2022年数据采集及无线传输开题报告 .pdf

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1、电气与信息学院毕业设计（论文）开题报告题目名称：智能数据采集及无线传输系统设计报 告 人：史发军专业班级：电子 0541 指导教师：吴旭云名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - 智能数据采集及无线传输系统设计开题报告一、课题的目的和意义1. 研究目的本次设计主要完成的是温度信号的采集及无线传输。该温度信号首先通过A/D 转换电路将其模拟量转换为数字量，选用ADC0809 串行输出。转换后的数字信号送到AT89C2051单

2、片机进行信号处理， 并传送给发射芯片PTR2000进行无线传输，该芯片传输带宽 433MHZ ，具有灵敏度高、稳定、抗干扰能力高，可直接与CPU 串口连接的特点。信号的接收部分是由另一块 PTR2000完成。最后，把接收到的信号送给微处理器AT89C2051 单片机进行数据处理，并显示。为了充分实现其智能化特点，本系统通过启动键、停止键和复位键控制信号的采集2. 研究意义一般的数据采集系统是通过传感器将捕捉的现场信号经数模转换器ADC 采样，量化，编码后、成为数字信号，存入数据存储器或送给微处理器，或通过无线方式将数据发送给接收端进行处理，无线数据传输系统就是这样一套利用无线手段将采集的数据由

3、测量触发送到主控的设备。现代工业生产和科学技术研究的各行业中，通常需要各种数据进行采集，目前适用的通过数据采集板卡采集方法存在以下缺点：安装麻烦，易受机箱环境的干扰而导致采集数据的失真，易受计算机插槽数量和地址，中断资源的限制，可扩展性差，这就为我们的设计提出了两个方面的要求： 一方面，要求接口简单灵活且有较高的数据传输率；另一方面，由于数据量通常都较大， 要求主机能够对实时数据作出快速响应，并即使进行分析和处理。这些基本要求为：方案成本低、体积小、低功耗、符合电池供电要求、集成度高、无需微调外部元件、外围元件极少、加工更容易、数据传输率高、传输时间更短、接口简单、可以与廉价的单片机接口。二、

4、文献综述技术日益向高速化、智能化、信息化、网络化发展，各种各样的制造业和通信业设备除了可以与计算机联机外，还可以互相联机，而实现设备间相互联机的最具发展潜力的方式就是无线通信。与有线通信方式相比，无线通信具有一系列优点，特别适用于手持现场名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - 设备、电池供电设备、遥控遥测设备、工业数据采集系统、无线数字语音和数字图像传输等。在工业、科学研究以及医疗设备中，目前出现了大量需要进行通信的设备

5、，这些设备通信距离较近、数据量较小、不适合布线。比如自动抄表系统、酒店点菜系统以及现场数据采集系统等，其中有很多设备是可移动的，而且要求荷重小便于携带。实现上述不同的功能要求，有不同的方案选择，从而使通讯设备具有体积小、功耗低、成本低、使用方便等特点。双向无线发射、接收机应满足便携式电池供电设备的一些基本要求，才能适用于无线 RF 应用。单片机处理需要发送的数据，利用串口将数据传输到无线数据传输模块的发送端，串行信号经调制发送到与地面计算机，经行数据处理和数据记录。为实现单片机和微机之间的无线数据传输，首先需要选择合适的无线收发的器件或者是模块，其次需要了解该器件或者是模块如何与单片机以及微机

6、链接的，以及在设计过程中遇到的问题以及如何调试，如乱码的解决、PTR2000模块的简单测试过程、 PTR2000 对电源的要求。三、研究（设计）内容和拟解决的关键问题1. 研究内容（1）温度信号的采集主要有热敏电阻完成。（2）完成对温度信号的智能采集、信号处理、无线传输和接收及显示。（3）完成无线发射、接收部分电路设计和无线通信协议原理设计。2. 技术方案由于 PTR2000无线数传模块可以利用串口经行数据传输，所以可以利用其作为单片机和微机之间数据传输的装置，方案如下图1 所示。图 1 系统总体框图对于上图的技术方案， 基于 PTR2000 模块的单片机无线收发系统应当具备以下的三种工作模式

7、。发送在发送数据之前应将模块先置于发射模式，即TXEN=1。然后再等待至少5ms 后（接收到发射的转换时间）才可以发送任意长度的数据。发送结束后应将模块置于接收状态，即 TXEN=0 。接收接收时应将 PTR2000 置于接收状态，即TXEN=0。然后将接收到的数据直温度传感器无线接收模块单片机A/D 转换器单片机无线发射模块显示模块名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - 接送到单片机经电平转换后送到计算机。待机当 PW

8、R=0 时，PTR2000 进入节电待机模式， 在这个模式下不能接收合发射数据。3. 拟解决的关键问题所要解决的问题有两个方面：数据收发中的数据的可靠性，PTR2000和微机以及单片机的电路连接和信号控制。计算机与单片机之间的通信数据常会发生无法预测的错误。为了防止错误所带来的影响，一般在通信时采取数据校验的方法。循环冗余码校验的英文为（Cyclical Redundancy Cheek, 简写为 CRC 它是利用除法及余数的原理来作错误检测的）。四、研究（设计）方案与进度计划安排1.研究（设计）方案从本次的设计可以看出， 本系统主要分为四部分进行设计：模拟信号转换为数字信号、单片机部分、信号

9、收发装置部分以及液晶显示部分。（1）. 单片机芯片的选择AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能CMOS 8 位的单片机片内含 4k bytes的可反复擦鞋的只读程序存储器（PEROM ）和 128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM ），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非异失存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用 8 为中央处理器（ CPU ）和 FLASH存储单元，功能强大AT89C51单片机可以提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。AT89C2051 微控制器采用美国Atmel 公司的 AT89C2051 芯片。它的指令系统与

10、MCS-51产品兼容，具有 2K字节可重编程闪速存储器，128 8 位内部 RAM ，两个 16 位定时器 / 计数器，六个中断源，编程串行UART 通道， 15 根可 编程 I/O 引线，在无线通信子系统中。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 8 页 - - - - - - - - - 表 1 两种单片机芯片的比较AT89C51 AT89C2051 4KB可编程 Flash 存储器（可擦写1000次）2KB可编程 Flash 存储器（可擦写1000次）三级程

11、序存储器保密两级程序存储器保密静态工作频率 :0Hz-24MHz 静态工作频率 :0Hz-24MHz 128字节内部 RAM 128字节内部 RAM 2 个 16 位定时/ 计数器2 个 16 位定时 / 计数器一个串行通讯口一个串行通讯口6 个中断源6 个中断源32条 I/O 引线15条 I/O 引线片内时种振荡器1 个片内模拟比较器综合评价：以上可以看出它们是大体相同的，但AT89C2051 在执行速度、完全兼容指令系统、降低系统功耗等方面更胜一筹而且AT89C2051是一种高性能 / 价格比单片机 , 仅有P1 口和 P3 口, 体积小 , 特别适合小型数字测量或遥测系统。所以在设计中选

12、用它相对于其他的芯片有一定的方便性，所以选用AT89C2051 。（2）. 信号收发芯片的选择方案一： CC1000无线收发芯片 CC1000 是 Chipcon 公司推出的单片可编程RF收发芯片，它基于 Chipcons Smart RF 技术，可工作在 ISM频段(300MHz 1000 MHz)。CCl000集成了射频发射、射频接收、PLL 合成、 FSK调制解调、可编程控制等多种功能。CCl000采用锁相环技术， 发射频率是通过内部的频率合成器来配置的，可配置的范围为 300MHz 1000 MHz ，适合应用跳频协议，一般可配出10 个或 20个频点，该芯片灵敏度为-109 dBm

13、，并可自动校准，可编程输出功率为-20 dBm+10 dBm ，通信速率可达78.6 Kbps 。CCl000的主要工作参数可由一个串行接口编程设定，使用非常方便并且具有灵活性。CCl000芯片的外围元件较少，且对精度要求不高，并提供三种编码方式与微控制器接口。所以CCl000与一个微控制器和少数几个外接元件便可组成一个完整的RF收发系统。但是它有个缺点，就是不能直接接单片机串口使用，数据需要进行曼彻斯特编码，效率较低。方案二： nRF903无线收发芯片 nRF903是 Nordic 公司为 433868915 MHz ISM名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - -

14、 - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - - 频段设计的单片UHF多段无线收发芯片，它采用优化的GFSK调制解调技术，抗干扰能力强，采用 DDS+PLL 频率合成技术，频率稳定性好，灵敏度高达-l04 dBm ，发射功率可以调整，最大发射功率是 +l0 dBrn ，可在 155.6 kHz 的有效带宽下传输最高76.8 bps 的数据。nRF903的工作电压范围可以从2.7V3.3V，接收待机状电流消耗为600 laA，低功耗模式电流消耗仅为 1 uA，可满足低功耗设备的要求。nRF903具有

15、多个频道 ( 最多 170 个以上 ) ，特别满足需要多信道工作的特殊场合，适合采用跳频协议。 nRF903的天线接口设计为差分天线，以便于使用低成本的PCB天线，所有的参数包括工作频率和发射功率都可以通过一个 14 位的配置寄存器用串行线 (CS、CFG CLK和 CFG DATA) 进行设置。 nRF903内部结构可分为发射电路、接收电路、模式和低功耗控制逻辑电路及串行接口几个部分。发射电路含有：射频功率放大器、锁相环(PLL) 、压控振荡器 (VCO)、频率合成器等电路。基准振荡器采用外接晶体振荡器产生电路所需的基准频率。振荡电路采用锁相环(PLL) 方式，由在DDS基础上的频率合成器、

16、外接的无源回路滤波器和压控振荡器组成。压控振荡器由片内的振荡电路和外接的LC谐振回路组成。要发射的数据通过DATA端输入。 接收电路包含有：低噪声放大器、混频器、中频放大器、GFSK 解调器、滤波器等电路。低噪声放大器放大输入的射频信号。方案三： nRF401无线收发芯片 nRF401 是 Nordic 公司研制的单片 UHF无线收发芯片，工作在 433 MHz ISM(Industrial，Scientific and Medical)频段。它采用FSK调制解调技术，抗干扰能力强，并采用 PLL频率合成技术，频率稳定性好，发射功率最大可达10 dBm ，接收灵敏度最大为 -105 dBm ，

17、 数据传输速率可达20 Kbps， 工作电压在 +3V5 V之间。 nRF401无线收发芯片所需外围元件较少，并可直接接单片机串口。 nRF401芯片内包含有发射功率放大器 (PA)、 低噪声接收放大器 (LNA)、 晶体振荡器 (OSC)、 锁相环 (PLL) 、 压控振荡器 (VCO)、混频器 (MIXFR)、解调器(DEM) 等电路。在接收模式中， nRF401被配置成传统的外差式接收机，所接收的射频调制的数字信号被低噪声效大器放大，经混频器变换成中频，放大、滤波后进入解调器，解调后变换成数字信号输出(DOUT) 端。在发射模式中，数字信号经DIN端输入，经锁相环和压控振荡器处理后进行k

18、fq 发射功率放大器射频输出。由于采用了晶体振荡和 PLL合成技木， 频率稳定性极好； 采用 FSK调制和解调， 抗干扰能力强。 PTR2000是一款基于 nRF401芯片的无线数据收发模块，最高通信速率为20Kb/s，工作距离为10m内。采用抗干扰能力较强的FSK调制/ 解调方式，其工作频率稳定可靠，功耗极低且灵敏度极高，非常适合小型化的设计且其频率433.92MHz与 434.33MHz可选，很好地满足了比赛的要求。PTR2000 模块以 nRF401芯片作为控制核心， 它的显著特别是所需要外围元件少，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - -

19、 - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - 设计非常的方便。综合比较以上几种方案，考虑到系统的便携性、效率以及成本问题。方案一中虽然可以符合设计的要求，且外围元件少，但不能直接接单片机串口使用，数据需要进行曼彻斯特编码，这样大大地降低了使用的效率；方案二中是一个很理想的芯片，但考虑到工作电压要与单片机工作电压可相匹配，故不选择该方案。在方案三中更加适合本设计的要求，因此采用方案三来实现这个系统。（3）. 显示模块方案一：采用点阵型（ 128 64 ）液晶 lCM103 （LCD ） 。虽然占用 I/O 口多，控

20、制复杂，但功能强大，可以显示汉字及简单图形，可设计出清晰的菜单，提供全面的信息，功耗低，界面友好，控制灵活，使系统智能化、人性化。方案二：采用 8 位 LED配以 LG5011AH 显示。控制简单，调试方便, 且串行显示占用I/O 口少；本系统只需要显示ASCII 码，且成本比较低廉故采用此方案。2. 进度计划安排阶段起始日期终止日期进度技术指标第一阶段2009.04.10 2009.05.5 收集中英文资料，撰写开题报告全 面 丰富 课 题 内容第二阶段2009.05.6 2009.05.23 画出整个主电路图符合精度要求第三阶段2009.05.24 2009.06.9 完成硬件电路设计和软

21、件编程设计合理机构化、模块化第四阶段2009.06.10 2009.06.16 进行软件调试与仿真，撰写毕业论文实现制动控制第五阶段2009.06.16 2009.06.29 细化论文，准备答辩详细全面，提交论文五、预期结果和创新成果在做完这一些的设计之后，当我们把一个信号经过模数转换之后传输给单片机，单片机处理需要发送的数据，利用串口将数据传输到无线数据传输模块的发送端，串行信号经调制发送到与地面计算机， 经行数据处理和数据记录。 并把接受到的信号显示在屏幕上面。而且我们可以通过按键可以控制信号的接受、复位、停止。在显示上面可能会出现抖动现象，可以通过延时的方法消抖，判断有键后延时1020m

22、s 再次读键判断，以便达到每次操作只产生一次有效信号供单片机处理。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - 六、成文时间和提交成果形式2009年 6 月完成论文智能数据的采集及无线传输系统设计提交成果：开题报告、设计论文、系统电路原理图、有关设计的英文翻译、毕业设计手册。七、参考文献目录1、赵新民，智能仪器原理及设计. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1989. 2、黄智伟无线数字收发电路设计M 北京：电子工业出版社，200

23、4. 3、康华光，电子技术基础模拟部分（第四版） . 北京：高等教育出版社，1999. 4、靳达，单片机应用系统开发实例导航. 北京: 人民邮电出版社， 2003. 5、阎石，数字电子技术基础（第五版）. 北京：高等教育出版社， 2005. 6、于永 戴佳 常江, 51单片机（ C语言常用模块与综合系统设计）. 北京：电子工业出版社， 2007 .7、李学海 . PIC 单片机原理 M . 北京：北京航空航天出版社，2004 . 8、 诸昌铃 .LED显示屏系统原理及工程技术M. 电子科技大学出版社 ,2000. 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - -