【正文】 業(yè)生的實踐動手能力和專業(yè)業(yè)務運用能力 ，對于整個項目的管理和開發(fā)流程進行 了 一定 的 訓練，并且結合實際運用的場所及運用的投入成本開發(fā)周期等，進行了基本的 考察 ，另外也鍛煉了上位機設計及應用軟件編寫。為 工程運用打下了理論的基礎，為進一步在無線局域網(wǎng)的組建奠定可行性論證。 方案可行性分析 對于串口通訊的研究已經相當成熟 ， 并且有相應的上位機控制端編寫軟件對 其 進行支持，因此對于 與單片機 串口通訊功能的實現(xiàn)較為容易。 方案中所涉及到的無線通訊 部分 的設計 ，采用已經成熟的無限模塊產品，確保了通訊的可行性 ，便于編寫單片機控制程序和二次開發(fā)使用 ，將兩者結合更能體現(xiàn)出串口通訊的實用性和可開發(fā)性，及無線通訊在通訊信道上的靈活性 。而本設計所采用的 Delphi 編譯環(huán)境更是為在 Windows 下的應用軟件編寫提供了更靈活廣闊的前景 ，因此，本設計無論是在理論還是在實際的運用中都是有廣闊的再發(fā)展空間的，為二次開發(fā)奠定了理論基礎和基礎模型。 通過實踐的檢驗，本設計是完全能夠完成設計目的和設計要求的。 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 3 2 系統(tǒng) 概述 本設計所涉及的系統(tǒng)由 上位機設計、單片機控制的串口更能模塊、無線通訊模塊和演示電路模塊組成 ， 其中上位機設計為應用軟件編寫部分 ， 屬于軟件設計范疇；單片機控制的串口功能模塊是串口通訊部分，另外也控制著無線模塊的數(shù)據(jù)的收發(fā)及下位機功能部件，屬于硬件設計及驅動編寫部分；無線通訊模塊為無線通訊模塊，屬于硬件電路設計；演示電路為功 能電路，可根據(jù)下位機具體的功能而進一步更新，同時單片機也可以根據(jù)需要進行替換。 本章將詳細介紹各個功能部件的設計原理及應用的場合和環(huán)境。 串口通訊原理 串行端口的本質功能是作為 CPU和串行設備間的編碼轉換器。當數(shù)據(jù)從 CPU經過串行端口發(fā)送出去時，字節(jié)數(shù)據(jù)轉換為串行的位。在接收數(shù)據(jù)時，串行的位被轉換為字節(jié)數(shù)據(jù)。 同時要求設備之間的波特率數(shù)據(jù)位設置要相應，以保證通訊的正確性。 在 Windows 環(huán)境 （ Windows NT、 Win9 Windows2021） 下，串口是系統(tǒng)資源的一部分。應用程序要使用串口進行 通信，必須在使用之前向操作系統(tǒng) 提出資源申請要求，通信完成后必須釋放資源 。 較為常用的是使用 Windows 下的API 函數(shù)進行串口程序的編寫，由于 API 函數(shù)的豐富性被大多數(shù)的程序員所青睞。另外一種方法是采用某些開發(fā)環(huán)境的功能組建進行編寫，能夠大大的縮短開發(fā)應用程序的周期。 串口信號線的接法 一個完整的 RS232 接口有 9 根線，采用標準的 9 芯插頭座 。以下的介紹是以 9芯的 RS232 為例。 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 4 ① 主要信號線定義： 表 21 DB9各引腳定義及功能 [14] 引腳 名稱 功能 1 CD 數(shù)據(jù)載波檢測 DCD 2 RXD 接收數(shù)據(jù) RXD 3 TXD 發(fā)送數(shù)據(jù) TXD 4 DTR 數(shù)據(jù)終端就緒 5 GND 信號地 6 DSR 數(shù)據(jù)設備就緒 7 RTS 請求發(fā)送 8 GTS 清除發(fā)送 9 RI 振鈴指示 ② 電氣特性： 數(shù)據(jù)傳輸速率最大可到 20K bps， 最大距離僅 15m。 ③ 接口的典型應用： 在工業(yè)控制中串口一般采用三線制，即 RXD、 TXD、 GND 三根線，當下位機連接上這三根線即可以完成通訊， RS232 采用查分方式進行數(shù)據(jù)傳輸，其優(yōu)點是抗干擾能力強，傳輸誤差小。本設計采用此種接法，如有需要可以完全使用 9線制的方式進行連接。 數(shù)字信號 調制 解調方式介紹 我國的調幅廣播頻率規(guī)定為中波從 5351605Mz，短波為 230MHz，頻道間隔為 9KHz。即每個電臺的頻帶寬度限制在 9KHz 內，也就是音頻信號的高音頻率限制在 以下。 調頻廣播是調頻波的載波隨著音頻調制信號的變化而在載波中心頻率（未調制以前的中心頻率）兩邊變化，每秒鐘的頻偏變化次數(shù)和音頻信號的調制頻率一致，如音頻信號的頻率為 1KHZ，則載波的頻偏變化次數(shù)也為每秒 1K 次。頻偏的大小是隨音頻信號的振幅大小而定。 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 5 在調頻發(fā)射機中允許 將最大頻偏限制在 75KHZ。我國的調頻頻率規(guī)定范圍為 88108MHZ，本設計采用 433MHz 頻率進行無線電信號的傳輸。 在數(shù)字通信的三種調制方式（ ASK、 FSK、 PSK)中，就頻帶利用率和抗噪聲性能（或功率利用率）兩個方面來看，一般而言，都是 PSK 系統(tǒng)最佳。所以 PSK在中、高速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應用。 在本設計中無線通訊采用 FSK 調制方式，將數(shù)據(jù)調制傳輸，下文將詳細介紹各種調制方法。 ASK幅移鍵控法 載波幅度是隨著調制信號而變化的。其最簡單的形式是，載波在二進制調制信號控制下通斷， 這 種方式還可稱作通 斷鍵控或開關鍵控 (OOK)。 調制方法：用相乘器實現(xiàn)調制器。 調制類型： 2ASK,MASK。 解調方法：相干法，非相干法。 MASK，又稱多進制數(shù)字調制法。在二進制數(shù)字調制中每個符號只能表示 0和 1(+1 或 1)。但在許多實際的數(shù)字傳輸系統(tǒng)中卻往往采用多進制的數(shù)字調制方式。與二進制數(shù)字調制系統(tǒng)相比，多進制數(shù)字調制系統(tǒng)具有如下兩個特點： 第一 ， 在相同的信道碼源調制中，每個符號可以攜帶 log2M 比特信息，因此，當信道頻帶受限時可以使信息傳輸率增加，提高了頻帶利用率。但由此付出的代價是增加信號 功率和實現(xiàn)上的復雜性。 第二，在相同的信息速率下，由于多進制方式的信道傳輸速率可以比二進制的 低 ，因而多進制信號碼源的持續(xù)時間要比二進制的寬。加寬碼元寬度，就會增加信號碼元的能量，也能減小由于信道特性引起的碼間干擾的影響等。 二進制 2ASK 與四進制 MASK 調制性能的比較： 在相同的輸出功率和信道噪聲條件下， MASK 的解調性能隨信噪比惡化的速度比 OOK 要迅速得多。這說明 MASK 應用對 SNR 的要求比普通 OOK 要高。在相同河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 6 的信道傳輸速率下 M電平調制與二電平調制具有相同的信號帶寬。即在符號速率相同的情況下，二者具有 相同的功率譜。 雖然，多電平 MASK 調制方式是一種高效率的傳輸方式，但由于它的抗噪聲能力較差，尤其是抗衰落的能力不強，因而它一般只適宜在恒參信道下采用。 PSK相移鍵控 法 根據(jù)數(shù)字基帶信號的兩個電平使載波相位在兩個不同的數(shù)值之間切換的一種相位調制方法。 產生 PSK 信號的兩種方法： ①調相法：將基帶數(shù)字信號（雙極性）與載波信號直接相乘的方法。 ② 選擇法：用數(shù)字基帶信號去對相位相差 180 度的兩個載波進行選擇。 兩個載波相位通常相差 180 度，此時稱為反向鍵控（ PSK）。 S PSK =AS DIG (T)COS(W 0 T+O 0 ) 式中： S DIG (T)=1 或 1 解調方法：只能采用相干解調。 類型： 二進制相移鍵控（ 2PSK)， 多進制相移鍵控（ MPSK)。 FSK頻移鍵控 法 FSK 是信息傳輸中使用得較早的一種調制方式 ， 它的主要優(yōu)點是 ： 實現(xiàn)起來較容易 ， 抗噪聲與抗衰減的性能較好。在中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應用。所謂 FSK 就是用數(shù)字信號去調制載波的頻率。 調制方法： 2FSK 可看作是兩個不同載波頻率的 ASK 以調信號之和。 解調方法：相干法和非相干法。 類型： 二進制移 頻鍵控 (2FSK)， 多進制移頻鍵控 (MFSK)。 在上述三種基本的調制方法之外，隨著大容量和遠距離數(shù)字通信技術的發(fā)展，出現(xiàn)了一些新的問題，主要是信道的帶寬限制和非線性對傳輸信號的影響。在這種情況下，傳統(tǒng)的數(shù)字調制方式已不能滿足應用的需求，需要采用新的數(shù)字調制方式以減小信道對所傳信號的影響，以便在有限的帶寬資源條件下獲得河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 7 更高的傳輸速率。這些技術的研究，主要是圍繞充分節(jié)省頻譜和高效率的利用頻帶展開的。多進制調制，是提高頻譜利用率的有效方法 ， 恒包絡技術能適應信道的非線性，并且保持較小的頻譜占用率。 從傳統(tǒng)數(shù)字調 制技術擴展的技術有 最小移頻鍵控（ MSK）、高斯濾波最小移頻鍵控（ GMSK）、正交幅度調制（ QAM）、正交頻分復用調制（ OFDM） 等等。 QAM正交幅度調制法 在二進制 ASK 系統(tǒng)中，其頻帶利用率是 1bit／ s Hz，若利用正交載波調制技術傳輸 ASK 信號，可使頻帶利用率提高一倍。如果再把多進制與其它技術結合起來，還可進一步提高頻帶利用率。能夠完成這種任務的技術稱為正交幅度調制（ QAM）。它是利用正交載波對兩路信號分別進行雙邊帶抑制載波調幅形成的。通常有二進制 QAM，四進制 QAM（ 16QAM），八進 制 QAM（ 64QAM）等。 MSK最小移頻鍵控 法 當信道中存在非線性的問題和帶寬限制時 ， 幅度變化的數(shù)字信號通過信道會使己濾除的帶外頻率分量恢復，發(fā)生頻譜擴展現(xiàn)象，同時還要滿足頻率資源限制的要求。因此，對己調信號有兩點要求，一是要求包絡恒定；二是具有最小功率譜占用率。因此，現(xiàn)代數(shù)字調制技術的發(fā)展方向是最小功率譜占有率的恒包絡數(shù)字調制技術。現(xiàn)代數(shù)字調制技術的關鍵在于相位變化的連續(xù)性，從而減少頻率占用。近年來新發(fā)展起來的技術主要分兩大類：一是 連續(xù)相位調制 技術（ CPFSK），在碼元轉換期間無相位突變，如 MSK， GMSK 等；二是 相關相移鍵控 技術（ CORPSK），利用部分響應技術，對傳輸數(shù)據(jù)先進行相位編碼，再進行調相（或調頻）。 MSK（最小頻移鍵控）是移頻鍵控 FSK 的一種改進形式。在 FSK 方式中，每一碼元的頻率不變或者跳變一個固定值，而兩個相鄰的頻率跳變碼元信號，其相位通常是不連續(xù)的。所謂 MSK 方式，就是 FSK信號的相位始終保持連續(xù)變化的一種特殊方式。可以看成是調制指數(shù)為 的一種 CPFSK 信號。 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 8 實現(xiàn) MSK 調制的過程為：先將輸入的基帶信號進行差分編碼，然后將其分成I、 Q兩路，并互相交錯一個碼元寬度，再 用加權函數(shù) cos（π t/2Tb）和 sin（πt/2Tb）分別對 I、 Q 兩路數(shù)據(jù)加權，最后將兩路數(shù)據(jù)分別用正交載波調制。 MSK使用相干載波最佳接收機解調。 GMSK 高斯濾波最小移頻鍵控法 是使用高斯濾波器的連續(xù)相位移頻鍵控，它具有比等效的未經濾波的連續(xù)相位移頻鍵控信號更窄的頻譜。 在 GSM 系統(tǒng)中 ， 為了滿足移動通信對鄰信道干擾的嚴格要求，采用高斯濾波最小移頻鍵調制方式（ GMSK），該調制方式的調制速率為 270833Kbit/sec，每個時分多址 TDMA 幀占用一個時隙來發(fā)送脈沖簇，其脈沖簇的速率為 33． 86Kbs。它使調制后的頻譜主瓣窄、旁瓣衰落快，從而滿足 GSM 系統(tǒng)要求，節(jié)省頻率資源。 系統(tǒng) 框圖 圖 21 系統(tǒng)整體框圖 PC控制端 單片機 232 接口控制模塊 無線模塊電路收發(fā)無線電波 單片機 被控部件硬件電路 無線模塊電路收發(fā)無線電波 無線電波 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 9 上位機設計原理 編譯環(huán)境 本設計采用 Delphi 編程環(huán)境進行上位機的控制端的編寫，方便快捷的開發(fā)過程是該環(huán)境的突出優(yōu)點， Delphi 是 Borland 公司推出的基于 Windows 環(huán)境的快速程序開發(fā)工具。 Delphi 的命名來源于古希臘城市，這個城市因為擁有阿波羅神殿而著名。 Delphi 是一款 功能 強大的集成 開發(fā)環(huán)境 ， 和以往 Delphi 的每一個新版本一樣， 本設計所采用的 Delphi 7繼續(xù)改善了開發(fā)環(huán)境，幫助程序員提高效率。 Delphi 7 在集成開發(fā)環(huán)境中加入了很多讓程序員愛不釋手的新功能，下面是對它們的一個簡單介紹。 1） Code Complete（代碼完成） Code Complete 功能在 Delphi 5 中就已經加入了，這項功能非常受程序員的歡迎，因為 Code Complete 可以大幅度地減少程序員需要鍵入的程序代碼，并且減少鍵入錯誤。 Delphi 7 的 Code Complete 功能在原有的基礎上繼 續(xù)改善，新的 Code Complete 窗口不但可以由程序員自行調整大小，而且可以使用不同的顏色代表不同的對象，例如變量、方法和特性等。 Delphi 7 的 Code Complete 窗口加入了色彩分析，以及對對象分門別類的能力。此外，新的 Code Complete窗口也會更聰明地過濾對象能夠使用的 PME，避免了以往 Delphi 5 的 Code Complete 窗口無法顯示一些 PME 的困窘。另外，程序員在新的 Code Complete窗口中選擇使用某個方法之后， Code Complete 會自動地在方法名稱之后加上“ （）； ” 字符，把光標停在圓括號之中，并且自動顯示這個方法需要的所有參數(shù)， Delphi 的確比以前更聰明更方便了。 2） Object Tree View（對象樹視圖） 另外一個新功能就是 Delphi 7 的 Obje