【正文】 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 浙 江 科 技 學(xué) 院 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 系 別 自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 02 電氣工程及其自動(dòng)化 A 姓 名 羅 斌 學(xué) 號(hào) 10242024 指導(dǎo)教師 何 致 遠(yuǎn) 職 稱 副教授 2021 年 6 月 6 日 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新月異，有線網(wǎng)絡(luò)逐漸地被無線網(wǎng)絡(luò)所取代。目前， 無線通信技術(shù) 已經(jīng)成為了先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的代表， 在制造工廠的應(yīng)用也已成為繼現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)之后，國(guó)際控制界又一個(gè)熱點(diǎn)技術(shù)。 它在工業(yè)自動(dòng)化，商業(yè)自動(dòng)化，交通運(yùn)輸控制管理等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，而無線領(lǐng)域的 RF技術(shù)又是當(dāng)今科技發(fā)展的一個(gè)焦點(diǎn)， 并 被列為 21世紀(jì)最有前途 的重要產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用技術(shù)之一 。而無線數(shù)據(jù)傳輸有著 成本低、可靠性高、維護(hù)方便、應(yīng)用靈活等一系列 有線傳輸無法比擬的優(yōu)點(diǎn) 。 鑒于此，我們結(jié)合 RF技術(shù)展開了對(duì)無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)，驗(yàn)證了基于無線 RF技術(shù)的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的可行性與實(shí)用性 。本課題對(duì)其他相類似的無線數(shù)據(jù)傳輸、無線抄表、遠(yuǎn)程監(jiān)控等一系列應(yīng)用具有一定的參考價(jià)值。 關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集 無線傳輸 射頻技術(shù) 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 Abstract Along with the quick change of the development of science and technology , the wired work is substituted for the wireless work garadually。 At present, the technology of wireless munication has already bee the advanced science and technology representative and the application in manufactory has bee another hotspot technology in international control field after the local bus unit and industrial Ether。 It has been used Widely in the industrial automation, the mercial automation and transportation control management and so on. The RF technology is the focal point in the wireless domain, and has been listed one of the most promising important industries and application technologies in the 21st wired data transfer has the series of merits of low cost、 high dependability、 convenient maintenance、 flexible application which the wireless transfer can39。t the view of this, we have outspreaded the design and exploitation which integrat the RF technology into wireless data gathering system,validate the feasibility and the practicability of the wireless data gathering system based wireless RF project also has some referenced value to the other series of semblable application in wireless data transfer, wireless data copying,longdistance monitor and otherwise. Keywords： data collecting wireless data transfer Radio frequency 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 目 錄 摘要 …………………………………………………………………………………… ..……… .. .. I 1 緒論 ………………………………………………………………………………… .……… .. .. 1 本課題的背景與意義 …………………… ……………………………… .…… .…… ..… . 1 國(guó)內(nèi)外無線傳輸現(xiàn)狀與發(fā)展 ……………………………… ………………… .……… ... . 2 無線 傳輸技術(shù) 現(xiàn)狀 及特點(diǎn) ………………………………………………… .……… 2 無線射頻技術(shù)的 發(fā)展前景 ………………………………………………… .…… . ... 3 本文所完成的工作 ……………………………………………………………… .…… .. .. 4 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(jì) ……………………… .… ..5 無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理 …… ……… …… … . … …… . … …… ……… ……… .5 單片機(jī)部分的電路設(shè)計(jì) ……………………………………………………………… … .6 數(shù)據(jù)采集原理 ……………………………………………………………………… .6 單片機(jī)控制的硬件設(shè)計(jì) …………………………………………………………… .7 AT89S51單片機(jī) ………………………………………………………………………… . 11 CPU特性 …………………………………………………………………………… .11 存儲(chǔ)器 ……………………………………………………………………………… 11 單片機(jī)的工作方式 ……………………………………………… ………………… 12 并行 I／ O接口 ……………………………………………………………………… 14 串行接口 …………………………………………………………………………… 16 中斷系統(tǒng) …………………………………………………………………………… 18 3 無線射頻電路設(shè)計(jì) ……………………………………………………………….. 19 nRF401 芯片簡(jiǎn)介 ………………………………………………………………………. .19 nRF401 應(yīng)用說明 ……………………………… …………………………………… … . .21 電氣特性 ………………………………………………………………………… … 22 工作模式時(shí)序 …………………………………………………………………… … 22 天線阻抗匹配 …………………………………………………………………… … 23 PLL環(huán)路濾波 … ………………………………………………………………… … .25 VOC感抗 …………………………………………………………………………… . 25 晶振說明 ……………………………………………………………………… .…. 25 nRF401 射頻電路設(shè)計(jì) …………………………………………………………… .… … .25 nRF401無線發(fā)射抗干擾設(shè)計(jì) ……………………………………………………… .… .. .27 無線通訊距離設(shè)計(jì) …………………………………………………………………… … 28 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 無線通訊距離計(jì)算 …………………………………………………………… …… 28 無線通訊長(zhǎng)距離設(shè)計(jì) …………………………………………………………… … 29 4 混合信號(hào) PCB設(shè)計(jì) 工藝 …………………………………………………………… 32 工藝要求 ……………………………………………………………………… ..……… … 33 部分 PCB 圖 …………………………………………………………………………… … .. 33 5 軟件設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………… ..… 35 系統(tǒng)總體軟件流程 ……………………………………………………………………… . 35 無線通訊協(xié)議 …………………………………………………………………………… . 36 低功耗設(shè)計(jì) …………………………………………………………………………… … . 37 系統(tǒng)抗串干擾軟件設(shè)計(jì) ………………………………………………………………… . 38 6 系統(tǒng)的調(diào)試 ……………………………………………………………………… . 39 數(shù)字電路部分的調(diào)試 ………………………………………………………………… .… 39 無線傳輸部分的調(diào)試 …………………………………………………………… …… .… 39 系統(tǒng)調(diào)試 ………………………………………………………………………………… . 39 系統(tǒng)的改進(jìn)方向 ……………………………………………………………………… .… 39 總結(jié) ………………………………………… … .…………………………………… ..41 致謝 ??????????????????????????????? ...42 參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………… ...43 附錄 1 英文資料 ………………………………………………………… .………… .44 附錄 2 英文翻譯資料 …………………………………………………………… ..… 58 附錄 3 系統(tǒng)原理圖與 PCB 圖 …………………………………………………… ....61 附錄 4 單片機(jī)程序清單 …………………………………………………………… ..65 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 1 緒 論 本課題的背景與意義 隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新月異，有線網(wǎng)絡(luò)逐漸地被無線網(wǎng)絡(luò)所取代。目前， 無線通信技術(shù) 已經(jīng)成為了先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的代表。它在工業(yè)自動(dòng)化，商業(yè)自動(dòng)化，交通運(yùn)輸控制管理等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，而無線領(lǐng)域的 RF技術(shù)又是當(dāng)今科技發(fā)展的一個(gè)焦點(diǎn)， 并被列為 21世 紀(jì)最有前途的重要產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用技術(shù)之一 。 無線技術(shù)近年來的發(fā)展和應(yīng)用突飛猛進(jìn)，對(duì)人類社會(huì)的信息化進(jìn)程起到了巨大的推進(jìn)作用，深刻改變著人們的生活方式 ，給人類生活帶來了巨大的方便 。各種無線接入新技術(shù)的出現(xiàn)， 也 給無線領(lǐng)域的發(fā)展帶來了新的繁榮 和新希望 。 同時(shí)也給商家創(chuàng)造 了巨大的商業(yè)價(jià)值，而且在提供普遍服務(wù)、跨越數(shù)字鴻溝等方面帶來了巨大的社會(huì)價(jià)值。 目前，在工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)，常常需要采集大量的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，如電壓、電流、溫度、氣壓等，并將這些采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī)進(jìn)行處理，由主機(jī)根據(jù)處理的結(jié)果，將控制信號(hào)傳輸給現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行模塊執(zhí)行各種操作 。目前數(shù)據(jù)的傳輸基本上是基于有線網(wǎng)絡(luò)，如 RS485， CAN 等，這些有線的網(wǎng)絡(luò)一般具有成本比較高、維護(hù)不方便等缺點(diǎn)，而無線傳輸相對(duì)具有一定的優(yōu)勢(shì)，如成本低、可靠性高、維護(hù)方便等。在電腦和用戶電子設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無線數(shù)字通信 ， 它省卻了鋪設(shè)傳輸連接線的麻煩，而且升級(jí)和增加新的設(shè)備 亦 非常方便。 由此可見，本課題研究的項(xiàng)目是極具發(fā)展前途的，未來將會(huì)有更多的社會(huì)人士投入到這個(gè)技術(shù)項(xiàng)目的開發(fā)研究上來。在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)達(dá)的今天，無線射頻技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)一直走在科技的前沿，目前在工業(yè)自動(dòng)化，商業(yè)自動(dòng)化，物流控制，倉(cāng)儲(chǔ)管理方面已 經(jīng)顯示出巨大的成本效益 .未來的商業(yè)價(jià)值將會(huì)無可估量 。 本課題設(shè)計(jì)的無線數(shù)據(jù)傳輸采集系統(tǒng)對(duì)于其他無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用具有一定的參考價(jià)值，通過適當(dāng)改變硬件配置