无线数据采集系统设计设计开题报告Word下载.doc

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教师职称:

教授

学历：

本科

2000年4月22日

开题报告

一、选题依据

1.设计目的及意义

系统通过无线数据传输的方式将采集到的温度数据传输和是否光照信息传递给单片机然后经过处理后在液晶显示屏中显示出温度值和该区域是否有光照。

本设计系统拟采用以单片机为核心来设计采集周围环境的数据与收发电路控制单元，敏感元件采用温度传感器DS18B20以及光敏二极管完成物理参量检测，无线发射与接收电路采用MICRF102/MICRF007模块和调制与解调芯片PT2262\PT2272设计完成。

系统包括数据采集、传输、接收、显示。

数据监测节点和监测终端通过三态编码开关来相互控制，再通过LCD显示出监测结果，以够用和简化设计为原则。

设该项目预期要实现的目标是：

检测光的有无；

读取环境现场的摄氏温度。

一个终端和冗余量为255个的前端，都要实现数据采集和传输。

对于光强的检测只要能分清白天与黑天即可，温度的检测范围为-40度到+40度，分辨率不大于2度。

无线数据采集是目前一种流行而且实用的技术。

经调查目前无线数据数据采集器的市场需求非常大，以数据采集应用为核心构成的小系统应用非常广泛。

因此开发高性能的数据采集器具有良好的前景。

本题目提供通过无线接收电路收集温度与光照信息温度传感器的理论。

该系统可用于环境控制，探测建筑物，仪器或机器的温度以及过程检测和控制方面非常有用。

现代工业生产和科学技术研究的各行业中，通常需要对各种数据进行采集。

通常要求：

方案成本低、体积小、低功耗、符合电池供电要求、集成度高、无需微调外部元件、外围元件极少、加工更容易、数据传输率高、传输时间更短、接口简单、可以与廉价的单片机接口。

2.设计拟解决的工程实际问题

温度测试：

综合湿度、无线干扰等因素，温度测量结果一定会产生误差。

为降低误差可以在不同时间段进行测试。

我们用显示温度计的温度值作为标准的环境温度，与探测节点的温度进行比较。

光度测试：

采用遮挡光敏传感器的方法实现。

根据多次测量，节点能达到测试光度有无的要求。

3.设计拟应用的现场资料综述

在实习中我们了解到该环境监测系统可在鲜花培育中得到广泛应用。

随着社会的发展,人民生活水平的提高,鲜花的需求量增长迅速。

为了提高我国培育的鲜花在国际上的竞争力,需要利用科技提高培育鲜花的技术水平。

其中温度的监测是最重要的一个指标。

同时，阳光照射的长短也直接影响鲜花的质量。

所以在鲜花培育基地中都会用一个系统来检测其温度与光照。

在超市中食物经常要在柜台上放置好几天以便让顾客选购。

为了防止食物变质要对超市内温度进行严密的监控。

为了保持室内的亮度可用一个光敏电路来控制超市的亮度。

这样做可以为超市节约许多开支。

4.设计拟应用的文献综述

现代科技日益向高速化、智能化、信息化、网络化发展，各种各样的制造业和通信业的很多设备除了可以与计算机联机外，还可以互相联机，而实现设备间相互联机的最具发展潜力的方式就是无线通信。

与有线通信方式相比，无线通信具有一系列优点，特别适用于手持现场设备、电池供电设备、遥控遥测设备、工业数据采集系统、无线数字语音和数字图像传输等。

在工业、科学研究以及医疗设备中，目前出现了大量需要进行通信的设备，这些设备通信距离较近、数据量较小、不适合布线。

比如自动抄表系统、酒店点菜系统以及现场数据采集系统等，其中有很多设备是可移动的，而且要求荷重小便于携带。

实现上述不同的功能要求，有不同的方案选择，从而使通讯设备具有体积小、功耗低、成本低、使用方便等特点。

双向无线发射、接收机应满足便携式电池供电设备的一些基本要求，才能适用于无线RF应用。

单片机处理需要发送的数据，利用串口将数据传输到无线数据传输模块的发送端，串行信号经调制发送到与地面计算机，经行数据处理和数据记录。

为实现单片机和微机之间的无线数据传输，首先需要选择合适的无线收发的器件或者是模块，其次需要了解该器件或者是模块如何与单片机以及微机链接的，以及在设计过程中遇到的问题如何解决。

5.设计相关技术的国内外现状

近十几年来，随着移动通信技术飞速发展，越来越多的信息采集和远程控制系统采用了无线数据采集技术，它与有线数传送相比主要有布线成本低、安装简便、便于移动的优点，而且随着互联网技术的迅猛发展和快速普及，越来越多的基于

单片机为微控制器的测控设备或智能仪器仪表都需要通过互联网上进行数

据交换或传输数据。

单片机的发展趋势主要向：

1，多功能；

2，高效率和高性能；

3，低电压和低功耗；

4，低价格。

在单片机领域中德州仪器提供了TMS370和MSP430两大系列通用单片机.TMS370系列单片机是8位CMOS单片机,具有多种存储模式、多种外围接口模式,适用于复杂的实时控制场合;

MSP430系列单片机是一种超低功耗、功能集成度较高的16位低功耗单片机,特别适用于要求功耗低的场合。

ATMEl公司的8位单片机有AT89、AT90两种型号,AT89系列是8位Flash单片机,与8051系列单片机相兼容,静态时钟模式;

AT90系列单片机是增强RISC结构、全静态工作方式、内载在线可编程Flash的单片机,也叫AVR单片机。

二、设计方案及技术路线

本设计的主控单片机采用AT89S52、温度测量采用DS18B20、光照信息可采用光敏二极管来判断、无线收发芯片采用PT2262\PT2272，其芯片内含编号预置功能。

1探测结点

探测结点所完成的功能为：

环境温度及光照信息的测量；

接收其它探测结点发出的环境信息和监测终端的命令信息；

发送环境信息数据；

编号预置功能。

单片机

（AT89S52）

温度信息

无线发射装置

光照信息

2监测终端

监测终端所完成的功能为：

发送命令信息；

接收探测结点发出的环境信息；

显示所探测结点的环境信息。

主控单片机采用AT89S52、显示采用LCD（128×

64）、发射与接收与探测结点一样。

各探测结点环境信息显示

无线接收装置

3无线收发电路设计

基于单片机无线收发电路由MICRF102单片发射器芯片、MICRF007单片接收器芯片组成，它们工作在300——440MHzISM频段；

具有ASK调制和解调能力，抗干扰能力强，适合工业控制应用；

采用PLL频率合成技术，频率稳定性好；

接收灵敏度高达－96dBm，最大发射功率达－2.5dBm；

数据速率可达2Kb/s；

低工作电压：

4.75——5.5V；

功耗低，接收时电流3mA，发射时电流7.75mA，接收待机状态仅为0.5μA，发射待机状态仅为1.0μA；

可用于单片机之间的串行数据无线传输，也可在单片机数据采集、遥测遥控等系统中应用。

4温度和光照信息测量

相对环境温度的检测常用热电阻温度传感器，本次试验直接采用了串行温度数字传感器DS18B20，DS18B20对温度进行检测更为简单实用。

它支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55至+125摄氏度，温度精度为0.5摄氏度。

它的主要特点是测量精度高、性能稳定。

关于判断环境光度有无的电路，如果采用光敏电阻连接会使电路连接复杂、繁琐。

光照信息采集模块主要有光敏电阻和电压比较器LM324组成，电路结构如下图所示：

在光照条件下，光电二极管处在导通状态，输入电压比较器的电压比

参考电压大，比较器输出高电平。

在无光照条件下，光电二极管截止，是输入电压比参考电压小，判决器输出低电平，单片机通过高低电平来确定判断光的有无。

三、可能存在的问题及解决措施

信号在传输过程中难免会产生一定噪声，而且噪声的大小与距离成正比。

信号传输过程中遇到物理障碍物如高楼大厦，不仅阻挡微波无线信号，它还能把电磁的能量给吸收掉，生成弱电流泄流掉。

因此，无无线信号在家庭环境中最大的金属物体的障碍物是内有钢筋网的楼板，这个方向的信号几乎没有穿透的可能。

要能穿透，信号也是非常的弱；

另外如果在无线环境中存在多台无线设备还有可能存在频道冲突，无线信号串扰的问题；

距离无线设备及电缆线路100米内的无线电发射塔、电焊机、电车或高压电力变压器等强信号干扰源，也可能会对无线信号或设备产生强干扰；

信号实在室外传播天气情况对无线信号影响也很大，如果是在雷雨天或天气比较阴沉的时候信号衰减比较厉害，而晴天里信号能传输的距离会更远。

想要克服这些问题就得选择合理的器件，并设计好发送接收电路。

在应用时尽量不要把探测器放在手机等有干扰信号物品旁边。

四、设计成果

本系统以AT89S52单片机作为内核，采用DS18B20和光敏二极管等元器件制作电路图，然后经编程调试。

系统可以判断光的有无和进行温度测量。

同时，翻译了外国文献，了解了国外该课题的研究现状。

五、进度计划

阶段

起始日期

终止日期

进度

技术指标

第一阶段

2010.03.22

2010.05.5

收集中英文资料，撰写开题报告

全面丰富课题内容

第二阶段

2010.05.6

2010.05.23

画出整个主电路图

符合精度要求

第三阶段

2010.05.24

2010.06.9

完成硬件电路设计和软件编程

设计合理机构化、模块化

第四阶段

2010.06.10

2010.06.16

进行软件调试与仿真，撰写毕业论文

实现制动控制

六、参考资料

1李华.MCS-51系列单片机实用接口技术.北京：

北京航空航天大学出版社，1993.

2黄贤武传感器原理与应用成都电子科技大学出版社2003

3严仲豪谭祖根非电量的检测技术北京机械工业出版社1983

4王卫东等高频电子电路北京电子工业出版社2004

5华成英童诗白编著模拟电子技术基础北京高等教育出版社2008

6刘坤赵洪波等51单片机应用开发技术大全北京人民邮电出版社2008

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