【正文】 t of science and technology, Remote Wireless Monitor Systems are maturing and being ever more prevalent in modern life. The Remote Wireless Monitor System presented here is based on the PTR20xx Remote Wireless Model. It is a microminiature, low power, high speed, and highly sensitive wireless dispatcher with two channels and the capability to satisfy the need for many channels operating at the same time. The system can connect to a single chip directly and perform nodetonode data collection. Remote Wireless Monitors are widely applicable with uses spanning: industry control, industry data collection, remote control, remote measurement, wireless data exchange, gate ban systems, radio transceivers, mini wireless data terminals, wireless remote control systems, weather monitors, and robot control. The Remote Wireless Monitor System presented can be conceptually divided into several ponents: the PTR20xx Remote Wireless Model, the LabVIEW software system, and the AT89S51 MCU. This system realizes wireless munication through a fourstep operation. The signal is first detected by the ADC0809. Following signal detection, the data is simultaneously forwarded to the LED display board and the AT89S51 MCU. The AT89S51 MCU acts as a control unit, passing the data to PTR20xx, which transmits the signal to the receiving party through wireless munication. This signal is then processed by the receiving party’s LabVIEW software. Together, these operations and ponents create a simple, effective, and widely applicable Remote Wireless Monitor System. Key Words: Single chip。 本文 研究的 遠(yuǎn)程無線 監(jiān)控系統(tǒng)是由 PTR20xx 的無線收發(fā)系統(tǒng)、單片機(jī) AT89S51 的下位機(jī)控制系統(tǒng)和 LabVIEW 的上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成的遠(yuǎn)程無線溫度 巡檢 系統(tǒng) 。 大 連 理 工 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 基于 nRF2401 的無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) Remote Wireless Monitoring System Based on nRF2401 學(xué) 院（系）： 電氣工程 與應(yīng)用電子技術(shù) 系 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名： 董琳瑯 學(xué) 號(hào)： 20xx85123 指 導(dǎo) 教 師： 劉蘊(yùn)紅 評(píng) 閱 教 師： 牟憲民 完 成 日 期： 大連理工大學(xué) Dalian University of Technology 基于 nRF2401的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng) I 摘 要 近年來隨著科技的飛速發(fā)展， 遠(yuǎn)程無線 監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)代生活中 不斷成熟和完善 。 此系統(tǒng)可分為四個(gè)信息處理過程實(shí)現(xiàn)無線傳輸，首先通過 ADC0809 的模數(shù)信號(hào)的轉(zhuǎn)換，然后信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)碼管顯示電路，同時(shí)，單片機(jī)將信號(hào)傳輸給無線傳輸模塊 PTR20xx。 Wireless。疲勞理論是以力學(xué)、材料和設(shè)計(jì)為主的一門新興的邊緣科學(xué) ， 大多數(shù)疲勞理論都需要試驗(yàn)支持 ， 這就需要人們花大量的時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn) ， 收集大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。 隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、節(jié)能 高效的控制系統(tǒng)將是信息社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)。 本課題的主要研究?jī)?nèi)容 本課題的主要研究?jī)?nèi)容如下： (1) 對(duì)控制器進(jìn)行整體規(guī)劃和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 (4) 系統(tǒng)的軟件編制。 基于 nRF2401的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng) –2– 本文介紹的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)主要是由無線收發(fā) 系統(tǒng) 、 基于 單片機(jī) 的下位機(jī)控制系統(tǒng)和基于 LabVIEW 的上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 組成。 nRF2401 是一個(gè)單片集成接收、發(fā)射器的芯片，工作頻率范圍為全球開放的 頻段， 125 個(gè)頻道。 至 低電壓，滿足低功耗設(shè)計(jì)需要。串行通信是一種適用于兩機(jī)之間的通信，通過 RS232 (一種最低層物理層議 )通信接口，兩機(jī)的發(fā)送、接收口按照預(yù)定的串口地址、傳輸速率 (波特 率 )、數(shù)據(jù)格式、校驗(yàn)方式、傳輸方向完成數(shù)據(jù)交換。而無線通訊技術(shù)被大量的研究與發(fā)展乃是在第一次世界大戰(zhàn)末期， 由于戰(zhàn)爭(zhēng)的需要才開始的。 隨著應(yīng)用層面和范圍的擴(kuò)大，現(xiàn)代的無線通訊技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)可以被分為兩個(gè)不同的應(yīng)用發(fā)展領(lǐng)域：其一為現(xiàn)代無線行動(dòng)通訊的應(yīng)用，其二是朝向非移動(dòng)式的無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用發(fā)展。著名的標(biāo)準(zhǔn)包括： 全 球移動(dòng) 通訊系統(tǒng) （ GSM: Global System for Mobile Communication） ；碼分多址技術(shù) （ CDMA：Code Division Multiple Access） 等。本系統(tǒng)采用了可靠性較高的第一種通信方式。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相比，具有不受地理環(huán)境、氣候、時(shí)間 等 影響 的 優(yōu)勢(shì)。有線通信的優(yōu)點(diǎn)在于傳輸?shù)馁|(zhì)量比較可靠，實(shí)時(shí)性比較好，但是有線網(wǎng)絡(luò)的安裝和維護(hù)非常困難，為數(shù)據(jù)采集而架設(shè)有線網(wǎng)絡(luò)的一次性投資較大。在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前端，由于測(cè)量終端數(shù)量 較多，為每個(gè)測(cè)量終端都配置模塊，勢(shì)必造成成本很大，因此在測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)對(duì)測(cè)量終端數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的集中成為必要。所以采用無線 傳輸 技術(shù)進(jìn)行短距離小規(guī)模的數(shù)據(jù)通信己經(jīng)是現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。由于短距離無線資料傳輸并不像行動(dòng)通訊一般涵蓋相當(dāng)大的使用區(qū)域范圍，因此僅需對(duì)小區(qū)域使用范圍內(nèi)的使用者制定適當(dāng)?shù)耐ǖ酪?guī)則，因此大部分的短距離無線通訊標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)均建立或制定在免使用費(fèi)的 ISM 頻段。由于速度慢不能滿足數(shù)據(jù)應(yīng)用發(fā)展的需求，所以后來該協(xié)會(huì)又推出了 IEEE 、 這三個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)。接收端使用完全相同的偽隨機(jī)碼，與接 收的帶寬信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。藍(lán)牙的數(shù)據(jù)速率為 1Mb/s。在被保留的時(shí)隙中可以傳輸同步數(shù)據(jù)包，每個(gè)數(shù)據(jù)包以不同的頻率發(fā)送。異步信道可以支持一端最大速率為 721kb/s 而另一端速率為 連接，也可以支持 。 IrDA(Infrared Data Association)是一種短距離紅外線通信技術(shù)，適合于低成本、跨平臺(tái)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)高速數(shù)據(jù)連接。其概念類似于雷達(dá)，在很寬的頻段內(nèi)傳送短脈沖，將信息調(diào)制到脈沖的時(shí)間和頻率上。主要問題是 UWB 系統(tǒng)占用的帶寬很大， UWB 系統(tǒng)可能會(huì)干擾其他無線通信系統(tǒng)，因此 UWB 系統(tǒng)的頻率許可問題一直在爭(zhēng)論之中；另外，還有學(xué)者認(rèn)為，盡管UWB 系統(tǒng)發(fā)射的平均功率很低，但是由于它的脈 沖持續(xù)時(shí)間很短，它的瞬時(shí)功率峰值可能會(huì)很大，這甚至?xí)绊懙矫窈降仍S多系統(tǒng)的正常工作。 HomeRF 的標(biāo)準(zhǔn)集成了語(yǔ)音和 數(shù)據(jù)傳送技術(shù)，工作頻段為 10GHz，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到 100Mbps，在 WLAN 的安全性方面主要考慮訪問控制和加密技術(shù)。其產(chǎn)品既可工作在 18 至 19GHz 的特許頻段，也可以在低功率的基于 nRF2401的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng) –8– 情況下工作于 ISM(Industrial/Scientific/Medical)頻段。 而除此之外，射頻技術(shù)最為吸引我們的是最近幾年所出現(xiàn)的無線射頻收發(fā)一體芯片技術(shù)，它使得原本對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)要求較高的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單而且高效率。 基于 nRF2401的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng) –9– 3 遠(yuǎn)程無線 溫度 巡檢 監(jiān)控 系統(tǒng) 系統(tǒng)特點(diǎn) 從降低成本，減小開發(fā)難度和縮短開發(fā)周期等角度考慮，本設(shè)計(jì)采用單片射頻集成電路構(gòu)建無線通信 系統(tǒng) 。模擬傳輸直接用 調(diào)整 后的傳感器的輸出信號(hào)（基帶信號(hào)）調(diào)制載波信號(hào)，經(jīng)過功率放大后，通過天線發(fā)射出去。由于工程測(cè)試的環(huán)境復(fù)雜，干擾源較多，信號(hào)容易受到干擾，因 此本系統(tǒng)采用了抗干擾性能好的數(shù)字信號(hào)傳輸方式。天線接口設(shè)計(jì)為差分天線 ， 便于使用低成本的 PCB 天線。 目前， LabVIEW 在以 PC 機(jī)為基礎(chǔ)的測(cè)控軟件中，它的普及率 39%僅次于 C++(49%)和 C(43%) 。 G 語(yǔ)言使用圖標(biāo)代替常規(guī)的一條或一組語(yǔ)句來實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能，即其編程過程。 系統(tǒng)功能 本系統(tǒng)下位機(jī)中由 CPU 基本單元、 溫度 信號(hào)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)碼管顯示電路及電源電路來實(shí)現(xiàn)溫度的 巡檢 。 前端探測(cè)器 單片機(jī) PTR20xx PC RS232 PTR20xx 基于 nRF2401的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng) –11– While 循環(huán)類似于文本編程語(yǔ)言中的 Do 循環(huán)或 RepeatUntil 循環(huán)， While 循環(huán)執(zhí)行子程序框圖直到滿足某個(gè)條件。右鍵單擊該接線端或 While 循環(huán)的邊框，可改變條件接線端的動(dòng)作和外觀。如果將循環(huán)外部的控件設(shè)置為 TRUE，且條件接線端為 真 （ T） 時(shí)繼續(xù) ，也會(huì)導(dǎo)致無限循環(huán)。將錯(cuò)誤簇連接到條件接線端時(shí)，僅有錯(cuò)誤簇中 狀態(tài) 參數(shù)的 TRUE 或 FALSE值被傳遞到該接線端，并且 真 （ T） 時(shí)停止 和 真 （ T） 時(shí)繼續(xù) 快捷菜單選項(xiàng)也相應(yīng)地分別變?yōu)?錯(cuò)誤時(shí)停止 和 錯(cuò)誤時(shí)繼續(xù) 。用戶無須使用任何外部代碼或應(yīng)用程序，且創(chuàng)建方程時(shí)無須連接任何基本算術(shù)函數(shù)?？赏ㄟ^復(fù)制、粘貼的方式將已有的文本代碼移植到公式節(jié)點(diǎn)中，無須通過圖形化編程的方式再次創(chuàng)建相同的代碼。公式節(jié)點(diǎn)還自動(dòng)進(jìn)行類型轉(zhuǎn) 換 ，本系統(tǒng)中的程序 設(shè)計(jì) 如圖 所示： 基于 nRF2401的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng) –12– 圖 上位機(jī)部分程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)構(gòu)成 本設(shè)計(jì)中的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)中的下位機(jī)是 由 CPU 基本單元、 輸入 信號(hào)電路、 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)碼管顯示電路、電源電路以及基于 nRF2401 的無線傳輸系統(tǒng)構(gòu)成。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由數(shù)據(jù)循環(huán)采集傳輸模塊、循環(huán)顯示模塊、時(shí)間顯示模塊以及監(jiān)控報(bào)警模塊構(gòu)成。 nRF2401 支持多點(diǎn)間通信，最高傳輸速率超過 1Mbps，而且比藍(lán)牙具有更高的傳輸速度。 nRF2401 的主要技術(shù)特點(diǎn)是： nRF 系列是采用藍(lán)牙核心技術(shù)設(shè)計(jì)并將多種功能和外圍部件協(xié)議集成在芯片內(nèi)部、可與單片微處理器直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯纹瑹o線收發(fā)芯片 。ilters maximum8mA 40mA 最大輸出功率 +10dBm +5dBm +12dBm +5dBm +14dBm 速率 20Kbps 128 或 kbps 64Kbps 封裝 SSOP20 LQFP32 TQFP44 TQFP32 SSOP28 外圍元件數(shù)量 約 10 個(gè) 約 50 個(gè) 50 個(gè) 兩根天線時(shí)約20 個(gè) 一根天線時(shí)約35 個(gè) 表 nRF2401 工作模式 工作模式 引擎 PWRUP CE CS 收發(fā)模式 1 1 0 配置模式 1 0 1 空閑模式 1 0 0 關(guān)機(jī)模式 0 * * 值得注意的是 nRF2401 的收發(fā)模式有直接收發(fā)模式和 ShockBurst TM 收發(fā)模式 2種，由器件配置字決定 。 nRF2401 引腳功能芯片引腳排列見圖