无线数据传输系统(温度遥测)-电子技术等专业.doc
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1、2007年江西省第十八界电子设计竞赛大专组题目:无线数据传输系统( 温度遥测)院校:九江学院电子工程学院学生:指导老师:时间:2007年5月27-2007年5月30日目 录目录.2摘要.3一、方案设计与论证31.1温度采集处理部分.31.2 无线数据传输部分.41.3数据处理部分. .5二、系统的功能及硬件结构. .62.1温度采集部分. .62.2无线数据收发部分. .7 2.2.1高频信号收发电路. .7 2.2.2编码解码部分. . .92.2.2数据处理部分. . .10三、系统电器原理总图. . .11四、软件流程图. . . . .13五、系统测试方案. . . .15六、结果分析
2、. . . .17摘要无线发送电路和无线接收电路分别以315MHz陶瓷滤波器和RX3310芯片为核心。整个系统采用两个单片机,89s52为接收机处理器,完成无线信号的识别、存储、显示和设定报警功能;89C2051为发射机处理器,完成温度数据的读取及编码处理功能;温度采集部分采用数字式温度传感器DS1820来实现,采用温度内差差值处理,其精度可达到0.1。采用12V电池供电。一、 方案设计与论证本题为无线数据传输系统,要求采集远方的温度信息,通过无线的方式发送到本地处理显示,温度测量范围为1045,误差0.2,所以本系统实际上又可细分为三个大的部分:温度采集处理部分;数据无线传输部分;数据处理部
3、分。如图1.1所示:无线发送电路温度数据发生器接收数据信号识别数据存储显示及上限报警无线接收电路图1.1 无线数据传输系统下面分别对这三个部分的实现进行比较论证:1.1、温度采集处理部分方案一:温度采集部分采用热敏电阻或热电偶。这种方法是常用的一种方法,利用热敏电阻随温度的变化而变化的特性,只要测出热敏电阻的阻值,就可以对照热敏电阻的阻值温度特性曲线图间接算出对应的温度值。方案二:采用集成的温度传感器如uPC616等来采集温度。这种温度传感器内部一般集成了温度测量部分、稳压部分和运算放大部分,输出的信号为模拟信号,在单片机处理以前需进行A/D转换。方案三:采用单总线式数字温度传感器DS1820
4、来测量温度。DSl820数字温度计提供9位(二进制)温度读数,指示器件的温度信息经过单线接口送入DSl820或从DSl820送出。因此从单片机CPU到DSl820仅需一条线(和地线),DSl820的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源,测量范围从-55到+125,增量值为0.5,可在l s(典型值)内把温度变换成数字。其原理框图如图1.2所示:DS1820温度传感器单片机图1.2 DS1820与单片机的连接方案比较及选用:方案一用到热敏电阻的阻值温度特性曲线图,是一条指数曲线,非线性较大,在实际使用中要进行线性化处理,比较复杂,而且热敏电阻的温度采集部分容易受外界条件干扰,误差较大。由于本
5、系统要求较高,所以不准备采用此种方案;方案二,集成传感器内部虽集成了温度测量部分、稳压部分和运算放大部分,但其输出的信号仍然为模拟信号,在用89C2051接收的时候,需加上A/D转换部分,电路比较复杂,所以也不准备采用此种方案。方案三采用DS1820温度传感器来采集温度,不仅节省端口资源,而且数据处理部分简单,经过处理后,其温度精度可以达到0.01,完全满足本系统的要求。因此本部分采用方案三。1.2 无线数据传输部分方案一:采用集成的无线数据收发模块,比如NRF401、PTR3000等来完成。这种方案数据传输可靠,距离远,硬件实现简单,不失为一种好方法。方案二:采用电阻、电容、电感等构成无线收
6、发电路。这种方法也是常用的一种方法,比如收音机里采用的接收电路等就是采用这种方法,这种方法主要由分立的电子元件构成,电路相对复杂。方案三:数据通过315MHz的高频发射电路发送出去;接收端利用RX3310芯片构成接收电路,对接收到的信号进行解码验收,其原理框图如图1.3所示,这种外围电路相对简单,数据传输可靠。温度信号315MHz高频发射电路RX3310接收单片机图1.3 无线收发框图方案的比较及选用:很显然方案一要比方案二和方案三都要简洁新颖,但是从系统设计的任务来看,本系统是要求设计一个无线数据收发电路,所以就不能采用集成模块方案,排除方案一;对于方案二,虽然其设计成本低,但是其电路设计复
7、杂,而且易受外界干扰,信号不易验证;而方案三,采用国家允许无线遥控使用的频率315MHz,构成高频信号发射电路,以RX3310为核心构成超外差高频信号接收电路,其外围电路简洁,易学易用,可采用曼彻斯特码、HDLC码等对信号进行编码解码,确保数据传输的正确性。因此我们选用方案三作为具体的实施方案。1.3 数据处理部分方案一:选用51单片机作为主控制器,用三位LED数码管显示温度,以常用的2764等数据存储芯片来保存接收到的温度,和设定温度的上下限值,其原理框图如图1.4所示,这种方法是大多数课本上所常用的一种方法,方法简单,易于使用,但是对于LED显示需外加驱动电路,数据存储部分需外加地址锁存器
8、。51单片机LED驱动电路地址锁存LED显示温度存储2764图1.4 常用的数据显示存储原理图方案二: 51单片机作为主控制器,采用I2C总线标准的串行 EEPROM存储器24C08来存储数据,采用液晶显示器SMC1602来显示数据,其原理框图如图1.5所示,这种方式占用端口资源少,存储量大,显示稳定,而且接口简单,不需要外加驱动,易学易用,符合现在大多数系统设计的要求。51单片机24C02存储LCD显示温度图1.5 存储显示原理框图方案的比较及选用:方案一虽然是教学中常用的一种方式,但是接口复杂,需外加驱动电路,存储容量相对较少,显示不稳定,而且占用CPU端口资源多,不利于向外扩展;方案二接
9、口简单,易于使用无须外加驱动,存储容量大,显示稳定友好,占用端口资源少,符合现代设计的需求,所以数据处理部分采用方案二。二、 系统的功能及硬件结构由前面的分析可以知道,本系统主要由下面几个硬件来实现,DS1820采集温度,输出数字信号,AT89C2051对接收到的信号进行曼彻斯特编码后,经高频发射电路发送出去;接收端收到信号后对接收到的信号进行解码验收,正确的数据传送给AT89S52 CPU,处理后送到24C02和LCD1602存储显示。2.1 温度采集部分采用DS1820对外部的温度进行采集, DS1820为单总线式温度传感器,可程序设定为912位的分辨率,精度为0.5,内部自带温度存储器,
10、可存储采集到的温度,其格式如图2.1所示,字节地址0和字节地址1里面存储的是测得的温度信息,第一个字节的内容是温度的低八位,第二个字节是温度的高八位。用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供,最小分辨率为0.0625/LSB,输出精度为0.5,满足不了系统的要求;但是,可以通过读地址的第六、七个字节来提高其输出精度,这两个字节为计数剩余值、每度计数值,通过下面的公式, 寄存器内容字节地址温度最低数字位 0温度最高数字位 1高温限值 2 低温限值 3 保留 4 保留 5Count_Remain 6 Count_per_c 7 CRC校验 8图2.1 温度存储器地址图Temperature=Tem
11、_Read-0.25-(Count_per_c-Count_Remain)/Count_per_c精度可达0.1,完全可以满足系统的精度要求。与单片机的连接电路如图2.2所示图2.2 DS1820与单片机的连接2.2无线数据收发部分本部分涉及到对数据进行远距离传送并进行编码解码问题,也是本题目中的主要组成部分。其中发射部分由数据编码电路和高频发射电路组成,接收部分由RX3310构成的超外差接收电路和解码电路构成。2.2.1 高频信号收发电路1、 信号发射频率采用目前国家允许无线遥控使用的频率315MHz,采用声表谐振器SAW稳频,典型的发射电路如图2.2所示:图2.3 高频信号发射电路早期的发
12、射机较多使用LC振荡器,频率漂移较为严重。采用声表谐振器SAW可以解决这一问题,其频率稳定度极高,当环境温度在2585度之间变化时,频飘仅为3ppm/度。其频率稳定性与晶振大体相同,而其基频可达几百兆甚至上千兆赫兹。无需倍频,与晶振相比电路极其简单。增加了一只数据调制三极管Q1,这种结构使得它可以方便地和其它固定编码电路、滚动码电路及单片机接口,而不必考虑编码电路的工作电压和输出幅度信号值的大小。比如用PT2262等编码集成电路配接时,直接将它们的数据输出端第17脚接至高频发射电路的输入端即可。待发送的数据由TXD输入,经由Q2-8050基极送入,完成由Q1-C1-L1-L2-SAW组成的振荡
13、网络的开关控制,实现对高频315MHz信号的ASK调制,调制后的信号经过C2耦合送到天线发射。由于采用了ASK方式调制,所以当数据信号停止发射时,电流降为零,可降低功耗。2、 高频信号接收电路与315MHz的发射电路相匹配的高频信号接收电路通常采用超再生接收电路和超外差接收电路。超再生接收电路在中波段工作时灵敏度很高,所以常用来制作简易晶体管收音机。对于工作于短波段的无线遥控或通信设备,再生检波的灵敏度及稳定性都不符合要求。超外差解调电路设置一个本机振荡电路产生振荡信号,与接收到的载频信号混频后,得到中频(一般为465kHz)信号,经中频放大和检波,解调出数据信号。由于接收到的载频频率是固定的
14、,所以其电路要简单一些。采用声表稳频,其灵敏度约100DBM,稳定性好。在这里采用以RX3310为核心构成的超外差式接收电路,如图2.3所示。RX3310是一个可工作在甚高频的无线接收芯片,它在内部集成了高频放大电路(RF AMP)混频电路(MIXER)、中放电路(IF AMP)、中频滤波器(IF FILTER)、限幅器(LIMITER)以及由比较器构成的(ASK)解调电路等。利用RX3310和很少的元件,可以构成比较可靠的无线接收电路。图2.4 超外差接收电路从外接天线接收的信号经C10耦合到L2、C11组成的选频网络进行阻抗变换后输入RX3310的内部高频放大器输入端14脚,经芯片内的高频
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