無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計開題報告

1、無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計開題報 告吉林化工學(xué)院信息與控制工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計開題報告基于單片機(jī)的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計Design of the Wireless Data Transmission System Based on ChipMicrocomputer學(xué)生學(xué)號：11510225學(xué)生姓名：高海昌專業(yè)班級：自動1102指導(dǎo)教師：李楠職 稱：講師起止日期：2015.03.222015.04.03吉林化工學(xué)院Jilin Institute of Chemical Technology吉林化工學(xué)院信控學(xué)院畢業(yè)設(shè)計開題報告.課題來源及選題的目的和意義課題的來源：自擬課題溫度、濕度和人類的生產(chǎn)、生活有著

2、密切的關(guān)系，并且隨著人們生活水平的提高， 人們對自己的生存環(huán)境越來越關(guān)注，而空氣中溫濕度的變化與人體的舒適度和情緒都 有直接的影響，所以對溫度、濕度的檢測及控制就非常有必要了。隨著生產(chǎn)的發(fā)展， 一個低成本和具有較高精度的溫度濕度測量儀在許多領(lǐng)域會代替人工操作，環(huán)境溫濕 度的檢測與調(diào)節(jié)儀器的設(shè)計和開發(fā)具有非常大的市場前景和實(shí)用價值。無線數(shù)據(jù)采集特別適用于復(fù)雜地形條件、高腐蝕性、建筑群、爆炸等場合，或者 被采集對象是運(yùn)動、旋轉(zhuǎn)等情況。隨著數(shù)字電路和射頻電路制作工藝、低功耗電路、 高能電池、微電子技術(shù)及集成電路技術(shù)的進(jìn)步，無線通信技術(shù)取得了飛速的發(fā)展，無 線通信的實(shí)現(xiàn)越來越容易，傳輸速度越來越快，可

3、靠性越來越高，并且逐漸達(dá)到可以 和有線網(wǎng)絡(luò)相媲美的水平。無線傳輸越來越多的被應(yīng)用在工業(yè)及民用的數(shù)據(jù)采集上，解決了一些布線復(fù)雜、 甚至無法布線的情況。而無線傳輸介質(zhì)采用的是電磁波，節(jié)省了架設(shè)電纜的所需的占 地和各種花費(fèi)及其給其他建筑的建設(shè)帶來的不便，應(yīng)用起來更加方便。在應(yīng)用單片機(jī) 編解碼接口技術(shù)的無線通信系統(tǒng)中，采用多字節(jié)地址編碼，收發(fā)器的數(shù)量不受限制； 具有電路簡單、功耗小、體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，非常便于使用，設(shè)施都很簡便適合 更換場合反復(fù)利用。.本課題所涉及的內(nèi)容國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述近年來，國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了長足進(jìn)步，濕敏傳感器正從簡單的 濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測的方

4、向迅速發(fā)展，為開發(fā)新一代濕度/溫度測 控系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件，也將濕度測量技術(shù)提高到新的水平。然而濕敏元件是最簡單 的濕度傳感器。濕敏元件主要有電阻式、電容式兩大類。濕敏電阻的特點(diǎn)是在基片上 覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻率 和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測量濕度。濕敏電阻的種類很多，例如金屬 氧化物濕敏電阻、硅濕敏電阻、陶瓷濕敏電阻等。濕敏電阻的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，主要 缺點(diǎn)是線性度和產(chǎn)品的互換性差。濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的 高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酪酸醋酸纖維等。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時，濕敏 電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電

5、容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對濕度成正比。 濕敏電容的主要優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、產(chǎn)品互換性好、響應(yīng)速度快、濕度的滯后量小、便 于制造、容易實(shí)現(xiàn)小型化和集成化，其精度一般比濕敏電阻要低一些。國外生產(chǎn)濕敏 電容的主要廠家有Humirel公司、Philips公司、Siemens公司等。以Humirel公司生吉林化工學(xué)院信控學(xué)院畢業(yè)設(shè)計開題報告產(chǎn)的SH1100型濕敏電容為例，在55%RH時的電容量為180pF （典型值）。當(dāng)相對 濕度從0變化到100%時，電容量的變化范圍是163pF-202pF。溫度系數(shù)為0.04pF/C , 濕度滯后量為.5%,響應(yīng)時間為5so除電阻式、電容式濕敏元件之外，還有電解質(zhì)

6、 離子型濕敏元件、重量型濕敏元件（利用感濕膜重量的變化來改變振蕩頻率）、光強(qiáng) 型濕敏元件、聲表面波濕敏元件等。進(jìn)入二十一世紀(jì)，由于微電子技術(shù)和信號處理技術(shù)的進(jìn)步，無線通信的實(shí)現(xiàn)越來 越方便，無線技術(shù)得到了很大的發(fā)展，深入了工業(yè)控制、民用通信和家居應(yīng)用等各個 行業(yè)，相關(guān)技術(shù)和種類也有了長足的進(jìn)步，并建立起一系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，目前的主要有: 衛(wèi)星技術(shù)、蜂窩技術(shù)和2.4G無線技術(shù)。衛(wèi)星技術(shù)由于成本高昂，目前還不是被廣泛 應(yīng)用的技術(shù)。蜂窩技術(shù)由于被用于普遍使用的無線電話，發(fā)展非常迅猛，它提供語音 和數(shù)據(jù)的雙向通信，目前主要有GSM/GPRS/CDMA等。2.4G由于傳輸速率較快且功 耗很低，采用開放式網(wǎng)絡(luò)

7、協(xié)議，在價格上有絕對優(yōu)勢，所以在日常家居生活中得到了 廣泛的應(yīng)用。無線通信系統(tǒng)總是傾向于采用更高的頻率（更短的波長），以取得更大的信息傳 輸容量。正是在這種原動力推動下，導(dǎo)致了無線電、電視、雷達(dá)和微波通信的產(chǎn)生， 現(xiàn)在也同樣推動了光通信技術(shù)的發(fā)展，光是頻率更高的無線電波，因此光通信是有特 殊意義的無線通信。自然界中的光波性質(zhì)比較復(fù)雜，很難滿足通信要求.但是激光技 術(shù)的出現(xiàn)，使人們采用相干光源進(jìn)行通信成為可能。現(xiàn)代光纖的發(fā)明，將光通信推向 了新的高度。光纖通信以其極高的通信碼率得到了廣泛的應(yīng)用，但與微波通信相比， 光纖通信是有線通信，缺乏一定的靈活性。無線激光通信以激光束作為信息載體，不 使用光

8、纖等有線信道的傳輸介質(zhì)，直接在太空、大氣或水下傳輸，融合了微波通信和 光纖通信的優(yōu)點(diǎn)，早期的應(yīng)用研究主要是在軍用和航天上，隨著各個單元技術(shù)的不斷 發(fā)展，近年來也已逐漸應(yīng)用于商用的地面通信，并且各個單元技術(shù)仍在逐步完善和繼 續(xù)發(fā)展。無線激光通信正越來越受到各方面的重視。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前在國際上備受關(guān)注的、涉及多學(xué)科高度交叉、知識高度集 成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。傳感器技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和無線通信等技術(shù)的進(jìn) 步，推動了現(xiàn)代無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展了人們信息獲取 能力，將客觀世界的物理信息同傳輸網(wǎng)絡(luò)連接在一起，在下一代網(wǎng)絡(luò)中將為人們提供 最直接、最有效、最真實(shí)的信息。無

9、線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠獲取客觀物理信息，具有十分 廣闊的應(yīng)用前景，能應(yīng)用于軍事國防、工農(nóng)業(yè)控制、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境檢測、 搶險救災(zāi)、危險區(qū)域遠(yuǎn)程控制等領(lǐng)域。已經(jīng)引起了許多國家學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重 視，被認(rèn)為是對21世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。吉林化工學(xué)院信控學(xué)院畢業(yè)設(shè)計開題報告2002年，美國Intel公司發(fā)布了 “基于微型傳感器網(wǎng)絡(luò)的新型計算發(fā)展規(guī)劃”。 今后，Intel將致力于微型傳感器網(wǎng)絡(luò)在預(yù)防醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、森林滅火乃至海底板塊 調(diào)查、行星探查等領(lǐng)域的應(yīng)用。英國、日本、意大利等國家的一些大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)也 紛紛開展了該領(lǐng)域的研究工作。學(xué)術(shù)界的研究主要集中在傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信協(xié)議 的

10、研究上，也開展了一些感知數(shù)據(jù)查詢處理技術(shù)的研究，取得了一些初步研究結(jié)果。國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)如中科院、清華大學(xué)、國防科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)以及浙江大 學(xué)等學(xué)術(shù)團(tuán)體對傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了跟蹤研究。中國計算機(jī)學(xué)會青年計算機(jī)科技論壇于 2004年在北京召開了中國第一次關(guān)于 Wireless Sensor Network的專題報告會。討論了 WirelessSensor Network技術(shù)及其在中國的發(fā)展問題。毋庸置疑，跟蹤國外傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，并做出開創(chuàng)性的研究工作，對我們 國家國防現(xiàn)代化的發(fā)展也具有重要的意義。.本課題有待解決的主要關(guān)鍵技術(shù)問題(1)實(shí)現(xiàn)溫濕度自動檢測；(2)實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸。.課題研究

11、的內(nèi)容和實(shí)施方案(主要包括研究內(nèi)容、擬采用的研究方法、 技術(shù)路線、預(yù)期成果、所采取方案的可行性分析等)設(shè)計一個基于單片機(jī)的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，完成溫、濕度的自動檢測、記錄、顯 示等功能。通過鍵盤可以設(shè)定上限報警值，當(dāng)采集到的溫濕度值超出設(shè)定值時，發(fā)出 聲光報警提示操作人員進(jìn)行必要的處理。目前CPU處理器種類繁多，我選用的是AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存 儲器(FPEROM Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓、 高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash 閃速存儲器，

12、128字節(jié)內(nèi)部RAM , 32個I/O 口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向 量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51 可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止 CPU的工作，但允許RAM ,定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方 式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件 復(fù)位。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密 度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由 于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯

13、片中，ATMEL的AT89C51是一種 高效微控制器，AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的 Zu 0吉林化工學(xué)院信控學(xué)院畢業(yè)設(shè)計開題報告無線模塊我選用的是nRF24L01, nRF24L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件，工 作于2.4GHz2.5GHzISM頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制 器等功能模塊，并融合了增強(qiáng)型ShockBurst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程 序進(jìn)行配置。nRF24L01功耗低，在以-6dBm的功率發(fā)射時，工作電流也只有9mA, 接收時，工作電流只有12.3mA,多種低功率工作模式（掉電模式和空閑模式）使節(jié) 能設(shè)計更

14、方便。濕度傳感器我選用的是DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，它是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信 號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確 保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一 個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、 超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個 DHT11傳感器都在極為精確的 濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在 OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在 檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易 快捷。超小的體積、極低的功耗、抗干擾強(qiáng)，使其成為各類應(yīng)用甚

15、至最為苛刻的應(yīng)用 場合的最佳選則。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：圖1整體結(jié)構(gòu)框圖通過溫濕度傳感器對溫濕度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后將數(shù)據(jù)通過無線發(fā)送芯片發(fā)送出 去。同樣，接收端接收芯片將無線傳輸過來的數(shù)據(jù)接收，在通過液晶將接收到的數(shù)據(jù) 顯示出來，從而實(shí)現(xiàn)對溫濕度檢測、無線傳輸、以及顯示。預(yù)期成果：本系統(tǒng)的設(shè)計可以滿足對現(xiàn)場溫濕度的檢測、顯示、報警，同時，將采集到的數(shù)吉林化工學(xué)院信控學(xué)院畢業(yè)設(shè)計開題報告據(jù)進(jìn)行無線傳輸.完成本課題的工作計劃及進(jìn)度安排(包括文獻(xiàn)查閱、外文翻譯、開題報 告、方案設(shè)計與實(shí)現(xiàn)、計算與實(shí)驗(yàn)、論文撰寫等)設(shè)計總共16周。具體安排如下：2015 03. 092015 03.20:調(diào)研、收

16、集資料(書籍和案例)、外文翻譯；2015 03. 222015 04. 03:撰寫開題報告；2015 04. 052015 04. 12:關(guān)鍵器件選取，熟悉關(guān)鍵器件性能；2015 04. 142015 05. 05:采用PROTEL軟件進(jìn)行硬件原理圖設(shè)計，繪制軟件流程圖，完成畢業(yè)設(shè)計說明書第1章緒論部分；2015 05. 072015 06. 15:完成畢業(yè)設(shè)計說明書其余部分，撰寫小論文；2015 06. 172015 06. 26:完善畢業(yè)設(shè)計相關(guān)資料、裝訂與提交，準(zhǔn)備答辯。.參考文獻(xiàn)(開題報告中參考文獻(xiàn)數(shù)量一般應(yīng)在 812篇左右，建議其中，外文不少于3篇，學(xué)術(shù)期刊類文獻(xiàn)不少于5篇)1王小強(qiáng)

17、，歐陽駿,黃寧淋.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與實(shí)現(xiàn)M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2 012.2陳貴銀，祝福.單片機(jī)原理及接口技術(shù)M.北京：電子工業(yè)出版社,2011.3卓立,沈蘭蘇.一種短距離的無線連接技術(shù)J.電子技術(shù)應(yīng)用，2001,15(3):7-9.Yang Jie.The Research and Application of the Embedded Wireless Sensor NetworksJ.Micro-ComputeEnformation,2009,67(8):32-38.Xiong N,Svensson P.Multi-sensor management for information fusion issues of approachesJ.Information Fusion,2002,7(3):163-186.Akyildiz I.F.and Su W.and Sankarasubramaniam Y,etc.Wireless sensor net works: a surveyJ.Computer Networks,2002,38(4):393-422.7趙娜，趙剛，于珍珠等.基于51單片機(jī)的溫度測量系統(tǒng)J.微計算機(jī)信息，2007,48 (2):146-148.8