【正文】 的目的 ，在 無線通信領(lǐng)域具有廣泛的、不可替代的作用。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(jí)和增加新的設(shè)備非常方便。 無線 射頻傳輸 射頻 Radio Frequency,簡(jiǎn)稱 RF射頻就是射頻電流。 紅外線通訊是一種廉價(jià)、近距離、無線、低功耗、 錯(cuò)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(shí)也用于無線網(wǎng)絡(luò)接入和近程遙控 。 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，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(dòng)測(cè)試、家庭自動(dòng)化、智能建筑、報(bào)警和安全系統(tǒng) 等領(lǐng)域。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。 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 。 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。 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 。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 2022 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。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) 。 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。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 。 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 。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 。所謂紅外線是指波長(zhǎng)超過紅色可見光的電磁輻射 。 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(shí)現(xiàn)無線數(shù)字通信的開放性工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 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 。 GSM 采用的是數(shù)字調(diào)制技術(shù)， GSM 系統(tǒng)有幾項(xiàng)重要特點(diǎn)：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(jì)（論文） 8 號(hào)碼資源豐富、 穩(wěn)定性強(qiáng)不易受干擾、信息靈敏、 信號(hào)使用范圍廣 、 設(shè)備 耗電量底等。 因此， GPRS技術(shù)可以令手機(jī)上網(wǎng)省時(shí)、省力、省花費(fèi)。 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(shì)。主要有： IC卡、電力載波、遠(yuǎn)傳抄 表三種戶外計(jì)量方式。 射頻技術(shù)的另外一個(gè)典型應(yīng)用就是無線射頻識(shí)別技術(shù)（ RFID）的研究和開發(fā)。 在我國(guó)，射頻技術(shù)的應(yīng)用也已經(jīng)開始，一些高速公路的收費(fèi)站口，使用射頻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)不停車收費(fèi)，我國(guó)鐵路系統(tǒng)也使用 RF 紀(jì)錄貨車車廂編號(hào)的試點(diǎn)已運(yùn)行了一段時(shí)間。 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 。 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jì) 本章主要論述了無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成、設(shè)計(jì)方案及系統(tǒng)的原理。系統(tǒng)由傳感變送器、信號(hào)條理電路、 8 路現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集端、現(xiàn)場(chǎng)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(chǔ) 電 路 、 人 機(jī) 交 互 電 路 組 成 。 無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一個(gè)可以雙向通訊可以實(shí)現(xiàn)遙控的裝置。它是把交流電壓、電流信號(hào)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。由于這種方法能夠?qū)Ρ粶y(cè)量的瞬時(shí)值進(jìn)行采樣，因而實(shí)時(shí)性好，相位失真小。若相鄰兩采樣的時(shí)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(gè)周期各采樣瞬時(shí)值及每周期采樣點(diǎn)數(shù)計(jì)算電壓信號(hào)有效值的公式。 系統(tǒng)的采樣時(shí)間間隔為 。 A/D轉(zhuǎn)換 在此模塊選用了 ADC0809 八通道模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。多路開關(guān)可選通 8個(gè)模擬通道，允許 8路模擬量分時(shí)輸入，共用 A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 A， B和 C為地址輸入線，用于選通 IN0－ IN7上的一路模擬量輸入。當(dāng) EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換。 CLK? IN0－ IN7： 8條模擬量輸入通道 ? ADC0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是 0~5V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 2．初始化時(shí)，使 ST和 OE信號(hào)全為低電平。 6．是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù) EOC信號(hào)來判斷。 1． 運(yùn)算器 運(yùn)算器是 8位的算術(shù)／邏輯運(yùn)算部件 ALU為核心，并通過 內(nèi)部總線掛在其周同的暫存器 TMP1， TMP累加器 ACC、寄存器Ｂ、程序狀念寄存器 PSW 以及布爾處理機(jī)就構(gòu)成了整個(gè)算術(shù)／邏輯運(yùn)算電路，其運(yùn)算功能有算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、移位和位邏輯運(yùn)算等． 2．控制器 控制器是 cpu的大腦中樞， MCS— 5l系列單片機(jī)的控制器由定時(shí)控制邏輯、指令寄存器 IR、指令譯碼器 ID、 16位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址指針 DPTR和程序計(jì)數(shù)器地址指針 Pc、 8垃堆棧指針 SP、 RAM地址寄存器、 16位地址緩沖器等組成。為方便不同用戶的需要，目前單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器有以下三種結(jié)構(gòu)形式： (1) 片內(nèi)只讀存儲(chǔ)器 1 片內(nèi)掩膜 ROM 2 片內(nèi)可編程的 ROM (2)片內(nèi)只讀存儲(chǔ)器 在單片機(jī)中，用隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（ RAM）來存儲(chǔ)程序在運(yùn)行期間的工作變量和數(shù)據(jù)，所以稱為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 6． 定時(shí)電路和元件 單片機(jī)的工作方式 89S5l單片機(jī)共有復(fù)位、程序執(zhí)行、低功耗以及編程和校驗(yàn)四種工作方式。復(fù)位操作還對(duì)單片機(jī)的個(gè)別引腳信號(hào)有影響。若使用頻率為 6MHz的晶振，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)超過 4Ｕ s才能完成復(fù)位操作。 （ 2）復(fù)位方式 復(fù)位操作由上電自動(dòng)復(fù)位、按鍵電平復(fù)位和外部脈沖復(fù)位三種方式。而按鍵上述電路圖中的電阻、電容參數(shù)適宜于 6MHz晶振，能保證復(fù)位信號(hào)高電平持續(xù)時(shí)間大于 2個(gè)機(jī)器周期。圖如 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 外部脈沖復(fù)位 并行 I／ O 接口 80S51共有四個(gè) 8位的并行雙向口，計(jì)有 32根輸入Ｉ／輸出Ｏ口線。 圖 P1口的位結(jié)構(gòu) 2． PI口的工作過程分析如下： ① P1． i位作輸出口用時(shí)： CPU輸出 0時(shí)， D＝ 0， Q＝ 0、 Q＝ 1，晶體管 Q0 導(dǎo)通， A點(diǎn)被下拉為低電平，即輸出 0； CPU輸出 1時(shí)， D＝ 1， Q＝ 1， Q＝ 0，晶體管 Q0截止， A點(diǎn)被上拉為高電 平，即輸出 1。 具有這種特性的口不屬于“真正”的雙向口，而被稱為“準(zhǔn)”雙向口。 2） P3 口是一個(gè)多功能的 8位口，可以字節(jié)訪問也可位訪問，其字節(jié)訪問地址為 B0H，位訪問地址為B0H— B7H。 2）輸出鎖存器不是從 Q而是從 Q埔引出。其工作狀況與 P1口相類似。若替代輸出為 1 時(shí) ,與非門的輸出為 1， Q0 截止，從而使 A 點(diǎn)也為高電 平。這一點(diǎn)特別應(yīng)該引起注意。既可以字節(jié)操作．也可以位操作；既可以 8位口操作，也可以逐位定義口線為輸入線或輸出線；既可以該引腳 ，也可以讀鎖存器，實(shí)現(xiàn)“讀一修改一輸出”操作。 — INTl，外部中斷 1的請(qǐng)求。 —— WR，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通，輸出，低電平有效。 所謂全雙工的異步串行通信接口，是說該接口可以同時(shí)進(jìn)行接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，因?yàn)?，口?nèi)的接收緩沖器和發(fā)送緩沖器在物理上是隔離的，即是完全獨(dú)立的。 １ .UART串行口的結(jié)構(gòu) UART串行口可分為兩大部分：波特率發(fā)生器和串行口。相應(yīng)的控制波特率發(fā)生器的特殊功能寄存器有 TMOD、 TCON、 T2CON、 PCON、 TL TH TL TH2等。 3)串行口控制寄存器： SCON。 (3)串行數(shù)據(jù)寄存器 SBUF 串行數(shù)據(jù)寄存器 SBUF包含在物理上是隔離的兩個(gè) 8位寄存器：發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器和接收數(shù)據(jù)寄存器，但是它們共用一個(gè)地址一 — 99H。在這期間，內(nèi)部定時(shí)保證寫入 SBUF浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 與激活發(fā)送之間有一個(gè)完整的機(jī)器周期。 ②接收：當(dāng) REN＝ 1且接收中斷標(biāo)志 RI位清除時(shí)，即啟動(dòng)一次接收過程。 二：中斷源：能產(chǎn)生中斷的外部和內(nèi)部事件。 (2)INT1（ ） —— 外部中斷 1。 (5)RX,TX—— 串行中斷。 nRF401 芯片簡(jiǎn)介 nRF401 是挪威 Nordic VLSI 公司最新推出的單芯片 RF 收發(fā)機(jī)，采用藍(lán)牙核心技術(shù)，專為在433MHz ISM (工業(yè)、科研和醫(yī)療 ) 頻段工作而設(shè)計(jì)。 nRF401 接收機(jī)使用具有較強(qiáng)抗干擾能力的 FSK 頻移鍵控 (FrequencyShiftKeying)調(diào)制方式，改善了噪聲環(huán)境下的系統(tǒng)性能；采用 DSS+PLL 頻率合成技術(shù)， 工作頻率穩(wěn)定可靠。這些芯片一般需要進(jìn)行曼徹斯特編碼后才能傳輸，在編程上會(huì)需要較高的技巧和經(jīng)驗(yàn)，需要更多的內(nèi)存和程序容量，并且曼徹斯特編碼大大降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，一般僅能達(dá)到標(biāo)稱速率（實(shí)際速率）的1/3,因此大大增加了軟件的工作量和產(chǎn)品開發(fā)的難度。接收電流低，僅為 11mA，而且在輪流檢測(cè)（ Polling）模式時(shí)可以通過周期性暫停的方法使其更低，以延長(zhǎng)電