【正文】 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 浙 江 科 技 學(xué) 院 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目 無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 系 別 自動化與電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級 02 電氣工程及其自動化 A 姓 名 羅 斌 學(xué) 號 10242024 指導(dǎo)教師 何 致 遠 職 稱 副教授 2021 年 6 月 6 日 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（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)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)之后，國際控制界又一個熱點技術(shù)。 它在工業(yè)自動化，商業(yè)自動化，交通運輸控制管理等領(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)展的一個焦點， 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、維護方便、應(yīng)用靈活等一系列 有線傳輸無法比擬的優(yōu)點 。 鑒于此，我們結(jié)合 RF技術(shù)展開了對無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)，驗證了基于無線 RF技術(shù)的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的可行性與實用性 。本課題對其他相類似的無線數(shù)據(jù)傳輸、無線抄表、遠程監(jiān)控等一系列應(yīng)用具有一定的參考價值。 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（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（論文） 4 目 錄 摘要 …………………………………………………………………………………… ..……… .. .. I 1 緒論 ………………………………………………………………………………… .……… .. .. 1 本課題的背景與意義 …………………… ……………………………… .…… .…… ..… . 1 國內(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 ………………………………………………… .……… 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 控制的 電路設(shè)計 ……………………… .… ..5 無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理 …… ……… …… … . … …… . … …… ……… ……… .5 單片機部分的電路設(shè)計 ……………………………………………………………… … .6 數(shù)據(jù)采集原理 ……………………………………………………………………… .6 單片機控制的硬件設(shè)計 …………………………………………………………… .7 AT89S51單片機 ………………………………………………………………………… . 11 CPU特性 …………………………………………………………………………… .11 存儲器 ……………………………………………………………………………… 11 單片機的工作方式 ……………………………………………… ………………… 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 ……………………………………………………………….. 19 nRF401 芯片簡介 ………………………………………………………………………. .19 nRF401 應(yīng)用說明 ……………………………… …………………………………… … . .21 電氣特性 ………………………………………………………………………… … 22 工作模式時序 …………………………………………………………………… … 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 …………………………………………………………… .… … .25 nRF401無線發(fā)射抗干擾設(shè)計 ……………………………………………………… .… .. .27 無線通訊距離設(shè)計 …………………………………………………………………… … 28 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 無線通訊距離計算 …………………………………………………………… …… 28 無線通訊長距離設(shè)計 …………………………………………………………… … 29 4 混合信號 PCB設(shè)計 工藝 …………………………………………………………… 32 工藝要求 ……………………………………………………………………… ..……… … 33 部分 PCB 圖 …………………………………………………………………………… … .. 33 5 軟件設(shè)計 ……………………………………………………………………… ..… 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 …………………………………………………………………………… … . 37 系統(tǒng)抗串干擾軟件設(shè)計 ………………………………………………………………… . 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)的改進方向 ……………………………………………………………………… .… 39 總結(jié) ………………………………………… … .…………………………………… ..41 致謝 ??????????????????????????????? ...42 參考文獻 …………………………………………………………………………… ...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 單片機程序清單 …………………………………………………………… ..65 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（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)成為了先進科學(xué)技術(shù)的代表。它在工業(yè)自動化，商業(yè)自動化，交通運輸控制管理等領(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)展的一個焦點， 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，對人類社會的信息化進程起到了巨大的推進作用，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 。 同時也給商家創(chuàng)造 了巨大的商業(yè)價值，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價值。 目前，在工業(yè)控制現(xiàn)場，常常需要采集大量的現(xiàn)場數(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進行處理，由主機根據(jù)處理的結(jié)果，將控制信號傳輸給現(xiàn)場執(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、維護不方便等缺點，而無線傳輸相對具有一定的優(yōu)勢，如成本低、可靠性高、維護方便等。在電腦和用戶電子設(shè)備之間實現(xiàn)無線數(shù)字通信 ， 它省卻了鋪設(shè)傳輸連接線的麻煩，而且升級和增加新的設(shè)備 亦 非常方便。 由此可見，本課題研究的項目是極具發(fā)展前途的，未來將會有更多的社會人士投入到這個技術(shù)項目的開發(fā)研究上來。在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)達的今天，無線射頻技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢一直走在科技的前沿，目前在工業(yè)自動化，商業(yè)自動化，物流控制，倉儲管理方面已 經(jīng)顯示出巨大的成本效益 .未來的商業(yè)價值將會無可估量 。 本課題設(shè)計的無線數(shù)據(jù)傳輸采集系統(tǒng)對于其他無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用具有一定的參考價值，通過適當(dāng)改變硬件配置