基于射频无线通信技术的多路数据采集系统的研究与设计.doc
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III
基于射频无线通信技术的多路数据采集系统的研究与设计
摘要
数据采集系统在多个领域有着广泛的应用。
近年来,数据采集系统的发展趋势是简化终端结构,增加主机携带数据终端的数量;在数据采集终端与主机之间采用无线通信,以代替复杂、不灵活的现场布线。
根据这一考虑,在本课题中设计并实现了一种无线多路数据采集系统。
此系统在实时性适中的要求下,实现了监控主机与多路便携式数据终端之间的无线数据通信监测。
本文基于射频模块nRF905芯片的多路无线数据采集系统的设计。
系统采用主机-从机体系结构,主机可对多个终端从机采样点进行数据读取。
为了保证数据传输的可靠性,必须对数据传输制定简单的通信协议,用户可以通过与系统进行交互来控制诸如报警限之类的系统参数。
它是以STC89C52RC单片机为控制单元,以温度传感器DS18B20为检测器件,以无线收发模块NRF905完成数据的无线传输,用数码管进行显示,实现温度的监测、无线传输、显示。
本文详细介绍了无线数据传输平台硬件模块的设计及其功能的实现,利用无线数据传输模块构建一个小型无线局域网络,该网络包括一个主机和多个终端从机,主机和终端从机之间通过无线传输模块进行数据通信,通过应用程序完成数据的处理。
关键词:
nRF905,射频无线通信,温度传感器,多路数据采集
ResearchandDesignofMulti-channelDataAcquisitionSystemBasedontheRFWirelessCommunicationTechnology
ABSTRACT
Dataacquisitionsystemiswidelyusedinmanyfields.Inrecentyears,dataacquisitionsystemtrendtosimplifytheterminal,increasedataacquisitionterminalscontrolledbythehost;Indataacquisitionterminalandusingwirelesscommunicationbetweenhostcomputertoreplacecomplex,notflexiblesitewiring.Accordingtothisconsideration,designandimplementawirelessmulti-channeldataacquisitionsysteminthisresearch.Thissysteminreal-timemoderaterequest,realizedmonitoringhostandmulti-channelportabledataterminalofwirelessdatacommunicationbetweenmonitoring.
ThispaperbasedontheRFmulti-chipmodulenRF905wirelessdataacquisitionsystem.Ituseshost-clientmachinesystemstructureinthissystem,thehostcanfrommachinetomultipleterminaldatasamplingloading.Inordertoguaranteethereliabilityofthedatatransmissionofdatatransmission,mustbeformulatedsimplecommunicationprotocol,theusercaninteractwiththesystem,suchasthealarmlimittocontrolthesystemparameterssuchas.ItisSTC89C52microcomputerasthecontrolunit,temperaturesensorDS18B20fordetectiondevicestowirelesstransceivermoduleNRF905completedatawirelesstransmission,usingadigitaltubedisplay,realizetemperaturemonitoring,wirelesstransmissionanddisplay.
Thispaperintroduceswirelessdatatransmissionplatformhardwaremoduledesignanditsfunction,usingwirelessdatatransmissionmoduletoconstructasmallwirelesslocalareanetwork,thenetworkincludesahostandmultipleterminalfrommachine,hostandterminalthroughwirelesstransmissionbetweenfrommachinedatacommunicationmodule,throughapplicationcompletedataprocessing.
KEYWORDS:
nRF905,RFwirelesscommunication,temperaturesensor,multi-channeldataacquisition
目录
摘要 I
ABSTRACT II
1绪论 1
1.1课题的背景和意义 1
1.2无线测量的发展现状及发展趋势 1
1.3主要研究内容及安排 3
1.4本论文结构 4
2无线通信的开发介绍 5
2.1无线通信技术的选择 5
2.2无线通信技术的发展与现状 5
2.3器件的选择及介绍 7
2.3.1无线传输芯片的选择 7
2.3.2温度传感器的选择 9
2.3.3主要器件的介绍 10
2.4本章小结 22
3系统方案及硬件设计 23
3.1系统方案论证 23
3.2单片机硬件电路设计 24
3.3无线收发模块 24
3.4电压转换模块 25
3.5温度采集电路 25
3.6数码管显示模块 25
3.7系统总体电路图 26
3.8本章小结 26
4系统的功能描述及软件设计 27
4.1无线多路数据采集系统的 27
4.1.1信号采集模块 27
4.1.2单片机STC89C52RC主控单元 27
4.1.3无线传输发送端 27
4.1.4无线传输接收端 27
4.1.5温度报警模块 27
4.2系统软件总体架构设计 28
4.2.1底层驱动层 28
4.2.2界面层 28
4.2.3应用层 28
4.3系统所使用的通信协议 28
4.4多路无线数据测量发送端流程及程序 29
4.4.1发送端工作过程总体描述 29
4.4.2发送端工作过程分述 29
4.5多路无线数据测量接收端流程及程序 31
4.5.1接收端工作过程总体描述 31
4.5.2接收端工作过程分述 31
4.6LED驱动子程序的设计 32
4.7DS18B20温度采集子程序的设计 32
4.8本章总结 34
5总结与展望 35
5.1课题总结 35
5.2展望 35
致谢 36
参考文献 37
附录Ⅰ原理图 38
附录ⅡPCB图 39
附录Ⅲ实物图 40
41
基于射频无线通信技术的多路数据采集系统的研究与设计
1绪论
1.1课题的背景和意义
随着智能控制系统的进一步发展,以嵌入式操作系统为平台,依赖于无线网络数据传输的系统得到越来越广泛的应用,而采用温度传感器进行温度检测更是被广泛的应用于人们的日常生产和生活当中。
但是,伴随温度传感器而来的是大量的数据线缆,数量众多的线缆不仅带来布线复杂的不便,而且存在着短路、断线的隐患,加之成本高、易老化,错综复杂的线路还给系统的调试和维护增加了难度。
因此,无线通信技术与有线通信技术相比,有成本低、携带方便、不必穿墙钻孔布线、搭建网络简单快捷等优点。
特别是在有线网络不通畅或由于现场环境因素的限制不便架设线路的情况下,使用无线通信技术进行数据采集、传输显得更加实用、高效、快捷。
然而,由于无线传感器网络具有巨大的应用价值,已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的极大关注。
随着无线技术的不断发展,人们会发现,被无线化武装起来的智能家庭、智能商业、智能交通陆续呈现在我们的面前,融入生活中的每一个角落,极大的方便了我们的生活。
所以开发出性价比高的无线温度测量系统有着十分重要的意义。
现今,我国的无线传感系统的研究有了很大的成就,在国内的大型粮仓系统、火灾预防系统、无线温度测量系统的普及率不高,只是在国家级大型企业中得到了广泛的应用。
可是,在发达国家,无线数据应用方面已经非常普及,他们从无线广域网,无线局域网,无线个人网,已近走向了第三代无线通信技术(3G),并且在智能无线温度控制上出现了更多新的器件和方法,并且有些已经运用到实际生活和生产当中。
因此,从本研究问题的深度和投入科研力量角度来说,国内的水平还处于相较于国外还比较落后;另外从问题的点上可以更好的服务于科研,提高生产效率,降低危险事故发生的几率,在国内具有很强的现实意义,这有待于我们的进一步研究与提高。
1.2无线测量的发展现状及发展趋势
数据采集技术是信息科学的重要组成部分,已广泛应用于各个领域。
在数据传输方式上,目前数据采集系统基本上是通过有线方式进行连接,有线方式的数据传输速度快,可靠性高且运行稳定,能满足大多数情况的需要,但是其应用受现场环境和应用对象的限制。
近年来,随着射频技术、微电子技术及集成电路技术的进步,无线通信技术取得了飞速的发展,无线通信的实现成本越来越低,传输速度越来越快,可靠性越来越高,并且逐渐达到可以和有线网络相媲美的水平。
短距离无线通信技术是近年来的研究热点,将无线技术引入数据采集领域,可以解决某些无法或不便布线的环境下的数据采集问题,以及解决有线网络带来的布线麻烦、不易维护等缺点。
有些数据采集系统应用于智能家居领域的,但也进一步拓展至其它诸如工业控制、仪器仪表等领域对象的状态监测。
随着计算机技术的发展和计算机技术在信号处理中的广泛应用,现代的测量系统在数字信号处理方面的能力也大大加强了,形成了数字化测量技术。
数字化测量就是借助于各种类型的传感器检测外部世界的各种信号,并转换成电信号,然后进行信号调理和A/D转换,使之转换成为能够在数字系统中进一步处理的数字信号。
具体来说,就是将温度、湿度、气体密度等物理信号转化为数字量并传递到计算机中。
作为信息源头的传感器对计量测试技术的发展有着重要作用。
目前,传感器正不断朝着多功能性和智能性方向发展。
目前,已经将传感器技术和新兴的无线通信技术相结合,力图通过数据传输的无线化来达到智能家居中布线不便时对室内生活环境指标数据的采集。
随着计算机技术、通信技术、网络技术、控制技术和信息技术的迅猛发展与提高,人们对所居住的环境提出了更高的要求,在这种形势下发展出了“智能家居”这一概念。
目前,智能家居通常被定义为利用通信、网络和综合布线技术,通过家庭信息管理平台将与家居生活有关的各种子系统有机地结合的一个系统。
智能家居首先要实现对所有家电设备和家居环境的监
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- 基于 射频 无线通信 技术 路数 采集 系统 研究 设计