通信工程综合实训.docx
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通信工程综合实训
成绩评定表
学生姓名
班级学号
专业
通信工程
课程设计题目
通信工程综合实训
评
语
题目复杂性
文档规范性
验收成绩
1Arduino文档编辑
2Arduino创新设计
3卫星电视接收
总评
组长签字：
成绩
日期
20年月日
课程设计任务书
学院
专业
通信工程
学生姓名
吴琼
班级学号
课程设计题目
1、ARDUINO技术内幕
2、PWM调控光亮度
3、卫星天线及接收调试
实践教学要求与任务
1学习撰写编辑课程设计指导书的基本技能
按照给定资料，翻译或编辑Arduino创新训练教程，要求内容准确、格式规范。
2使用Arduino进行创新电子产品设计制作
电子产品完成后，总结整理材料，撰写设计报告。
报告要素为：
功能说明、电路原理、软件清单、产品照片。
3卫星电视接收技能训练
（1）网上自主查找卫星参数选定要接收的节目，如中星9号---中央电视台体育频道、韩星6号---KBS频道。
（2）调整卫星天线方位角、俯仰角、卫星接收机上的下行频率、符号率等。
工作计划与进度安排
●第11周：
学习Arduino原理、打字编辑整理Arduino课程设计训练教程。
●第12-13周：
使用Arduino设计制作电子产品或使用MATLAB仿真给定通信系统
●第14周：
信息学院楼下广场，卫星天线及接收机调试。
指导教师：
陈慕羿、王洪源
2015年11月9日
专业负责人：
王洪源
2015年11月9日
学院教学副院长：
张文波
2015年11月9日
1打造自己的遥控履带车
1.1添加无线模块
1.1.1实现功能
为了实现遥控履带车的目的，本节通过添加无线模板使履带车能够接收到电脑发送的控制报文，使履带车能够在遥控状态下运动。
这里选用之前介绍的APC220模块进行无线通信。
1.1.2所需器材
APC220模块x2
USBTOUART/TTL接口转换适配座
1.1.3硬件连接
使用USBTOUART/TTL接口转换适配座将模块连到电脑上，如图1所示，分别将两个APC220模块的参数设置为：
收发频率434MHz、空中速率19200bps，输出功率9级、串口速率9600bps、串口效验Disable。
设置界面如图1所示。
图1APC220模块连接电脑
将一个APC220模块插接在XBee传感器扩展板V5上，如图2所示，另一个依然连在电脑上。
电脑和履带车之间的无线通信通道就接通了。
图2APC220模块设置
图3APC220模块插接在XBee传感器扩展板V5
1.1.4程序设计
在电脑端使用串口调试工具分别发送“w”，“a”，“d”，“s”，“t”，“q”，“e”7个字母分别表示前进、原地左转、原地右转、后退、停止、左转和右转。
履带车要对这7个字母做出响应，同时还要有它自己的判断力，当前方有故障时履带车就停止，无论是左前方还是右前方。
程序代码如下：
程序下载完成后，就可以通过电脑端使用串口调试工具发送控制命令控制履带车动作。
1.2制作遥控器
1.2.1实现功能
1.1节实现了使用电脑无线遥控履带车，本节就用InputShield扩展板制作一个遥控器控制履带车，这样履带车的控制就不需要依托电脑了。
1.2.2所需器材
Arduino控制板（另外一块，不是履带车上那个了）
InputShield扩展板
APC220模块（可使用1.2节中电脑端连接的APC220模块）
方形电池盒（装4节5号电池）
大容量5号电池（4节）
1.2.3硬件连接
将InputShield扩展板插接在Arduino控制板上，再将PC220模块插接在InputShield扩展板上，最后给Arduino通电。
硬件连接完成后效果如图4所示。
图4Arduino遥控器
1.2.4程序设计
使用Arduino采集遥感的上下方向和左右方向的模拟量数值，根据数值的范围确定发送给履带车的控制命令。
程序代码如下：
程序下载完成后，将履带车和遥控器都通电，控制摇杆救恩能够够实现履带车的前进后退等动作。
1.3履带车遥控调速
1.3.1实现功能
直流电机驱动部分子函数中用到了一个参数speed,用以控制直流电机转动的速度，但是在之前的应用中没有发挥这个参数的功能。
本节中我们编写履带车和遥控器的程序，根据采集到的摇杆的模拟量值来改变履带车的运行速度。
1.3.2程序设计
程序设计包括履带车和遥控器两部分，遥控器要将模拟量的数据发送给履带车，而不像之前的只是发送前进“w”、后退“s”等命令信息。
履带车在收到模拟量值后要控制直流电机的转速。
发送的数据格式如下：
遥控器的程序代码如下：
履带车的程序代码如下：
1.4添加无线摄像头
1.4.1实现功能
本节会在履带车前端添加一个无线摄像头，这样在看不见履带车的情况下，我们也能够通过摄像头的信息完成履带车的遥控。
为保证摄像头具有一定的灵活性，同时添加了一个舵机可使摄像头在前方180°的范围内左右转动。
1.4.2所需器材
无线摄像头wiCam
无线摄像头安装框架
伺服电机（舵机）
1.4.3器材介绍
我们选用的是一款WIFI摄像头——wiCam是一款集WIFI视频流、无线控制为一体的超小型无线视频模块，如图所示。
模块通过WIFI网络与外界进行数据传输，通过手机端、平板电脑端以及PC端均可显示wiCam模块发送的视频流。
模块同时提供一路串口，用户可通过网络socket访问串口。
模块提供一套Ardroid手机应用程序，可在手机端实现
视频显示以及串行数据的双向传输。
这里我们仅适用模块的无线视频功能。
图5wiCam无线摄像头模块
wiCam无线摄像头模块技术规格如下：
视频参数：
H264QCIF（176x144）、QVGA（320x240）、VGA（640x480）可选
无线参数：
802.11bgINFRA/ADHOC
尺寸参数：
3cm*6cm
供电电压：
5V
工作电流：
静态260mA（1.3W），拍摄传输340mA（1.7W）
采集延时：
拍摄图像、传输至播放器<0.3s（手机端处理可能随机型有不同延时，1G+512M机型总体时延在0.3s）。
传输距离：
视距约50m
串口规格：
2400~115200UART（UDP模式）
1.4.4硬件连接
首先如图6所示将舵机固定在履带车前端。
舵机的控制线直接插接在XBee传感器扩展板V5上，占用Ardunio的数字引脚8.然后将无线摄像头安装在框架中固定于舵机上，连接wiCam模块仅需要将电源的两条线连接在XBee传感器扩展板V5的任意对电源上。
安装时注意在舵机处于中间位置时，摄像头是朝前的。
安装完摄像头后的效果图如图7所示。
图6舵机安装效果图
图7摄像头安装后的效果图
wiCam模块连接后还需要进行简单配置。
WifimodⅡ模块是wiCam模块底层实现WIFI功能的部分，所以配置工作主要是对WifimodⅡ模块的配置。
WifimodⅡ支持两种无线网络应用模式，“点对点连接”和“基础模式连接”，模块初始的模式是点对点连接。
使用带有WIFI功能的笔记本电脑，在windowsXP系统下，可以使用windows自带的无线扫描功能，找到wifimodⅡ节点，如图8所示。
图8寻找WifimodⅡ节点
选中途中的节点，点击“Connect”按钮便可以连接上模块了，计算机会提示您已连接。
有节点的名称可以看出模块缺省的IP地址为“192.168.1.254”。
此时，需要改动笔记本的IP地址，使其能够与wifimodⅡ处在同一个网段中，建议您设置为192.168.1.105（该IP为wifimodⅡ出厂设置的默认IP），设置窗口如图9所示。
图9配置IP地址
配置IP完毕后，打开浏览器，在地址栏输入“192.168.1.254”，回车，输入缺省用户名admin与密码admin即可登录wifimodⅡ的配置界面了，如图10所示。
图10wifimodⅡ的配置页面
点击界面的参数设置。
将wiCam模块介入当前的WIFI网络需要对以下几个参数进行设置。
将无线网络应用模式改为“基础模式”，无线网络名称及加密设置改为当前的WIFI网络名称及密码，如图11所示。
将IP获取方式改为DHCP，如图12所示。
图11无线网络设置
图12IP地址获取方式
设置完成后，选择“设置保存”，模块重新上电就会直接连接到当前的WIFI无线网络中。
当然选择一款Android操作系统的手机，安装模块提供的手机应用程序“wifimodⅡ管理列表”，软件图标如图13所示。
软件运行后，选择菜单中的“扫描模块”，如图14所示，会找到当前WIFI网络中的无线摄像头模块，如图15所示图13wifimodⅡ管理列表软件
图14选择菜单中的“扫描模块”图15软件寻找当前WIFI网络中的无线摄像头模块
选择正确的模块后，会出现如图16所示的界面，提示用户进一步操作，包括IO控制DEMO、收发测试、wiCam控制台等。
这里直接选择Wican控制台。
进入wiCam控制台界面后，就可以看到无线摄像头的图像了，同时软件界面中还会显示模块在WIFI网络中分配的IP地址。
图16操作选择界面图17显示无线摄像头图像界面
无线摄像头模块调试完成后，接下来就可以进行履带车和遥控器的Arduino程序设计了。
1.4.5程序设计
基于1.2节的程序进行设计程序，可以使用遥控器来遥控摄像头的转动，在履带车的程序上添加一段处理控制摄像头舵机的代码，同样是接收遥控器的命令数据，数据格式如下为：
‘C’+命令字（m）+[舵机角度参数]；
当按下遥控器的蓝色按钮的情况下，左右转动摇杆，则发送命令字为‘m’的命令数据。
履带车的程序代码如下。
2Arduino实现
2.1功能
用Arduino实现抢答器功能，具体如下：
1.通电后，按下黑色按钮实现复位功能，处于就绪状态。
2.按下红色按钮，1灯亮，数码管显示数字1，此时按蓝色按钮没有反应。
3.按下黑色按钮实现复位功能，重新处于待机状态。
4.按下蓝色按钮，2灯亮，数码管显示数字2，此时按红色按钮没有反应。
2.2电路原理
本实验所用到的元件清单如下表1所示：
表1元件清单
元件名称
数量
Arduino开发板
1
USB下载线
1
按键
3
220Ω电阻
6
LED小灯
2
1位8段数码管
1
面包板
1
导线
若干
1位8段数码管介绍
数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。
数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示），本实验所使用的是八段数码管。
按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。
共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极（COM）的数码管。
共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。
当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。
共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极（COM）的数码管。
共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。
当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。
数码管的每一段是由发光二极管组成，所以在使用时跟发光二极管一样，也要连接限流电阻，否则电流过大会烧毁发光二极管的。
本实验用的是共阴极的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极接到GND，当某一字段发光二极管的阳极为低电平时，相应字段就点熄灭。
当某一字段的阳极为高电平时，相应字段就点亮。
数码管共有七段显示数字的段，还有一个显示小数点的段。
当让数码管显示数字时，只要将相应的段点亮即可。
例如：
让数码管显示数字1，则将b、c段点亮即可。
2.3软件清单
程序代码如下所示：
intredled=10;
intyellowled=9;
intgreenled=8;
intredpin=7;
intyellowpin=6;
intgreenpin=5;
intred;
intyellow;
intgreen;
inta=11;//定义数字接口11连接a段数码管
intb=12;//定义数字接口12连接b段数码管
intc=13;//定义数字接口13连接c段数码管
intd=4;//定义数字接口4连接d段数码管
inte=5;//定义数字接口5连接e段数码管
intg=2;//定义数字接口7连接g段数码管
voiddigital_1（void）//显示数字1
{
unsignedcharj;
digitalWrite（c,LOW）;
digitalWrite（b,LOW）;
digitalWrite（g,HIGH）;
digitalWrite（e,HIGH）;
digitalWrite（d,HIGH）;
digitalWrite（a,HIGH）;
}
voiddigital_2（void）//显示数字2
{digitalWrite（c,HIGH）;
digitalWrite（a,LOW）;//给数字接口5引脚高电平，点亮c段
digitalWrite（b,LOW）;//点亮b段
digitalWrite（d,LOW）;
digitalWrite（e,LOW）;
digitalWrite（g,LOW）;
}
voidsetup（）
{
pinMode（redled,OUTPUT）;
pinMode（yellowled,OUTPUT）;
pinMode（greenled,OUTPUT）;
pinMode（redpin,INPUT）;
pinMode（yellowpin,INPUT）;
pinMode（greenpin,INPUT）;
pinMode（2,OUTPUT）;
pinMode（4,OUTPUT）;
pinMode（5,OUTPUT）;
pinMode（11,OUTPUT）;
pinMode（12,OUTPUT）;
pinMode（13,OUTPUT）;
}
voidloop（）
{
red=digitalRead（redpin）;
if（red==LOW）//按键
{digitalWrite（redled,LOW）;//灯灭
digital_1（）;//显示数字1
delay（1000）;//延时1s
}
Else
{digitalWrite（redled,HIGH）;}//灯亮
yellow=digitalRead（yellowpin）;
if（yellow==LOW）//按键
{digitalWrite（yellowled,LOW）;//灯灭
digital_2（）;//显示数字2
delay（1000）;//延时1s
}
Else
{digitalWrite（yellowled,HIGH）;}//灯亮
green=digitalRead（greenpin）;
if（green==LOW）
{digitalWrite（greenled,LOW）;}
else
{digitalWrite（greenled,HIGH）;}
green=digitalRead（greenpin）;
}
2.4电路接线图
电路图照片如下图所示：
图18按下复位键
图19按下红色按钮
图20按下蓝色按钮
3卫星天线及接收机调试
3.1卫星电视接收系统的组成
卫星电视接收系统是由：
抛物面天线、馈源、高频头、卫星接收机组成的一套完整的卫星地面接收站。
抛物面天线是把来自空中的卫星信号能量反射汇聚成一点（焦点）。
馈源是在抛物面天线的焦点处设置一个聚卫星的喇叭，称为馈源，意思是馈送能量的源，要求将汇聚到焦点的能量全部收集起来。
前馈式卫星接受天线基本上用大张角波纹馈源。
高频头（LNB亦称降频器）是将馈源送来的卫星信号进行降频和信号放大后传送至卫星接收机。
高频头的噪声度数越低越好。
卫星接收机是将高频头传送来的卫星信号进行解调，解调出卫星电视图像信号和伴音信号。
3.2卫星广播电视信号的极化方式
卫星电视信号的极化方式有四种：
右旋圆极化、左旋圆极化、垂直极化和水平极化。
因前两种极化不常用，现只介绍垂直极化（V）和水平极化（H）的接收方式。
垂直极化和水平极化的接收，是改变馈源的矩形（长方形）波导口方向来确定接收的是垂直极化还是水平极化。
当矩形波导口的长边平行于地面时接收的是垂直极化，垂直于地面时接收的是水平极化。
极化方向（极化角）又因地而异有所偏差。
因为地球是个球体，而卫星信号的下行波束却是水平直线传播，这就造成不同方位角所收的同一极化信号有所不同，所以地理位置不同，所接收的信号极化方向也有所偏差。
馈源的长形波导口（极化方向）将不完全垂直或水平于地面。
调整极化方向时应注意这一点。
3.3卫星电视天线的安装
安装抛物面天线时，一般按厂家提供的结构图安装。
各厂家的天线结构都是大同小异基本相同的。
天线的结构反射板有整体成形和分瓣两种（2M以上的反射板基本为分瓣），脚架主要有立柱脚架和三脚架两种（立柱脚架较为常见），个别一点八米以下脚架为卧式脚架。
抛物面天线的结构见图。
以下是基本安装步骤：
1.卧式脚架安装在已经准备好的基座上，校正水平，然后坚固脚架钢丝及焊接固定（卧式脚架须先调好方位角后方可固定脚架）。
2.装上方位托盘和仰角调节螺杆。
3.依顺序将反射板的加强支架和反射板装在反射板托盘上，在反射板与反射板相连接时稍微固定即可，暂不紧固，等全部装上后，调整板面平整再将全部螺丝坚固。
这里提起注意的是分瓣反射板有些厂家是无顺序的可随意拼装，但有些三瓣是有安装馈源支杆的安装点，这三瓣须三分安装在里面，否则馈源支架装上后不对称馈源与天线的反射焦点不能重合影响信号增益甚至收不到信号。
整体成形的反射板装上托盘架后直接将反射板装在方位托架上即可。
4.装上馈源支架，馈源固定盘。
5.馈源、高频头的安装与调整：
把馈源、高频头和连接器矩形波导口必须对准、对齐，波导口内则要平整，两波导口之间加密封圈，拧紧螺丝防止渗水，将连接好的馈源高频头装在馈源固定盘上，对准抛物面天线的中心位置集中焦点。
顺便介绍一种计算天线焦距的简单计算方法：
根据抛物面天线焦距比公式：
F/D≈0.34～0.4，现以3M天线为例计算其焦距F=3*0.35+0.15=1.2（米），式中0.15为修正值。
3M天线的焦距为1.2米。
3.4卫星电视系统调试
卫星接收站的地点，可以查得相关接收的卫星参数。
由于凤凰卫视中文台电视节目调整到亚洲3S号卫星（东经105.5度）Ku频段转发器传输。
所以我们查得亚洲3S号卫星的相关参数，其起飞重量为4.6吨，星上拥有38个C频段和12个Ku频段转发器，投入使用后，将接替“亚洲2S”A星，成为中国、东南亚、澳大利亚等国家和地区重要的卫星通信广播平台。
需要的重要参数为接收节目的上下行频率及符号频率等，凤凰卫视中文台的下行频率为04000，符号率为26850，极化方式为水平极化。
3.4.1修改接收机参数
1.组装接收机以及相关配置，打开节目接收显示器、卫星接收机电源；
2.调整接收机的信号源为AV或AV1；
3.使用卫星接收机遥控器，按“菜单”键进入系统主菜单，选择“设置天线”；按“确认”键，进入设置天线界面，选择“自动搜素”选项，在搜索到的结果中选择本振频率为11300，如Sinosat_Ku；
4.按“退出”键回到主菜单，选择“设置转发器”菜单项，进入到子菜单界面，按左右键选择第3步中确定的卫星名称；
5.按上下键选择“修改转发器”菜单项，进入该子界面，分别选定“下行频率”、“符号率”、“极性”、“搜素”项，相应修改为“04055”、“27510”、“垂直”、“确定”，直到界面下方的信号强度最大并稳定为止；
6.如果卫星天线位置已经调整正确，则画面上会出现彩条信号，不断按“向下键”就会出现电视节目的画面。
3.4.2调试卫星天线
如果信号质量不够高，我们要进行卫星天线的相应调整。
以下几个公式需要在调整过程中运用。
卫星天线方位角公式：
卫星天线仰角公式：
公式中是接收站经度，是卫星的纬度，是接收站的纬度。
具体调整步骤如下：
1.根据卫星接收站的地点，查阅“辽宁卫星接收设施调整参数表”，获得本地接收亚洲3S号卫星的接收天线仰角、方位角、朝南偏角。
如现在沈阳地区亚洲3S号卫星的仰角为38.39度、方位角为164.3度，朝南偏角25.83度。
2.调整方位角，方位角是指卫星接收天线在水平做0-360度旋转，方位角调整时抛物面在水平面做左右运动。
首先计算方位角变化的度数，方法有两种，一种是将原方位角与新方位角进行对比做差，如沈阳地区亚洲3S号卫星的方位角164.3度，另一种是将原朝南偏角与新朝南偏角进行对比做差，求出结果。
调整时需要在原来位置水平向西向东转动约相应角度。
3.调整仰角，仰角是指卫星接收天线由平行于地面状态向垂直于天空方向仰起的角度。
仰角调整时抛物面做上、下运动。
将原仰角度数与转星后仰角进行对比，沈阳地区后者大于前者，则在垂直方向稍稍抬高天线约0.2度；相反，则降低天线。
仰角同原来相比变化不大，调整时可以把控制仰角上边的螺母向上转半个到1个螺母的位置，基本上可以达到仰角的要求，确保能接收到凤凰卫视中文台节目。
4.为了达到更好的接收效果，在接收到节目，固定好螺母后，将高频头向外拉，让高频头的前端紧挨着托架，并慢慢的逆时针旋转高频头，微调极化角直到信号最佳为止。
3.4.3注意事项
调整时要注意观察电视机上信号强度指示条的变化，信号强度指示条越多，就证明接收信号的强度越强，信号质量越好。
若未接收到卫星信号，接收信号强度指示条没有指示（或很少）。
根据信号强度指示条现实的最大值可判断天线调整是否恰当。
3.5调试结果
接收频道参数如下图21所示：
图21接收频道参数图
接收频道合影如下图22所示：
图22合影图
4总结
在本次的课程设计中，我觉得自己学到了很多。
在实训开始的时候，因为自己的实训经历较少，动手能力不足，觉得几乎无从下手，于是，从最初的资料查询开始，慢慢的掌握了相关的知识，了解到他人实训的经验，渐渐地掌握了实训的节奏。
这个过程中，除了自己在网上、在图书馆查阅相关资料，我积极向同学询问、向老师请教，其中，老师给我的指点往往使我茅塞顿开，感谢他们的帮助。
而且，本次实训任务的综合性较高，无论是在理论知识方面还是在实际操作方面对我而言都是一次有深刻意义的尝试。
在理论知识方面，我弄懂相关的每一个公式的意义，加深对通信知识的理解。
在实际操作方面，实训对动手能力是一次巨大的考验，无限提升了我的动手能力。
本次设计在整体上来说肯定是成功的，当然也一
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