无线控制演示系统毕业设计论文Word文档下载推荐.docx

1、所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。 日期：导师

2、签名： 日期：指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？3、论文（设计说明书）所体现的整体水平建议成绩：

3、（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量二、论文（设计）水平评阅教师：教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况2、对答辩问题的反应、理解、表达情况3、学生答辩过程中的精神状态评定成绩：教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）教学系意见：系主任：无线控制演示系统【摘要】 本文概述了无线控制演示系统项目选题的研究意义，介绍该项目的具体设计要求以及研究的主要内容与研究方法。根据项目的研究内容与设计要求，文中提出了无线控制演示系统系统实现的结构框

4、图，并指出模块的主要作用。在此基础上,文中还对电路模块进行了详细的理论分析、具体电路设计与实现，最后得出整个系统的完整电路设计。通过开发软件、编写程序，实现电子钱包及贵重物品的防盗系统功能。程序则是通过USB烧写到电路中，实现项目功能。本文还包含对该电路进行了PCB的制板、元器件的安装、实验的调试、实验数据的测量与处理。设计结果表明，该项目符合设计的要求。通过对该项目的研究，可以进一步促进cc430在实际无线领域中的应用，并开创防盗系统的另一个篇章。【关键词】 cc430，无线控制，电子防盗系统，电源模块，电路设计Wireless Control Demo System【Abstract】 T

5、his paper has summed up the research purpose of wireless control demo system and introduced the concrete designing requirement, main content and research methods of this project.According to the content of the project and designing requirement, this paper has proposed the structure block diagram tha

6、t wireless control demo system realizes and pointed out that the main function of the module. Based on this, the paper also carried out on the circuit module detailed theoretical analysis, the specific circuit design and implementation, and finally come to a complete circuit of the system.This paper

7、 also includes plate making PCB for the circuit, installation of components, adjustment of experiment and measurement, debugging of experimental data. The results indicate that this circuit satisfies with the project design requirement. Through the development of software, programming, realization o

8、f electronic purse and valuables security system functions. Procedure is programmed into the circuit through the USB to achieve the project functions.The study of this project can promote the application of cc430 in practice in the real wireless field. And create another chapter in the anti-theft sy

9、stem.【Key Words】 CC430, Wireless Control, Electronic Anti-theft System, Power Modules, Circuit Design图目录表目录第1章 绪论1.1 选题的背景和意义1.1.1 选题的背景近年以来，通信技术快速发展，短距离无线通信技术已经成为通信技术中的一大热点。各种网络终端的出现、工业控制的自动化和家庭的智能化等迫切需要一种具备低成本、低距离、低功耗和组网能力强等优点的无线互连标准。其中随着各种便携式个人通信设备与家用电器设备的增加，人们享受蜂窝移动通信系统带来的便利的同时，对短距离的无线与移动通信又提出了新

10、的需求，使得短距离无线通信异军突起，包括无线局域网（WLAN）、蓝牙（BlueTooth）技术、无线保真（WiFi）、超宽带（UwB）以及ZigBee技术等各种热点技术相继出现，均展现出各自巨大的应用潜力1。日前，德州仪器（TI）宣布推出在国际电子展上首次演示的全新CC430技术平台，该平台不仅有助于推动无线网络技术在消费类电子产品市场及工业市场的大规模应用，还可为基于微处理器（MCU）的应用提供业界最低功耗的单芯片射频（RF）解决方案。CC430平台既可降低系统复杂性、将封装与印刷电路板尺寸缩小50%，又可简化RF设计，从而将包括RF网络、能量采集、工业监控与篡改检测、个人无线网络以及自动抄

11、表基础设施（AMI）等在内的应用推向前所未有的水平。而随着我国经济水平的快速发展，人们的生活水平不断提高，拥有的贵重物品也日益增多，经常会出现贵重物品的遗忘、遗失或被盗窃现象等，从而给人们带来较大的经济损失和一些不必要的麻烦，在某些情况下还会造成严重的后果。人们希望能够拥有一种便携式的防盗设备，从而对贵重物品进行有效的管理2。1.1.2 国内外研究现状和发展趋势已经问世的不同原理的电子防盗系统包括声磁防盗系统、无线电/射频系统、电磁波系统、微波系统、分频系统、智慧型系统。音叉只有在振荡频率相同情况下才引起共振。声磁系统（Acousto Magnetic） 正是应用了这种物理原理，实现几乎零误报

12、的操作。无线电射频系统（Radio Frequency,RF）问世已有30多年历史，是较早应用 的电子防盗系统之一。它采用无线电射频作为系统发射接收检测信号，检测频率范围一般为7.x8.x兆赫兹。它有多种品牌的产品可供选择，成本低廉。电磁波系统（Electromagnetic System） 采用电磁波作为检测信号。微波系统（MicrowaveSystem）采用微波作为检测信号，不易受周围环境的干扰，它能够灵活地隐蔽式安装（如隐藏于地毯下或吊置于天花板），具有适合店内装饰及美观的优点。分频系统（Split Frequency）是采用高科技分频技术和超低频无线电信号的防盗系统。智慧型系统应用独有

13、的技术，是一个内部由集成电路控制、电池驱动、集硬标签与报警器组为一体的系统3。目前，国内市场上有电子防盗产品，如无线钱包等。无线钱包采用了光控电子技术，把物品随无线钱包一同放入口袋，通过光感原理，当防盗钱包掉落或被盗，设备发出报警信号。这类设备一般工作在一对一的模式下，一般不具备一对多的功能，功耗也较大。随着技术的不断更新，国内外也开始采用实用新的无线技术搭设无线防盗设备，如博物馆文物防盗设备。当然这些防盗设备具有一对多或多对多的控制功能。但这类设备一般运用在高档场合，价格较高不适合普通人的实用，而且一般不考虑功耗的问题4。1.2 研究内容和研究方法1.2.1 设计要求本项目开发的电子防盗器可

14、分为两个模块：无线接收器（Access Point，AP）和无线防盗卡（End Device，ED）。AP是信号接收和ED管理的中心，用户可以挂件的形式或者手腕等装饰品形式随身携带。在AP上集成了无线收发装置、LED和喇叭，当AP接通电源时，LED会闪烁从而标示ED设备的连接情况。当ED设备离开AP一定距离后，AP将通过喇叭进行报警。当AP电池电量变弱时，相应的LED将亮起，当ED设备的电量不足时，对应的LED将点亮。1.2.2 设计方法及思路本防盗器运用了Ti公司提供的SimpliciTI协议，具备一对多的通信功能，即以一个AP为中心，与多个接收器ED同时工作，从而形成多物品同时监控的功能。

15、通过这个功能，用户只要携带一个中央处理器，就可同时管理多达255个贵重物品。任何一个ED失效，均不会影响整个网络的工作，相应的设备会给出报警或显示。此外，本防盗器采用CC430低功耗特性，ED设备以心跳方式工作在低功耗模式，每次心跳的周期大约在2s3S，心跳工作时间在纳秒级别，工作时的电流约为几毫安，因此具备单电池长期工作的能力。同时，本防盗器还采用了CC430低电压检测功能，当电池电量过低时能够及时给出报警，提醒用户替换电池。第2章 系统的总体结构研究2.1 方案可行性分析2.1.1 芯片制定方案方案一：运用TI公司的芯片CC2430或者CC2431芯片能够提高性能并满足以ZigBee为基础

16、的2.4GHz ISM波段应用，及对低成本，低功耗的要求。它结合一个高性能2.4GHz DSSS（直接序列扩频）射频收发器核心和一颗工业级小巧高效的8051控制器。 CC2430的设计结合了8Kbyte的RAM及强大的外围模块，并且有3种不同的版本，他们是根据不同的闪存空间32，64和128kByte来优化复杂度与成本的组合。但是在运用芯片CC系列的芯片必须详细了解芯片中的底层协议，这对于初涉此类设计的本科毕业生增加了很大的难度5。方案二：运用CEL公司的芯片ZIC2410芯片ZIC2410内已经封装了协议SNAP，只要在语言python的调用下能快速简单的进行调试和实验。Python是一种面

17、向对象、直译式计算机程序设计语言，也是一种功能强大而完善的通用型语言，已经具有十多年的发展历史，成熟且稳定。这种语言具有非常简捷而清晰的语法特点，适合完成各种高层任务，几乎可以在所有的操作系统中运行6。综上所述，方案二更适合本人进行操作和实验。2.1.2 系统总体结构在本格项目中包含了三种类型的设备，它们是：Access Point-相当于一个hub，负责网络的建立和数据转发等；Range extender-中继器，负责数据转发以提高通信距离；End device-终端设备，负责数据接收和发送，和传感器绑向Access point提供采集数据。如图2.1显示了这三个设备之间的关系和整个项目的主

18、要结构。AP：信号接收；ED：管理的中心，中继器，便是无线主控器负责数据转发以提高通信距离。图2.1 主要架构第3章 系统关键技术3.1 Simplici TISimpliciTI是TI开发的一份专门针对其CCxxxx系列无线通信芯片的网络协议。按照其官方说法SimpliciTI是一个基于连接的点对点通讯协议。SimpliciTI是一种基于点对点通信的协议。它有两个基本拓扑：严格的映射；另一种是一对多的星型拓扑。AP主要用于网络管理。它支持的特性和功能，如存储和转发给睡眠终端的数据，管理网络设备的成员权限、连接权限等。AP也有中断设备的功能，譬如，它可以自己在网络中实例化传感器或激励。在星型拓

19、扑中，AP作为网络中的集成器。该协议能实现少量的API调用。这些API支持客户应用点对点的信息传递。两个应用之间的关联叫做连接（linking）。连接进程是通过基于可以相互发送信息的应用链接起来的。当一个链接建立的时候，它是双向的7。3.1.1 SimpliciTI简介SimpliciTI支持两种网络拓扑结构：直接的点对点通信结构和基于星型连接的网络拓扑结构。在星型连接中hub点在SimpliciTI中被称为Access Point,简写为AP。AP负责网络的构建和维护，它具备存储转发机制，因此可以对长期工作在休眠模式的低功耗设备提供较好的支持。同时SimpliciTI还支持泛洪方式进行广播数

20、据传输，这种数据通讯方式在各种报警器网络中使用尤为广泛，同时也显得非常必要8。SimpliciTI将其网络功能封装为几个API函数型式，应用程序可以通过直接调用其API函数实现点对点的通信。SimpliciTI对硬件资源要求非常低，除了程序空间所需要的flash和运行时随机变量所占用的RAM外，SimpliciTI不需要任何其他资源,它甚至不需要定时器，内部需要的定时器都是用软件模拟实现了。它在运行过程中不会进行动态内存分配因此根本不会占用程序的堆空间。如果MCU资源富裕我们可以配给SimpliciTI一个定时器以提供更好的服务。总体来讲SimpliciTI的特色是：低功耗通讯支持，存储转发机

21、制，支持休眠设备；低成本，最大使用8k Byte flash以及1k byte RA；网络结构灵活，支持p2p的连接方式和星型网络；使用方便，协议仅仅通过8个API借口和应用程序进行交互。3.1.2 设备类型SimpliciTI协议中规定了三种类型的设备，它们是：3.1.3 网络结构SimpliciTI支持多种网络拓扑，图3.1是其典型的无线传感器网络中使用的星型网络拓扑示意图。图3.2是烟雾报警器网络应用的一种情况，在这种情况下当一个设备感知发生烟雾警报，为了保证信息能够可靠的传输就采用泛洪的方式发送，这样的数据传输不是面向连接的9。图3.1 星型网络图3.2 烟雾报警器3.2 Simpli

22、ciTI的工作模式终端设备上电以后，首先完成系统初始化并向底层注册数据接收处理函数，然后启动一次加入中心节点的请求，该请求由广播方式发出，当得到中心节点响应后可以获取中心节点地址以及由中心节点构建起来的网络的信标（加入中心节点的过程不会导致可用连接数减少）。然后应用层程序一般会调用simpliciti启动link过程，建立一个到邻近节点的连接，连接建立成功simpliciti会反馈给应用程序一个句柄，之后应用程序就是用这个句柄进行通信。在任何一次通信过程中都可能通过range extender进行中转。设备之间通过调用link和linklisten建立起连接后就可以通过SMPL_send和SM

23、PL_receive进行端口到端口的数据收发了。同时为了检测信道好坏，simpliciti还提供一个ping指令用于测试通信效果。3.3 SimpliciTI的数据结构3.3.1 MCU相关的数据结构Typedef signed char int8_t;Typedef signed short int16_t;Typedef signed long int32_t;Typedef unsigned char uint8_t;Typedef unsigned short uint16_t;Typedef unsigned long uint32_t;3.3.2 SimpliciTI数据帧相关的数

24、据结构Typedef unsigned char linkID_t;LinkID_t定义了的数据结构类似于TCP/IP中的端口，这些端口是逻辑意义的面向于应用程序而存在的。应用程序之间建立的连接时基于端口的链接，而后的通信也是面向端口的通信。在linkID_t定义的所有端口中SimpliciTI保留了一个端口，这个端口由宏SMPL_LINKID_USER_UUD定义，该端口命名为无连接的用户数据端口，该端口数据可以被所用用户程序侦测。Typedef enum smplStatus smplStatus_t;smplStatus_t是一个枚举类型，它定义的是SimpliciTI运行过程中的所有可

25、能状态返回，具体项参见表3.1。表3.1 smplStatus_t 各项意义状态描述SMPL_SUCCESS操作成功SMPL_TIMEOUT操作超时退出SMPL_BAD_PARAM函数调用参数错误SMPL_NOMEM没有空间可以用来分配给rx port，connection table，output frame queueSMPL_NO_FRAME接收数据缓冲区无有效数据帧SMPL_NO_LINK连接请求发出后没有收到回复SMPL_NO_JOIN加入网络请求发出后没有收到回复SMPL_NO_CHANNEL频段扫描未找到有效频道SMPL_NO_PEER_UNLINK删除连接请求失败SMPL_TX

26、_CCA_FAIL因为CCA失败导致数据发送失败SMPL_NO_PAYLOAD接收到数据帧但无有效载荷SMPL_NO_AP_ADDRESS未设置Access point 的地址3.3.3 SimpliciTI接收数据处理机制Simpliciti接收数据的最小单位为数据帧，因为其外接的射频收发芯片是按帧为单位进行数据收发的。在适当的配置之下，射频芯片接收到数据帧后将发生一个中断告之MCU，MCU对响应这个中断并处理接收数据。Simpliciti中断调用并处理这个数据帧结构非常复杂，异常庞大，它几乎将除了用户应用程序外的所有simpliciti内部协议的接收处理都放在了中断函数中。Mrfi_SyncPinRxIsr:该函数由中断触发并调用，模拟物理层对数据进行接收。主要完成的工作是对帧完整性进行验证；对数据帧的校验和进行验证；根据自身地址和功能开关对地址进行过滤（地址过滤操作将允许广播地址通过）；转换帧信号标识（RSSI,LQI转换为DB位计量单位的量）。该函数涉及到的一个全局变量：mrfiIncomingPacket。这个变量专门用于对