基于短距离RF通讯技术的无线数据采集系统设计(上位机部分).doc
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基于短距离RF通讯技术的无线数据采集系统设计(上位机部分)
摘要
基于短距离RF通讯技术的无线数据采集系统由上位机和下位机组成,下位机负责数据的采集,上位机负责远程控制与显示,二者通过NRF905射频模块完成通信,实现数据的上传和保存,同时对下位机进行参数设置。
本文主要介绍了基于射频模块NRF905芯片的无线数据采集系统(上位机)的设计思想和实现方法。
本系统是通过单片机控制来实现上位机对下位机所采集的数据进行无线传输,并在上位机显示。
针对主从机的数据通信,制定详细的通信协议,保证数据传输的可靠性。
系统由AT89C51单片机控制模块,NRF905无线收发模块,键盘控制模块,存储模块,显示模块和串行通信模块组成,实现温度的采集、无线传输、存储、显示并可以通过RS232上传到PC机中。
本文详细论证了实现数据采集与无线传输方案的设计思路及系统的总体架构,然后详尽地阐述了系统的硬件电路结构和完成各项功能相关的软件设计。
关键词:
AT89C51,NRF905,无线数据采集,上位机
BasedonTheWirelessCommunicationTechnologyofTheShortDdistanceRFDataAcquisitionSystemDesign(PCpart)
Abstract
BasedonthewirelesscommunicationtechnologyoftheshortdistanceRFdataacquisitionsystemconsistsofPCandaunitunderaplacemachineresponsiblefordatacollection,PCresponsibleforremotecontrolanddisplay,NRF905RFmodulesbetweenthemthroughcompletecommunications,realizethedatauploadandpreservation.MeanwhiletolowerplacemachineparametersSettings.ThispapermainlyintroducestheNRF905chipsbasedonrfmoduleswirelessdataacquisitionsystem(PC)thedesignthoughtandrealizationmethod.Thesingle-chipmicrocomputercontrolsystemisachievedthroughPCtolowerplacemachineofthedatacollectedbywirelesstransmission,andinPCdisplay.Inordertoguaranteethereliabilityofthedatatransmissionofdatatransmission,mustbeformulatedsimplecommunicationprotocol,theusercaninteractwiththesystem.ItisbasedonAT89C51forcontrolunit,wirelesstransceivermoduleNRF905completedatawirelesstransmission,usethekeyboardmodulecontrolandusedigitaltubedisplay,realizetemperaturemonitoring,wirelesstransmissionanddisplay,andthereceivingendwithserialconnectedtothemotherboardPC.
Thearticledemonstratesindetailtherealizationofthetemperaturedatacollection,wirelesstransmissionprogramdesignideasandoverallsystemarchitecture,andthenitelaboratesonthestructureofhardwarecircuitandtherelatedsoftwaredesignofvariousfunctions.
KEYWORDS:
AT89C51,NRF905,Wirelessdataacquisition,PC
目录
摘要 I
Abstract II
1引言 1
1.1课题的背景和意义 1
1.2无线数据采集系统的发展现状及发展趋势 1
1.3本文研究的主要内容以及实现方法 2
1.3.1研究内容 2
1.3.2实现方法 2
1.4本论文结构 3
2无线通信技术的介绍 4
2.1无线通信技术的选择 4
2.2无线通信技术的发展与现状 4
2.3器件的选择及介绍 7
2.3.1无线收发芯片的选择 7
2.3.2主要器件的介绍 9
2.4本章小结 16
3无线数据采集系统(上位机部分)的总体描述 17
3.1单片机AT89C51主控单元和外围模块 17
3.2无线传输收发模块 17
3.3系统方案论证 17
3.4本章小结 18
4系统硬件设计 19
4.1单片机硬件电路设计 19
4.2复位电路 19
4.3无线收发模块 20
4.4电源模块 20
4.5数码管显示模块 21
4.6键盘控制模块 21
4.7存储模块 22
4.8串口模块 23
4.9系统总体电路图 23
4.10本章小结 23
5系统软件设计 25
5.1系统所使用的通信协议 25
5.2点对点无线通信的实现 25
5.2.1SPI接口 25
5.2.2数据收发过程 27
5.3通信协议格式 28
5.4无线接收端系统主程序设计 29
5.5无线接收端NRF905工作流程 29
5.6LED驱动子程序的设计 31
5.7存储模块程序的设计 33
5.8本章小结 35
6总结与展望 37
6.1课题总结 37
6.2展望 37
致谢 38
参考文献 39
附录Ⅰ硬件电路图 40
附录Ⅱ相关程序 41
49
基于短距离RF通讯技术的无线数据采集系统设计(上位机部分)
1引言
1.1课题的背景和意义
在工业控制现场,常常需要采集大量的现场数据,如电压、电流、温度、湿度、气压等,温度是一个非常重要的物理量,因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形、结晶以及空气流动等物理和化学过程。
温度控制失误就可能引起生产安全、产品质量、产品产量等一系列问题,因此对温度的检测的意义就越来越大。
温度采集控制系统在工业生产、科学研究和人们的生活领域中,得到了广泛应用,在工业生产过程中,很多时候都需要对温度进行严格的监控,以使得生产能够顺利的进行,产品的质量才能够得到充分的保证。
温度作为一项工业常用测量对象,在工业现场和过程控制中具有至关重要的作用。
随着科学技术的发展,要求温度测量的范围向深度和广度扩展,不但要求有足够的精度满足工业生产和科学技术的要求,而且还要求有广泛的测温范围。
在许多测控现场,传统数据传输都是通过有线电缆实现的。
随着射频、集成电路技术的发展,无线通信功能的实现更容易,数据传输速率更快,抗干扰能力更强,因此,许多应用采用了无线传输技术。
无线数据传输与有线数据传输相比,有诸多优点:
一是成本低,省去大量布线;二是建网快捷,只需在每个终端连接无线数据传输模块和架设适当高度天线;三是适应性好,可应用于某些特殊环境;四是扩展性好,只需将设备与无线数据传输模块相连接。
因此,无线传输是一种有效数据传输方式。
所以使用无线传输的高精度测温系统可以对生产环境的温度进行无线传输并且能够进行使操作员可以远距离实时了解被测现场的温度变化情况,保证生产的自动化、智能化能够顺利、安全进行,从而提高企业的生产效率。
1.2无线数据采集系统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。
目前,已经将传感器技术和新兴的无线通信技术相结合,通过数据传输的无线化来达到对环境指标数据的采集。
1.3本文研究的主要内容以及实现方法
1.3.1研究内容
目前大多数无线数据采集系统都会有主机和从机之分,主机发送命令,从机执行命令,在主机外加键盘控制模块和显示模块,以此来命令从机将采集到的数据再发送给主机并通过显示模块显示出数据,这样就实现了主机对从机的控制。
本课题主要是进行基于短距离RF通讯技术的无线数据采集系统设计(上位机部分)的设计,无线数据采集系统(上位机部分)由无线传输收发模块、单片机控制模块、数码管显示模块、键盘控制模块以及RS232串口模块组成。
本课题将新兴的无线通信技术和远程监控技术相结合,通过数据传输的无线化来达到智能家居、工业控制等领域中布线不便时对室内生活环境、工业测控现场指标数据的采集。
本课题提出了一种基于无线射频传输的数据采集系统(上位机部分)。
本系统基于无线射频收发模块NRF905跟AT89C51单片机为核心,以低功耗和模块化为设计原则。
设计出具有体积小,功耗低,数据传输稳定可靠及成本低的无线数据采集系统(上位机部分)。
(1)针对实际应用需求设计系统总体方案,完成了无线数据传输、数据显示的结构设计。
(2)以低功耗和模块化为选择元器件的原则,选取了合适的单片机、无线收发模块、显示模块,键盘模块和串口模块。
(3)设计无线收发方案,并通过软件控制元器件工作模式等方式实现系统的低功耗设计。
(4)完成无线数据采集的硬件电路设计及相关的开发和调试。
主要包括单片机数据处理相关程序设计、无线射频模块的接口设计以及单片机与PC通信的接口设计。
本课题旨在通过软、硬件的有机结合,以硬件为基础,进行各功能模块的编写。
对系统硬件的工作原理进行了分析描述,并进行系统硬件设计。
具体实现数码管动态显示、AT89C51及NRF905等器件外接电路接口的软、硬件调试。
1.3.2实现方法
本系统是通过单片机控制无线传输来实现对具有对周围环境的相关数据进行测量和传输功能的下位机进行命令操作。
本系统是NRF905为无线收发模块,AT89C51单片机为控制模块,用上位机对下位机进行数据的实时监控,如可显示实时温度、历史温度,就是一套通过无线方式实现温度的远程监控的完整系统,并且可用串口连接到PC机上。
基于短距离RF通讯技术的无线数据采集系统设计(上位机部分)主要由五个模块
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