无线数据传输系统设计开题报告Word格式文档下载.doc

1、职 称：讲 师 起止日期：2015.03.222015.04.03吉 林 化 工 学 院Jilin Institute of Chemical Technology吉林化工学院信控学院毕业设计开题报告1课题来源及选题的目的和意义课题的来源：自拟课题温度、湿度和人类的生产、生活有着密切的关系，并且随着人们生活水平的提高，人们对自己的生存环境越来越关注，而空气中温湿度的变化与人体的舒适度和情绪都有直接的影响，所以对温度、湿度的检测及控制就非常有必要了。随着生产的发展，一个低成本和具有较高精度的温度湿度测量仪在许多领域会代替人工操作，环境温湿度的检测与调节仪器的设计和开发具有非常大的市场前景和实用价

2、值。无线数据采集特别适用于复杂地形条件、高腐蚀性、建筑群、爆炸等场合，或者被采集对象是运动、旋转等情况。随着数字电路和射频电路制作工艺、低功耗电路、高能电池、微电子技术及集成电路技术的进步，无线通信技术取得了飞速的发展，无线通信的实现越来越容易，传输速度越来越快，可靠性越来越高，并且逐渐达到可以和有线网络相媲美的水平。无线传输越来越多的被应用在工业及民用的数据采集上，解决了一些布线复杂、甚至无法布线的情况。而无线传输介质采用的是电磁波，节省了架设电缆的所需的占地和各种花费及其给其他建筑的建设带来的不便，应用起来更加方便。在应用单片机编解码接口技术的无线通信系统中，采用多字节地址编码，收发器的数

3、量不受限制；具有电路简单、功耗小、体积小、成本低等优点，非常便于使用，设施都很简便适合更换场合反复利用。2 本课题所涉及的内容国内外研究现状综述近年来，国内外在湿度传感器研发领域取得了长足进步，湿敏传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展，为开发新一代湿度/温度测控系统创造了有利条件，也将湿度测量技术提高到新的水平。然而湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要有电阻式、电容式两大类。湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。湿敏电阻的种类很多，例如金属氧化物湿敏电阻

4、、硅湿敏电阻、陶瓷湿敏电阻等。湿敏电阻的优点是灵敏度高，主要缺点是线性度和产品的互换性差。湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。湿敏电容的主要优点是灵敏度高、产品互换性好、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造、容易实现小型化和集成化，其精度一般比湿敏电阻要低一些。国外生产湿敏电容的主要厂家有Humirel公司、Philips公司、Siemens公司等。以Humirel公司生产的SH1100型湿敏电容为例，在55%RH时的电容量为180pF（

5、典型值）。当相对湿度从0变化到100%时，电容量的变化范围是163pF-202pF。温度系数为0.04pF/，湿度滞后量为1.5%，响应时间为5s。除电阻式、电容式湿敏元件之外，还有电解质离子型湿敏元件、重量型湿敏元件（利用感湿膜重量的变化来改变振荡频率）、光强型湿敏元件、声表面波湿敏元件等。进入二十一世纪，由于微电子技术和信号处理技术的进步，无线通信的实现越来越方便，无线技术得到了很大的发展，深入了工业控制、民用通信和家居应用等各个行业，相关技术和种类也有了长足的进步，并建立起一系列技术标准，目前的主要有：卫星技术、蜂窝技术和2.4G无线技术。卫星技术由于成本高昂，目前还不是被广泛应用的技术

6、。蜂窝技术由于被用于普遍使用的无线电话，发展非常迅猛，它提供语音和数据的双向通信，目前主要有GSM/GPRS/CDMA等。2.4G由于传输速率较快且功耗很低，采用开放式网络协议，在价格上有绝对优势，所以在日常家居生活中得到了广泛的应用。无线通信系统总是倾向于采用更高的频率（更短的波长），以取得更大的信息传输容量。正是在这种原动力推动下，导致了无线电、电视、雷达和微波通信的产生，现在也同样推动了光通信技术的发展，光是频率更高的无线电波，因此光通信是有特殊意义的无线通信。自然界中的光波性质比较复杂，很难满足通信要求但是激光技术的出现，使人们采用相干光源进行通信成为可能。现代光纤的发明，将光通信推向

7、了新的高度。光纤通信以其极高的通信码率得到了广泛的应用，但与微波通信相比，光纤通信是有线通信，缺乏一定的灵活性。无线激光通信以激光束作为信息载体，不使用光纤等有线信道的传输介质，直接在太空、大气或水下传输，融合了微波通信和光纤通信的优点，早期的应用研究主要是在军用和航天上，随着各个单元技术的不断发展，近年来也已逐渐应用于商用的地面通信，并且各个单元技术仍在逐步完善和继续发展。无线激光通信正越来越受到各方面的重视。无线传感器网络是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。传感器技术、微机电系统、现代网络和无线通信等技术的进步，推动了现代无线传感器网络的产生和发展

8、。无线传感器网络扩展了人们信息获取能力，将客观世界的物理信息同传输网络连接在一起，在下一代网络中将为人们提供最直接、最有效、最真实的信息。无线传感器网络能够获取客观物理信息，具有十分广阔的应用前景，能应用于军事国防、工农业控制、城市管理、生物医疗、环境检测、抢险救灾、危险区域远程控制等领域。已经引起了许多国家学术界和工业界的高度重视，被认为是对21世纪产生巨大影响力的技术之一。2002年，美国Intel公司发布了“基于微型传感器网络的新型计算发展规划”。今后，Intel将致力于微型传感器网络在预防医学、环境监测、森林灭火乃至海底板块调查、行星探查等领域的应用。英国、日本、意大利等国家的一些大学

9、和研究机构也纷纷开展了该领域的研究工作。学术界的研究主要集中在传感器网络技术和通信协议的研究上，也开展了一些感知数据查询处理技术的研究，取得了一些初步研究结果。国内研究机构如中科院、清华大学、国防科技大学、哈尔滨工业大学以及浙江大学等学术团体对传感器网络进行了跟踪研究。中国计算机学会青年计算机科技论坛于2004年在北京召开了中国第一次关于Wireless Sensor Network的专题报告会。讨论了WirelessSensor Network技术及其在中国的发展问题。毋庸置疑，跟踪国外传感器网络技术的发展，并做出开创性的研究工作，对我们国家国防现代化的发展也具有重要的意义。3本课题有待解决

10、的主要关键技术问题 （1）实现温湿度自动检测； （2）实现无线数据传输。4课题研究的内容和实施方案（主要包括研究内容、拟采用的研究方法、技术路线、预期成果、所采取方案的可行性分析等）设计一个基于单片机的无线数据传输系统，完成温、湿度的自动检测、记录、显示等功能。通过键盘可以设定上限报警值，当采集到的温湿度值超出设定值时，发出声光报警提示操作人员进行必要的处理。目前CPU处理器种类繁多，我选用的是AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单

11、片机。AT89C51提供以下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

12、由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。无线模块我选用的是nRF24L01，nRF24L01是一款新型单片射频收发器件，工作于2.4GHz2.5GHzISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低，在以-6dBm的功率发射时，工作电流也只有9mA，接收时，工作电流只有12.3mA，多种低功率工作模式（掉电模式和空闲模式）使节能设计更方便。湿

13、度传感器我选用的是DHT11数字温湿度传感器，它是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗、抗干扰强，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳

14、选则。系统整体结构框图如图1所示：从机发射芯片温湿度采集显示接收芯片主机图1 整体结构框图通过温湿度传感器对温湿度进行数据采集，然后将数据通过无线发送芯片发送出去。同样，接收端接收芯片将无线传输过来的数据接收，在通过液晶将接收到的数据显示出来，从而实现对温湿度检测、无线传输、以及显示。预期成果：本系统的设计可以满足对现场温湿度的检测、显示、报警，同时，将采集到的数据进行无线传输。5完成本课题的工作计划及进度安排（包括文献查阅、外文翻译、开题报告、方案设计与实现、计算与实验、论文撰写等）设计总共16周。具体安排如下：2015.03.092015.03.20：调研、收集资料（书籍和案例）、外文翻译

15、；2015.03.222015.04.03：撰写开题报告；2015.04.052015.04.12：关键器件选取，熟悉关键器件性能；2015.04.142015.05.05：采用PROTEL软件进行硬件原理图设计，绘制软件流程图，完成毕业设计说明书第1章绪论部分；2015.05.072015.06.15：完成毕业设计说明书其余部分，撰写小论文；2015.06.172015.06.26：完善毕业设计相关资料、装订与提交，准备答辩。6参考文献（开题报告中参考文献数量一般应在812篇左右，建议其中，外文不少于3篇，学术期刊类文献不少于5篇）1 王小强,欧阳骏,黄宁淋.无线传感器网络技术与实现M.北京:化学工业出版社,2012.2 陈贵银,祝福.单片机原理及接口技术M.北京:电子工业出版社,2011.3 卓立,沈兰荪.一种短距离的无线连接技术J.电子技