无线数据传输系统的设计.doc
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1、目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 数据传输概述及分类11.2 无线数据传输系统发展史11.3 无线数据传输系统概述21.4 课题研究目标及意义21.5 本论文工作3第2章 系统分析和方案选择42.1 系统方案选择及论证42.2 系统总体组成52.3 系统工作原理及功效52.3.1 系统工作原理及组成52.3.2 系统功效62.4 本章小结6第3章 无线数据传输系统硬件电路设计及调试73.1 键盘显示电路设计和调试73.1.1 驱动电路设计和原理73.1.2 外部电路设计和调试83.2 发射接收模块设计和调试123.2.1 芯片原理及电路设计123.2.2 外部电路设计和调试
2、133.2.3 无线收发模块调试183.3 系统应用温度实时采集系统设计和调试193.3.1 芯片介绍193.3.2 电路设计及调试203.4 本章小结21第4章 无线数据传输系统软件设计224.1 系统整体设计224.2 键盘显示驱动程序234.3 nRF401发射接收模块软件设计及应用244.4 系统应用温度实时采集系统294.5 本章小结30结论31不要删除行尾分节符,此行不会被打印千万不要删除行尾分节符,此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”,然后“更新整个目录”。打印前,不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行第1章 绪论1.1 数据传输概述及分类数据传输通常由五部份组成
3、:控制器、I/O板、操作站、通讯网络、编程软件。数据传输依据数据信号传输模式和工作方法不一样能够分为下面多个方法。1基带传输和频带传输:基带传输特点是不需要调整解调处理,也即传输过程中信号频谱没有发生变换。频带传输是在传输之前首先经过调制器,将基带信号变换成频带信号,然后在信道中传输,信号频谱发生了搬移。无线数据传输就是频带传输一个经典实例,将基带信号调制到一个高频载波上传输。无线传输是不需要经过实体物质介质,它是经过空气、光束、电磁波、无直接接触物质传输传输方法。2并行传输和串行传输:并行传输是指将数据符号编码后,在两条以上并行通道上同时传输,而串行传输是指将数据编码按位或按码元依次在一条信
4、道上传输。依据串行数据实现方法不一样,能够分为异步传输和同时传输。3单工、半双工和全双工:单工通信只许可数据按指定一个方向传输。半双工通信许可数据能够双向传输,但不能同时进行。全双工通信许可在两个方向上同时传输数据1。1.2 无线数据传输系统发展史伴随内容、接入技术、软件应用发展,和应用设备性能不停提升、高数据速率低成本访问实现,对运行商和消费者来说,无线数据传输新产品、新技术将会更具吸引力。据专业人士分析,在近五年内,无线数据将展现连续增加态势,为那些有能力回应市场需求,和有实力把新服务、新产品以光速推向市场运行商们提供了企业创收和占领市场契机。到现在为止无线数据传输已经广泛地利用在车辆监控
5、、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触RF智能卡、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、机器人控制、无线232数据通信、无线485/422数据通信、数字音频及数字图像传输等领域中2。1.3 无线数据传输系统概述无线数据传输系统含有通信范围广,传输稳定可靠等特点。这类系统采取了大规模集成电路技术、单片机技术、网络数据传输技术、抗干扰技术和RS485、RS232通信技术。在线路设计和元器件选择上以较大环境适应性为依据,确保了设备运行可靠性。其含有体积小、重量轻、稳定性高、费用低廉、安装简单、抗干扰能
6、力强等特点。无线终端适适用于多种工业现场需要实现无线遥控、遥测及无线数据传输多种场所。无线数据传输是指经过GSM和GPRS网络为企业用户提供无线传输通道,处理有线网络难以建设地域或地点数据传输问题,含有费用低廉和移动灵活特点。无线数据传输尤其适适用于机器到机器应用,如在遥感遥测等含有数据读取功效终端上集成无线通信功效。这类终端可在定时或在被激活情况下经过无线传输通道和企业用户中心数据库进行数据交互3。1.4 课题研究目标及意义无线数据传输系统是硬件和软件有机结合,利用快速发展网络技术,无线通信通信技术得到近距离音频、视频信息。现在,无线数据传输系统在很多领域有着关键作用,广泛应用于对分散场所实
7、施远程监控及报警领域中,同时还可用于可视化办公及现代企事业管理。无线数据传输制系统有着广泛现实意义,以下就是实际生活中以无线数据传输技术为平台而设计控制系统,具体有以下几大方面:1无线远程抄表系统:用于将水、电、气三表数据上传,下端接数据终端即水、电、气三表,方法如RS485、脉冲等。采取上位机主叫方法,模块CPU接到指令后,将各端口数据采取短信方法或数传方法回传;能够抄读多功效表有功、无功、需量、功率、电压、电流等数据。2数据采集和实时传输系统:对各个领域或部分行业系统进行实时监控,采集其相关数据并进行无线数据传输,正广泛应用于:电压监测仪、配变负荷监测仪、水电厂运行设备智能巡检、电力城网自
8、动化系统、移动通信基站监控、GPS定位、物流管理、银行POS机联网、城市供热等。3水文、气象、环境监测系统:伴随社会发展,和人类关系亲密水文、气象、环境也得到了重视,然而要有利于防范就须加于监测,城市照明监控系统4。1.5 本论文工作1设计一个基于89C52单片机和nRF401芯片无线数据传输系统。设计硬件电路及PCB板。 2硬件电路关键完成智能控制、无线传输、数据采集、键盘显示,和通讯功效。3硬件电路仿真和调试。用自制开发板进行硬件和软件仿真,进行调试。使系统能够正确、稳定完成数据传输采集、显示、通信,和智能控制功效。4连机调试、运行,确保系统能够稳定、正确运行,实现相关功效。第2章 系统分
9、析和方案选择2.1 系统方案选择及论证方案一:行思科技提供无线数据采集传输系统方案,充足利用了公网资源中国联通移动通讯网为数据通道,并结合本身在数据传输技术,提供一个切实可行、低运行成本处理方案。此系统方案将数据采集前端智能终端、传输网络及系统后台对数据收管理、分析处理充足整合,功效强大,应用性强。可广泛用于电力、水利、公安、交通、安防等领域,极大提升提升生产、经营和管理自动化水平及经济效益。方案二:蓝牙数据传输处理方案,Thinx擅长为用户提供利用蓝牙技术进行智能认证和识别处理方案,包含:智能化运输/物流系统中海关、码头蓝牙处理方案;蓝牙智能交通处理方案;为具体用户量身定做蓝牙门禁系统,可广
10、泛应用于高速公路收费处,企业、商业、居民区出入口,停车场,高级酒店,港口和机场出入口,货车场和货物仓库,大型企业装配生产线等场所。方案三:超声波无线传输方案, 因为超声波含有指向性强,能量消耗缓慢,在介质中传输距离远特点,所以利用超声波检测往往比较快速、方便、计算简单、易于做到实时控制,便于和单片机连用。方案四:使用红外线无线数据传输方案, 就像用电视遥控器发送信号那样,利用红外线传输数据也能够将计算机以无线方法连接到其它临近计算机或设备上。能很正确地测出小车和障碍物距离,但价格高,处理复杂,不符合我们要求。方案五:低功耗长距离无线传输方案,Thinx无线数据传输广泛地利用在车辆监控、遥控、遥
11、测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触RF智能卡、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、机器人控制、无线232数据通信、无线485/422数据通信、数字音频、数字图像传输等领域中。类似蓝牙处理方案,相较蓝牙技术,经我们实际测试,优势在于低功耗,能够使用电池供电,且建连速度要快很多,很多情况下亦可轻松建立连接传送数据。从各个方面来考虑,最终决定采取第五个方案。集成度比较高,实际问题上研究起来省去了很多无须要麻烦,芯片内部集成高频发射、高频接收、PLL合成、FSK 调制、FSK解调、多频道切换等功效,我们能够
12、经过软件将其实现愈加好5。2.2 系统总体组成整个无线传输系统由发射、接收两大模块组成,其中以单片机最小控制系统为关键、以芯片组成发射、接收模块为无线数据传输通道,附加键盘、显示模块,后续扩展口开发电路(无线数据采集系统),组成无线数据传输监测系统。系统组成示意图以下图2-1、2-2所表示:图2-1 发射模块示意图图2-2 接收模块示意图2.3 系统工作原理及功效2.3.1 系统工作原理及组成无线数据传输系统智能无线测控终端为双向无线信号传输,用于实现远距离无线遥控和遥测及数据传输,一个终端将输入信号发送到远方另一个终端上。同时远方终端返回一个是否正确接收握手信号,假如对方接收正确则此次停止发
13、送,假如对方接收不正确,则发送方继续发送,直至对方接收正确为止,以确保无线传输可靠性。无线数据传输系统组成:1电源部分:提供系统工作电源。2主控CPU部分(C51最小系统控制模块):实时读写管理模块数据。3数据发送部分:依据实际要求经过键盘或设置要发送数据,显示在显示板上,然后把数据发送给接收部分。4数据接收部分:依据主控命令抄读终端数据并转发给主控CPU,数据显示在显示板上。5DS1820温度测量模块:将采集到温度值显示在显示板上,再由无线收发模块发送,另一无线收发模块接收显示。2.3.2 系统功效无线数据传输系统是一个全集成、结构完整、功效完善;结合优异计算机软、硬件技术,面向整个生产过程
14、过程控制系统。 本系统功效以下:1无线传输距离1m到1000m。2系统性能指标好,自动化程度高。3利用奇偶校验法判定误码,自动消除传输误码。4实现了发送机和接收机之间数据传输切换,而且误码率为零。5同一模块既能够做发射机,又能够做接收机,可实现数据半双工无线传送。6发送数据能够手动设置,也能够是系统采集数据。能够方便实现单片机和单片机之间点对点无线通信。7利用自制接口程序进行数据收发。将文件打包成可识别二进制码,可实现大批量其它类型文件无线传输。8系统模块还备有数据采集系统,在无线数据传输基础上实现了无线数据采集;经过滤波处理得到比较正确数据,即显示于显示器上。9外接指示灯,显示数据传输状态。
15、2.4 本章小结本章关键介绍无线数据传输系统系统组成原理,整个无线传输系统由发射、接收两大模块组成,每一个模块全部能够作为接收或是发射模块。其中以单片机最小控制系统为关键、以芯片组成发射、接收模块为无线数据传输通道,附加键盘、显示模块和温度采集模块,进行了具体方案论证和比选,为系统软、硬件设计提供了有力理论依据。第3章 无线数据传输系统硬件电路设计及调试3.1 键盘显示电路设计和调试3.1.1 驱动电路设计和原理键盘、显示模块采取BC7281A芯片。1芯片介绍:BC7281A芯片是128段LED显示及64键键盘控制芯片,BC7281A各位可独立按不一样译码方法译码或不译码显示,译码方法显示时小
16、数点不受译码影响,使用更方便;较之BC7281, BC7281A对16个显示位均能够独立地控制闪烁属性;BC7281A内部还含有一闪烁速度控制寄存器,使用者可随时改变闪烁频率;译码方法除了常见BCD译码等2种方法外,还有专用于光柱(Bar)显示光柱译码方法,只要送一个字节,就能够完成光柱显示控制。128段被分成2个各自独立64段光柱,能够分别控制。另外,128个显示段同时被分配了128个地址,利用段寻址功效能够独立地控制每一个段,便于使用独立LED6。BC7281A含有以下特点:可驱动8位或16位数码管显示或64/128只独立LED;含有64键键盘接口内含去抖功效;含有2种键盘工作模式适应不一
17、样应用需求;独具光柱译码方法可独立控制两条64段光柱显示;段寻址功效便于控制独立 LED;16位均可独立控制闪烁属性闪烁速度软件可调;段驱动极性及移位脉冲时序均可控可配合多种形式驱动电路;键盘部分含有键值锁存功效;内部显示寄存器和控制寄存器内容均可读出;2线高速串行接口。2工作原理:整体示意图图3-1所表示。1)键盘矩阵:BC7281A最多能够连接个64按键,按8*8矩阵排列,矩阵行连接到BC7281A位驱动DIG0-DIG7,矩阵列连接到第0-7位显示段驱动移位寄存器输出,为了预防对显示部分影响,键盘矩阵和显示电路之间必需加入二极管和4.7K隔离电阻。当使用BC7281A键盘功效时,DIG0
18、-DIG7上应加以100K下拉电阻,且8根引脚必需全部接入下拉电阻,即使所用到键比较少时,也不能将其中未连接键盘引脚上下拉电阻省略。2)和MCU接口:BC7281A和MCU之间通讯采取2线高速串行接口,二根连线分别是数据线DAT和同时时钟线CLK,其中DAT为双向数据传输线,BC7281A既用该线从MCU接收数据,也用该线向MCU发送数据。BC7281ADAT引脚为漏极开路输出(OPEN DRAIN)结构,使用时需要在该线上加一20K 左右上拉电阻。CLK引脚为串行接口同时时钟,由MCU控制,下降沿有效。图3-1 键盘显示电路3.1.2 外部电路设计和调试该电路关键是实现键盘和显示两部分功效,
19、利用BC7281A驱动芯片驱动16位数码管(在此系统里只用了8位数码管)显示该系统所需要数据及符号,再驱动键盘,把各个键全部给她附上对应操作,这么就完成了对整个键盘显示驱动。1振荡电路:BC7281A采取外接RC振荡电路为显示和键盘扫描提供时钟驱动,外接元件经典参数为R=3.3K, C=20pF,见图3-2所表示。在VCC=5V情况下,振荡电路经典振荡频率约为4.5MHz。BC7281ACLK端为内部振荡电路输出端,通常此脚悬空即可。在电路板布线时,振荡电路元件应尽可能地靠近BC7281A芯片,并尽可能使连线最短。2复位电路:芯片RST引脚为复位端。因为BC7281A内部有上电复位电路,所以在
20、通常情况下不需要特殊复位电路,只需将RST引脚直接连接到VCC端就能够了。假如需要外部复位电路,能够根据以下接法。RST上复位脉冲最小宽度为20ms,复位电路中电阻R阻值通常不要超出40K。另外一个方法是直接由MCU控制BC7281A复位。图3-2 振荡电路BC7281A复位过程大约需要25ms时间,也即RST为高电平约25ms后,BC7281A才开始工作。见图3-3所表示。图3-3 复位电路3和MCU接口电路:BC7281A和MCU接口共需要三根线,数据线DAT,时钟线CLK和按键指示,其中CLK和引脚,分别为输入和输出引脚而DAT脚则为双向口,其内部为OPEN DRAIN结构,需要外接一2
21、0K 左右上拉电阻,以使其能可靠地输出高电平。其接口电路见图3-4所表示。图3-4 和MCU接口电路4位驱动电路:DIG0-DIG7为位驱动输出,BC7281A适合连接共阳式数码管,虽DIG0-DIG7本身含有一定驱动能力,但为了确保足够显示亮度,且不影响键盘部分操作,应该另加以外部驱动电路。外部驱动电路比较简单,只需要8只NPN型三极管即可,三极管接成射极跟随器形式,所以基极无需限流电阻。图3-5所表示。图3-5 位驱动电路5段驱动电路:串入SRCLK端电阻作用在于和芯片输入电容及电路分布电容组成一个积分电路,从而对输入SRCLK时钟产生一个微小延时,这么能够确保移位脉冲SRCLK迟于二级锁
22、存脉冲RCLK抵达,从而确保移位寄存器内容在改变之前可靠地进入二级锁存器。电阻阻值没有严格要求,而且不一样厂家及不一样型号芯片对应阻值范围也会有所不一样,通常而言,这个范围是比较宽,从几K到几十K全部能够,20K阻值能够适适用于绝大多数芯片。图3-6所表示。6按键电路:当按键少于8个时,能够将二极管省略。在键盘显示显示电路中所加4.7K电阻和二极管全部是为了预防由键盘引发短路。假如没有电阻和二极管保护,当同一行或同一列里面有两个按键同时按下时,会造成对应行或是对应列短路,影响显示。而当按键数少于8个时,能够将全部按键集中到一行或是一列中,这么也就避免了想要列之间或是行之间短路,从热能够将保护电
23、阻或是二极管省略。将按键集中到一列,图3-7所表示。图3-6 段驱动电路图3-7按键电路3.2 发射接收模块设计和调试3.2.1 芯片原理及电路设计发射接收芯片采取nRF401:1芯片介绍:其关键特征工作频率为国际通用数据传输频段;FSK调制,抗干扰能力强,尤其适合工业控制场所;在芯片内同时集成了高频发送、接收电路和FSK调制和FSK解调功效,使用一块芯片就能够完成全部数据发送和接收工作;采取PLL频率合成技术,频率稳定性极好;灵敏度高,达成-105dBm;功耗小,接收状态250A,待机状态仅为8A;最大发射功率达+10dBm; 低工作电压(2.7V),可满足低功耗设备要求; 含有多个频道,可
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