【正文】 ，以及適當(dāng)修改程序， 可廣泛應(yīng)用于遙控裝置、工業(yè)控制、無線通信、電信終端、車輛安全、自動測試、家庭自動化、智能建筑、報警和安全系統(tǒng) 等領(lǐng)域。 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 國內(nèi)外無線傳輸?shù)默F(xiàn)狀與發(fā)展 無線傳輸技術(shù) 現(xiàn)狀 及特點 當(dāng)今無線傳輸技術(shù)的優(yōu)勢越來越明顯了，并且逐步取代了傳統(tǒng)的有線傳輸方式?，F(xiàn)有常見的無線傳輸方式大致有如下幾種：無線紅外傳輸、無線射頻傳輸、 GSM/GPRS 無線公網(wǎng)傳輸；這幾種傳輸方式都各自有特色下面介紹一下： 線紅外傳輸 紅外線傳輸是指 利用紅外（ IR）輻射實現(xiàn)的無線數(shù)據(jù)傳輸 方式 。所謂紅外線是指波長超過紅色可見光的電磁輻射 。 紅外線通訊是一種廉價、近距離、無線、低功耗、 錯誤率低，干擾性弱，保密性強(qiáng)的通訊方案，在 PC機(jī)中主要應(yīng)用于無線數(shù)據(jù)傳輸，有時也用于無線網(wǎng)絡(luò)接入和近程遙控 。相對于無線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，藍(lán)牙這兩者以微波為傳輸方式的無線網(wǎng)絡(luò)， 紅外線傳輸比較不易受到電波干擾，這也是紅外線 在手機(jī)、 PDA等應(yīng)用較 、藍(lán)牙、 HOMERF等微波傳輸廣泛原因之一 .。 但 有其自身無法克服的缺 點。 a)方向性強(qiáng)，角度要求嚴(yán)格； b)傳輸距離短，且受天氣影響； c)容易受各種熱源、光源的干擾； d)收發(fā)之間不能有遮擋物。 無線 射頻傳輸 射頻 Radio Frequency,簡稱 RF射頻就是射頻電流。它是一種高頻交流變化電磁波的簡稱。每秒變化小于 1000 的交流電稱為低頻電流，大于 10000 次的稱為高頻電流，而射頻就是這樣一種高頻電流 。 無線射頻技術(shù)是在家庭區(qū)域范圍內(nèi)的任何地方，在電腦和用戶電子設(shè)備之間實現(xiàn)無線數(shù)字通信的開放性工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。作為無線技術(shù)方案，它省卻了鋪設(shè)傳輸連接線的麻煩， 而且升級和增加新的設(shè)備非常方便?；诖藚f(xié)議的網(wǎng)絡(luò)是對等網(wǎng)，網(wǎng)上的每一個設(shè)備都是相對獨立的，任何一個設(shè)備離開網(wǎng)絡(luò)都不會影響到網(wǎng)絡(luò)上其他設(shè)備的正常工作。它的另外一個特點是低功耗。 RF發(fā)出的無線電波或微波可以穿透某些障礙物，不局限于視線的范圍 。 目前， 射頻采用的 就 是無線 傳輸 技術(shù) ，它 將無線電信號擴(kuò)展到一個很寬的頻帶上，以達(dá)到高速數(shù)據(jù)傳輸和減少相互干擾的目的 ，在 無線通信領(lǐng)域具有廣泛的、不可替代的作用。 無線射頻技術(shù)主要應(yīng)用于射頻識別系統(tǒng)（ RFID）的研究和開發(fā)，與 傳統(tǒng)條形碼、二維條形碼、藍(lán)牙技術(shù)的相比具有自己的特殊優(yōu)勢 。 SMS及 GPRS傳輸技術(shù) SMS/GPRS 是通過 全球移動通訊系統(tǒng) Global System of Mobile munication 就是眾所周知的GSM 網(wǎng)絡(luò) 。 GSM 采用的是數(shù)字調(diào)制技術(shù)， GSM 系統(tǒng)有幾項重要特點：防盜拷能力佳、網(wǎng)絡(luò)容量大、浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 號碼資源豐富、 穩(wěn)定性強(qiáng)不易受干擾、信息靈敏、 信號使用范圍廣 、 設(shè)備 耗電量底等。 GPRS 是 Gerneral Packer Radio Service 的英文縮寫，中文譯為通用無線分組業(yè)務(wù)，具體來講， GPRS是一項高速數(shù)據(jù)處理的科技 ，即以分組的 “ 形式 ” 把數(shù)據(jù)傳送到用戶手上。 GPRS 無線通訊終端可廣泛應(yīng)用于各種需要無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)男袠I(yè)，特別適合點多、面廣的小數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)傳輸。 它 是 一種基于 GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無線 IP連接。 因此， GPRS技術(shù)可以令手機(jī)上網(wǎng)省時、省力、省花費。打個比方， GPRS就好比移動通信設(shè)備的 ADSL，而 GSM就是普通固定電話線。 相對原來 GSM的撥號方式的電路 交換數(shù)據(jù)傳送方式， GPRS是分組交換技術(shù)，具有 “ 實時在線 ” 、 “ 按量計費 ” 、 “ 快捷登錄 ” 、 “ 高速傳輸 ” 、 “ 自如切換 ” 的 特 點。 但在無線 傳輸其也有自身的不足，比如設(shè)備價格高，運(yùn)行需要依賴服務(wù)商的服務(wù)的，另外 GPRS 的傳輸數(shù)據(jù)的費用也相對比較高。 無線射頻技術(shù)的 發(fā)展前景 隨著城市生活節(jié)奏的加快，人們需要越來越多的方便設(shè)施來滿足生活的需要，小區(qū)智能化是今后的發(fā)展趨勢。 無線 智能抄表系統(tǒng)是智能小區(qū)應(yīng)具有的最基本的系統(tǒng)，它的發(fā)展必將影響到小區(qū)智能的發(fā)展 。 智能抄表系統(tǒng) 是 無線射頻技術(shù)應(yīng)用的一個典型例子。如 自來水智能抄表系統(tǒng)：隨著電子技術(shù)、傳感技術(shù)、自動控制技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，水表戶外計量已經(jīng)開發(fā)出不少產(chǎn)品。主要有： IC卡、電力載波、遠(yuǎn)傳抄 表三種戶外計量方式。 在現(xiàn)有的智能抄表中，有通過動力線載波網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的，有通過鋪設(shè)專用線實現(xiàn)的，比較兩種智能抄表系統(tǒng)，用動力線載波網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)局限性比較大，主要受變壓器限制；通過鋪設(shè)專用線來實現(xiàn)，施工工程比較大，改造費用也比較高。因此，采用公用電話網(wǎng)實現(xiàn)智能抄表系統(tǒng)，避免了上述的不利因素，適用面比較廣泛，安裝方便，不用鋪線，改造費用也比較小，給用戶帶來很多方便。因此，應(yīng)用前景非常廣闊。 射頻技術(shù)的另外一個典型應(yīng)用就是無線射頻識別技術(shù)（ RFID）的研究和開發(fā)。 RFID 技術(shù)利用無線射頻方式在閱讀器和射頻卡之間進(jìn)行非接觸 雙向數(shù)據(jù)傳輸，以達(dá)到目標(biāo)識別和數(shù)據(jù)交換的目的。與傳統(tǒng)的條型碼、磁卡及 IC 卡相比，射頻卡具有非接觸、閱讀速度快、無磨損、不受環(huán)境影響、壽命長、便于使用的特點和具有防沖突功能，能同時處理多張卡片。在國外，射頻識別技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、交通運(yùn)輸控制管理等眾多領(lǐng)域 。 在我國，射頻技術(shù)的應(yīng)用也已經(jīng)開始，一些高速公路的收費站口，使用射頻技術(shù)可以實現(xiàn)不停車收費，我國鐵路系統(tǒng)也使用 RF紀(jì)錄貨車車廂編號的試點已運(yùn)行了一段時間。一些物流公司也正在準(zhǔn)備或已將射頻技術(shù)用于物流管理中，同時，生產(chǎn)企業(yè)，如汽車的焊接、 裝配等生產(chǎn)線上，也開始采用射頻技術(shù)對車體、部件的識別與跟蹤來管理和控制生產(chǎn)流水線。 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 無線射頻技術(shù)還 廣泛應(yīng)用于遙控裝置、工業(yè)控制、無線通信、電信終端、車輛安全、自動測試、家庭自動化、智能建筑、報警和安全系統(tǒng) 等領(lǐng)域。 本文所完成的工作 本文 是基于無線 RF 技術(shù)設(shè)計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 主要 所要完成的工作主要有下面幾點： 1． 查閱 分析了無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用， 比較了國內(nèi)外現(xiàn)有常見的無線傳輸技術(shù)方式的特點， 射頻技術(shù)的應(yīng)用 、發(fā)展動態(tài) 與市場前景。 2． 學(xué)習(xí) 了無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理，交流數(shù)據(jù)采集技術(shù)，并著重介紹了系統(tǒng)的硬件 構(gòu)成 。 3． 學(xué)習(xí) 了無線射頻芯片 nRF401 的特性及應(yīng)用說明，給出了射頻電路的設(shè)計方案，其中涉及射頻天線設(shè)計，低功耗設(shè)計。 4． 給出了制作混合信號 線路板 設(shè)計的注意事項和 線路板 設(shè)計圖。 5． 介紹了系統(tǒng)程序軟件的流程及各個子程序模塊的清單，有顯示， A/D 轉(zhuǎn)換、通訊協(xié)議等。 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 2 無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理與單片機(jī) 控制的 電路設(shè)計 本章主要論述了無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成、設(shè)計方案及系統(tǒng)的原理。論述了各個模塊和器件的功能要求。 無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是具有可遙控、遙測、遠(yuǎn)程無線管理等功能并可廣泛應(yīng)用于工 業(yè)現(xiàn)場、商業(yè)自動化等領(lǐng)域。它是以先進(jìn)的無線 RF 技術(shù)為傳輸基礎(chǔ)以半雙工串行通訊方式通訊并實現(xiàn)了雙向通訊。系統(tǒng)由傳感變送器、信號條理電路、 8 路現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集端、現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)、無線射頻數(shù)據(jù)傳輸電路、數(shù)據(jù) 采 集 接 受 終 端 電 路 、 存 儲 電 路 、 人 機(jī) 交 互 電 路 組 成 。 原 理 圖 如 ：各 類 現(xiàn) 場 信 號調(diào) 理 電 路A D C M C U人 機(jī) 交 互 界 面執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu)R S 2 3 2無 線 射 頻 電路天 線M C U人 機(jī) 交 互 界 面存 儲R S 2 3 2無 線 射 頻 電路R S 2 3 2上 位 機(jī)傳 感 、 變 送 器圖 2 . 1 系 統(tǒng) 原 理 圖 無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是把現(xiàn)場的個種信號 如電壓、電流、溫度、濕度、氣壓等進(jìn)行采集（這里以電壓信號為例），把現(xiàn)場信號通過各種傳感器或者變送器再經(jīng)過信號的調(diào)理 電路經(jīng)過信號的放大整形為0— 5V的電壓信號，再通過 8路信號調(diào)理轉(zhuǎn)換電路把現(xiàn)場的模擬信號變成單片機(jī)可以識別的數(shù)字信號，再經(jīng)過單片機(jī)采集運(yùn)算處理把結(jié)果加以顯示并且以串行通訊的方式控制射頻收發(fā)電路傳輸數(shù)據(jù)給接受的終端。終端是由射頻收發(fā)電路、單片機(jī)處理器、存儲電路、人機(jī)交互電路組成（可以通過 RS232連浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 接上位機(jī)）。射頻接受電路收到有現(xiàn)場傳輸過來的信號并通過串口方式傳輸給單片機(jī) ，在由單片機(jī)負(fù)責(zé)顯示、存儲。 無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一個可以雙向通訊可以實現(xiàn)遙控的裝置。同樣數(shù)據(jù)采集終端通過按鍵給現(xiàn)場的模塊發(fā)送指令命令 現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成各種操作，在此設(shè)計中是以發(fā)光 LED的動作模擬現(xiàn)場的操作的。 單片機(jī)部分的電路設(shè)計 數(shù)據(jù)采集原理 根據(jù)采集信號的不同，可分直流采樣和交流采樣兩種。直流采樣，顧名思義，采樣對象為直流信號。它是把交流電壓、電流信號經(jīng)過各種變送器轉(zhuǎn)化為 0～ 5V 的直流電壓，再由各種裝置和儀表采集。此方法軟件設(shè)計簡單，對采樣值只需作一次比例變換即可得到被測量的數(shù)值。但直流采樣仍有很大的局限性：無法實現(xiàn)實時信號的采集；變送器的精度和穩(wěn)定性對測量精度有很大影響；設(shè)備復(fù)雜，維護(hù)難等。交流采樣是將二次測 得的電壓、電流經(jīng)高精度的 CT、 PT 變成計算機(jī)可測量的交流小信號，然后再送入計算機(jī)進(jìn)行處理。由于這種方法能夠?qū)Ρ粶y量的瞬時值進(jìn)行采樣，因而實時性好，相位失真小。它用軟件代替硬件的功能又使硬件的投資大大減小。隨著微機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，交流采樣必將以其優(yōu)異的性能價格比，逐步取代傳統(tǒng)的直流采樣方法。 若將電壓有效值公式 離散化，以一個周期內(nèi)有限個采樣電壓數(shù)字量來代替一個周期內(nèi)連續(xù)變化的電壓函數(shù)值，則 式中： .Tm 為相鄰兩次采樣的時間間隔； um 為第 m1 個時間間隔的電壓采樣瞬時值； N 為 1 個周期的采樣 點數(shù)。若相鄰兩采樣的時間間隔相等，即 .Tm 為常數(shù) .T，考慮到 N=(T/.T)+1，則有 式（ 1）就是根據(jù)一個周期各采樣瞬時值及每周期采樣點數(shù)計算電壓信號有效值的公式。 如果是求電力參數(shù)的同理可得： 電流 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 功率 式中： im、 um 為同一時刻的電流、電壓采樣值。功率因數(shù)可由下式求得： cosφ =P/UI 單片機(jī)控制的硬件設(shè)計 傳感器輸入多選開關(guān)采樣保持多路開關(guān)A/DMCU頻 率 自 動 跟 蹤R F 圖 單片機(jī)控制系統(tǒng)原理 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 7 J un 2 0 0 6 S he e t o f F i l e : E : \作業(yè) \畢設(shè) \ 1 02 4 2 02 4 羅斌 \無線電參數(shù)采集 .d dbD r a w n B y:P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78R S T / V P D9P 3. 0 / R x D10P 3. 1 / T xD11P 3. 2 / I N T 012P 3. 3 / I N T 113P 3. 4 / T 014P 3. 5 / T 115P 3. 6 / W R16P 3. 7 / R D17X T A L 218X T A L 119GND20P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728P S E N29A L E / P R O G30E A / V p p31P 0. 732P 0. 633P 0. 534P 0. 435P 0. 336P 0. 237P 0. 138P 0. 039V C C408 9C 5 18 9C 5 1I N 026m s b 2