成方案可行性，并自主设计了无线充电模块。在发射端输入5V电压，用万用表测试接收端，接收端接收到的电能为19.2mV。
　　(3)在北京市计量检测科学研究院恒温环境中完成改进型V-1电路的精度鉴定。鉴定结果表明:整个系统温度测量精度达±0.02℃，可实现对望远镜中滤光器高精度温度测量。
　　(4)搭建实验平台，利用温度测量系统进行多点测温;并使系统长期处于工作状态，测试系统稳定性。测试结果显示:系统连续运行145天，在此期间无故障发生，能满足多点温度测量以及天文望远镜对系统稳定性的要求。
　　最后，对于课题研究中遇到的问题做了分析与总结，并对课题后续研究做了展望。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景与目的

1．2 国内外研究现状与发展

1．2．1 高精度测温技术现状与发展

1．2．2 无线充电技术现状与发展

1．2．3 温度校准技术现状与发展

1．3 实验室已有研究成果

1．4 研究内容与论文结构

1．5 本章小结

2 高精度温度测量技术

2．1 温度传感器比较

2．2 测温电路误差分析

2．2．1 电桥型电路

2．2．2 改进型V-1电路

2．2．3 改进型V-2电路

2．3 测温电路设计与测试

2．3．1 测温电路设计

2．3．2 检测与调试

2．4 本章小结

3 无线充电技术

3．1 无线充电原理

3．2 关键性技术分析

3．2．1 充电距离

3．2．2 充电效率

3．3 ADP509X结构简介

3．4 无线充电评估板调试

3．5 无线充电模块设计

3．5．1 发射端电路设计

3．5．2 接收端电路设计

3．5．3 检测与调试

3．6 本章小结

4 系统鉴定与测量

4．1 系统电路鉴定

4．2 上位机程序设计

4．3 多点测温与校准

4．3．1 数据融合算法校准

4．3．2 多点测温

4．3．3 最小二乘法拟合

4．4 系统实际测量

4．5 系统稳定性检测

4．6 本章小结

5 结语

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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