【正文】 ation 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。 關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集 無(wú)線傳輸 射頻技術(shù) Abstract Along with the quick change of the development of science and technology , the wired network is substituted for the wireless network garadually。鑒于此，我們結(jié)合RF技術(shù)展開了對(duì)無(wú)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(wú)線RF技術(shù)的無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的可行性與實(shí)用性。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(wú)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。浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）浙 江 科 技 學(xué) 院 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 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(wú)線網(wǎng)絡(luò)所取代。目前，無(wú)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)。而無(wú)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(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。本課題對(duì)其他相類似的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、無(wú)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。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 Ethernet。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 目 錄摘要……………………………………………………………………………………..………....I1 緒論………………………………………………………………………………….………....1 本課題的背景與意義…………………………………………………….…….……..….1 國(guó)內(nèi)外無(wú)線傳輸現(xiàn)狀與發(fā)展………………………………………………….………....2 無(wú)線傳輸技術(shù)現(xiàn)狀及特點(diǎn)………………………………………………….………2 無(wú)線射頻技術(shù)的發(fā)展前景………………………………………………….……....3 本文所完成的工作……………………………………………………………….……....42 無(wú)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(wú)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)……………………………………………………………………………183 無(wú)線射頻電路設(shè)計(jì)………………………………………………………………..19 nRF401 芯片簡(jiǎn)介………………………………………………………………………..19 nRF401 應(yīng)用說(shuō)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(shuō)明……………………………………………………………………….….25 nRF401 射頻電路設(shè)計(jì)…………………………………………………………….…….25 nRF401無(wú)線發(fā)射抗干擾設(shè)計(jì)……………………………………………………….…...27 無(wú)線通訊距離設(shè)計(jì)………………………………………………………………………28 無(wú)線通訊距離計(jì)算…………………………………………………………………28 無(wú)線通訊長(zhǎng)距離設(shè)計(jì)………………………………………………………………294 混合信號(hào)PCB設(shè)計(jì)工藝……………………………………………………………32 工藝要求………………………………………………………………………..…………33 部分PCB 圖………………………………………………………………………………..335 軟件設(shè)計(jì)………………………………………………………………………..…35 系統(tǒng)總體軟件流程……………………………………………………………………….35 無(wú)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)………………………………………………………………….386 系統(tǒng)的調(diào)試………………………………………………………………………. 39 數(shù)字電路部分的調(diào)試………………………………………………………………….…39 無(wú)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1 緒 論隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新月異，有線網(wǎng)絡(luò)逐漸地被無(wú)線網(wǎng)絡(luò)所取代。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(wú)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。各種無(wú)線接入新技術(shù)的出現(xiàn)，也給無(wú)線領(lǐng)域的發(fā)展帶來(lái)了新的繁榮和新希望。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。在電腦和用戶電子設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無(wú)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。在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)達(dá)的今天，無(wú)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。 國(guó)內(nèi)外無(wú)線傳輸?shù)默F(xiàn)狀與發(fā)展當(dāng)今無(wú)線傳輸技術(shù)的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯了，并且逐步取代了傳統(tǒng)的有線傳輸方式。所謂紅外線是指波長(zhǎng)超過紅色可見光的電磁輻射。相對(duì)于無(wú)線區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，藍(lán)牙這兩者以微波為傳輸方式的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，紅外線傳輸比較不易受到電波干擾，這也是紅外線在手機(jī)、藍(lán)牙、HOMERF等微波傳輸廣泛原因之一.。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。它是一種高頻交流變化電磁波的簡(jiǎn)稱。無(wú)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(wú)線數(shù)字通信的開放性工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)?；诖藚f(xié)議的網(wǎng)絡(luò)是對(duì)等網(wǎng)，網(wǎng)上的每一個(gè)設(shè)備都是相對(duì)獨(dú)立的，任何一個(gè)設(shè)備離開網(wǎng)絡(luò)都不會(huì)影響到網(wǎng)絡(luò)上其他設(shè)備的正常工作。RF發(fā)出的無(wú)線電波或微波可以穿透某些障礙物，不局限于視線的范圍。無(wú)線射頻技術(shù)主要應(yīng)用于射頻識(shí)別系統(tǒng)（RFID）的研究和開發(fā)，與傳統(tǒng)條形碼、二維條形碼、藍(lán)牙技術(shù)的相比具有自己的特殊優(yōu)勢(shì)。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、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。GPRS無(wú)線通訊終端可廣泛應(yīng)用于各種需要無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)男袠I(yè)，特別適合點(diǎn)多、面廣的小數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)傳輸。因此，GPRS技術(shù)可以令手機(jī)上網(wǎng)省時(shí)、省力、省花費(fèi)。相對(duì)原來(lái)GSM的撥號(hào)方式的電路 交換數(shù)據(jù)傳送方式，GPRS是分組交換技術(shù)，具有“實(shí)時(shí)在線”、“按量計(jì)費(fèi)”、“快捷登錄”、 “高速傳輸”、“自如切換”的特點(diǎn)。 無(wú)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(lái)越多的方便設(shè)施來(lái)滿足生活的需要，小區(qū)智能化是今后的發(fā)展趨勢(shì)。智能抄表系統(tǒng)是無(wú)線射頻技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)典型例子。主要有：IC卡、電力載波、遠(yuǎn)傳抄表三種戶外計(jì)量方式。因此，采用公用電話網(wǎng)實(shí)現(xiàn)智能抄表系統(tǒng)，避免了上述的不利因素，適用面比較廣泛，安裝方便，不用鋪線，改造費(fèi)用也比較小，給用戶帶來(lái)很多方便。射頻技術(shù)的另外一個(gè)典型應(yīng)用就是無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）的研究和開發(fā)。與傳統(tǒng)的條型碼、磁卡及IC卡相比，射頻卡具有非接觸、閱讀速度快、無(wú)磨損、不受環(huán)境影響、壽命長(zhǎng)、便于使用的特點(diǎn)和具有防沖突功能，能同時(shí)處理多張卡片。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。 本文所完成的工作本文是基于無(wú)線RF技術(shù)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要所要完成的工作主要有下面幾點(diǎn)：1． 查閱分析了無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用，比較了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有常見的無(wú)線傳輸技術(shù)方式的特點(diǎn)，射頻技術(shù)的應(yīng)用、發(fā)展動(dòng)態(tài)與市場(chǎng)前景。3． 學(xué)習(xí)了無(wú)線射頻芯片nRF401的特性及應(yīng)用說(shuō)明，給出了射頻電路的設(shè)計(jì)方案，其中涉及射頻天線設(shè)計(jì)，低功耗設(shè)計(jì)。5． 介紹了系統(tǒng)程序軟件的流程及各個(gè)子程序模塊的清單，有顯示，A/D轉(zhuǎn)換、通訊協(xié)議等。論述了各個(gè)模塊和器件的功能要求。它是以先進(jìn)的無(wú)線RF技術(shù)為傳輸基礎(chǔ)以半雙工串行通訊方式通訊并實(shí)現(xiàn)了雙向通訊。： 無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是把現(xiàn)場(chǎng)的個(gè)種信號(hào)如電壓、電流、溫度、濕度、氣壓等進(jìn)行采集（這里以電壓信號(hào)為例），把現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)通過各種傳感器或者變送器再經(jīng)過信號(hào)的調(diào)理電路經(jīng)過信號(hào)的放大整形為0—5V的電壓信號(hào)，再通過8路信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)換電路把現(xiàn)場(chǎng)的模擬信號(hào)變成單片機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過單片機(jī)采集運(yùn)算處理把結(jié)果加以顯示并且以串行通訊的方式控制射頻收發(fā)電路傳輸數(shù)據(jù)給接受的終端。射頻接受電路收到有現(xiàn)場(chǎng)傳輸過來(lái)的信號(hào)并通過串口方式傳輸給單片機(jī) ，在由單片機(jī)負(fù)責(zé)顯示、存儲(chǔ)。同樣數(shù)據(jù)采集終端通過按鍵給現(xiàn)場(chǎng)的模塊發(fā)送指令命令現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成各