带无线通信数据采集器的设计
 
摘要：本设计的主要内容就是基于射频的无线数据采集系统研制的过程，对如何利用无线收发芯片nRF905设计的数据采集系统流程、开发方法以及开发过程做了详尽的阐述，并且在对设计完成的系统进行性能测试的时候给了具体的方案来实现。
  采用了模块化设计思想的设计系统，被划为数据采集块、无线通信模块、计算机显示处理模块这三大模块。完成现场数据的采集主要是利用数据采集模块；由AT89C51单片机控制模块，NRF905无线收发模块，键盘控制模块，存储模块，显示模块以及串行通信模块来组成系统，从而实现温度采集、无线的传输、存储以及显示，还能够通过RS232传到PC机中。完成无线数据的传输就是它的设计功能功能。
 
   关键词： AT89C51；NRF905；数据采集；无线传输
 
 
 
 
 
 
Design of wireless communication data acquisition
 
 Abstract: The main content of this design is to develop a wireless data acquisition system based on radio frequency, how to use the wireless transceiver chip nRF905 design of data acquisition system process, development method and development process in detail, and when to test the performance of the designed system to a specific program to achieve.
The design of the system the idea of modular design, can be divided intodada acquisition module, wireless communication module and computerdisplay and processing of the three modules. Field data acquisition is the use of data acquisition module; the AT89C51 MCU control module,NRF905 wireless transceiver module, keyboard control module, storage module, display module and serial communication modules to form thesystem, in order to achieve the temperature collection and wirelesstransmission, storage and display, but also to the PC through the RS232.To complete the wireless data transmission is designed and its function.
 
 
Key words：AT89C51;  NRF905; Data acquisition; Wireless transmission
 
 
 
 
 

 
目  录
 
摘要 I
ABSTRACT I             
第一章 序言
1.1 课题背景 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 设计的主要目标和任务 2
第二章 无线通信的开发介绍
2.1 无线通信技术的选择 4
2.2无线通信技术的发展和现状 5
2.3器件的选择及介绍 7
  2.3.1 无线传输芯片的选择 7
  2.3.2 主要器件的介绍 9
第三章 无线数据采集系统的描述
3.1单片机AT89C51主控单元和外围模块 16
3.2无线传输收发模块 16
3.3系统方案论证 16
第四章  系统的硬件设计
4.1 单片机硬件电路设计 18
4.2 复位电路 18
4.3无线收发模块 19
4.4电源模块 19
4.5数码管显示模块 20
4.6键盘显示模块 20
4.7存储模块 21
4.8串口模块 23
4.9数据采集电路 23
4.10系统总体电路图 24
第五章 系统软件设计
5.1 无线通信数据采集系统 25
    5.1.1信号采集模块 25
    5.1.2 单片机主控单元 25
    5.1.3 无线传输发送端 25
    5.1.4无线传输接收端 25
    5.1.5温度报警模块 25
5.2 系统所使用的通信协议 26
5.3 无线接收端系统主程序设计 26
5.4 无线接收端NRF905的工作流程 27
5.5 LED驱动子程序的设计 29
5.6存储模块程序的设计 31
第六章 结论
6.1课题总结 35
6.2结束语 35
致 谢 36
参考文献 37
附录Ⅰ 硬件电路图 38
附录Ⅱ 程序 39
 

第一章  序言

1.1 课题背景

随着智能控制快速的成长，采纳嵌入式编制为体系平台，随着无线数据网络体系被愈发普遍的使用。数据采集技术在现如今一经被环境监测、安全防护、工业控制等领域普遍利用。根据数据传输方式，数据采集系统通过导线连接，有线连接方式下数据传输速度很快，和这样一个高稳定可靠性可以满足绝大部分环境的需要，然而它布线的复杂、困难的扩展，使得操纵环境非常的受到限制，从而导致没有办法使越来越多的系统需求得到满足，伴随着无线通信技术的成熟以及普及，无线通信的完成成本愈发的低，传输的速度愈发的快，它的可靠性也愈发的高，种类也愈加的繁多，可以满足各种距离的应用。因此，在数据无线通信范畴将阐扬愈发紧要的作用。
最近几年的研究热点是一种近距离的无线传输体系，能够在某些步骤不方便或布线环境不允许的情况下下解决数据采集问题，针对有线网络布线麻烦，难维护等问题提供一些解决方案。在服务器客户端，伴着采集数据量的加多，保留和需要大量处理的数据，而且还提供数据分析服务的供求。数据存储方法若是存在不太好的问题，会产生数据监测和运行速度慢的后果，最终导致占用大量空间的历史数据，不断增加运行成本以及维护成本。所以将来数据采集体系的一个目标就是计划合理有用的数据保存方式来面对海量的数据侵袭。
从视图的深度研究和投资研究力量的角度，中国国内的水平还比较落后，与发达国家相比；除了可以更好的在从问题的点上服务科研外，在提高圣餐效率，减少风险事故发生的概率，这在全国也是有非常大的价值的，这还需要我们作进一步的研究还有改进。

1.2 国内外研究现状

伴着迅速发展的无线通信技术，将无线技术融合到工业应用以及如何在人们的生活中普及开来已经开始备受人们的关注，一些使用无线通信技术的数据采集系统的出现也吸引的人民的广泛注意。Bluetooth技术作为短距离无线通信标准的核心是，无线网和紫峰。10米左右就是蓝牙的有效范围，想达到100M可以增加发射功率，理想条件下的传输速率能达到1兆/秒。但是蓝牙节点数能被容纳的不多，比较大的网络根本没有办法组成，上述原因导致数据采集可覆盖的范围受到很大程度上的限制。现在，IEEE802.11是非常流行的无线标准，它关键用于接范围比较小的无线，IEEE802.11还是WLAN的重要指标。IEEE802.11b的传输速率高达每秒11M这一优点适用于无线局域网的建设，但其不仅耗非常的高，数据采集成本也特别高。跟ZigBee技术相比，它在距离远近、速率高低、复杂度、成本、功耗等方面有极大的优势。除了协议简单网络，并逐渐成为无线数据采集网络的最棒之选。
随着社会的快速成长和完善移动通信，码分多址，全球通，通信技术已经广泛运用于远程数据的无线采集。特别是通用分组无线服务技术网络，不仅高的网络覆盖率、而且成本较为低廉，在实践的过程中已被广泛使用，最成功的案例就是GPRS用于多媒体讯息的传输。然而GPRS网络的带宽很有限，被用于下行的是关键通道，而以上行为主的是工业应用，上述原因导致其上行带宽非常的小，一般小于20Kbps，无法用于实时传输大量数据。另外，当前尚未被广泛使用的3G等技术，它的覆盖范围收到限制，因此现如今远程对于传输大量的数据的数据采集系统依然存在较多困难。
   基于信号处理的故障诊断是通过观察和故障诊断信号分析。该方法无法形成通用的诊断体系来针对专门的检测设备，因此在各种复杂的断层面是力所不及的。伴着不断发展的数据挖掘技术，智能故障诊断早就是一个研究的热门。事实上，数据在计算机设备运行的过程当中已经被采集，并且对时间为单位区间数据进行了采集，从而可以准确的反映出实时变化的数据，所以，现在的关键点就是如何利用这些数据来判断故障。现在用于故障诊断的数据采集系统是不多的，需要进一步结合数据挖掘的理论和工业应用。

1.3  设计的主要目标和任务

先对温度传感器和无线通信收发芯片的发展进行了描述，联合体系方案的要求对达成温度数据采集和无线传输方案的策划思路以及体系的整体框架进行全面的求证，继而对系统的硬件电路部分以及落成各项功能相关的软件设计进行了全方面的阐述。高精度的温度测量系统关键由远程控制PC部分，温度测量部分，无线传输部分这三个构成。温度信号的采集和处理是测温部的主要任务，以便获得温度数据以高精度，最后是测试整个系统的性能。
短距离无线测量温度体系nRF905芯片的设计和实现是我们的主要研究。这是达成温测数据采集和无线传输的数字温度传感器DS18B20，无线手技术和计算机技术，系统采用nRF905的芯片嵌入的51微控制器内核为核心。其系统简单的结构，高的可靠性，快速的数据传输，易扩展的功能，在很多应用领域被适用。
硬件系统和软件系统是设计的主要内容。在硬件系统主要是嵌入式USB，温度等采集模块，RF收发模块和微处理器的选择的实现都参与了这部份。在软件系统中，一方面是完成上位机温度监控软件的设计;另一方面，数据采集的实现，数据处理和传输功能，所以现场可编程数据收集，实时传输和在线监控实现嵌入式单片机数据采集模块的数据。
 这项钻研是无线测量温度近距离通信技术体系的设计。主要安排如下：
      （1)在挑选温度传感器的时候应注重高精度，好的稳定性，强的抗干扰能力，方便处理信号传输，对多通道测量有利，快捷的安装，简易的维护，环境温度易补偿的器件；
       (2)在硬件电路的设计中，布局单一，容易达成，应该尽可能的使用总线，为了节约资本，使系统变成更容易的电路；
       (3)在硬件和软件设计时，为确保体系的稳定性，我们务必要增加系统的防干扰措施，同时保证系统的稳定性，使系统的抗干扰能力增强；  
       (4)软件设计时为使程度简单，调试便捷；
       (5)我们应该要通过软件设计来使无线数据传输的误码率减少。

第二章 无线通信的开发介绍

2.1 无线通信技术的选择

短距离和长距离无线通信就是无线通信的内容。实现远程通信基站使用的目的，称为远程通信，如移动通信，它的通信成本就普遍偏高。
现在，随着快速发展的电子技术，近年来的近距离通信飞速生长，无线收发芯片是世界厂商推出的最主要的芯片。大多数的功能被集成到近距离通信体系中的芯片内，通常使用的单芯片数字信号的RF收发器芯片，加上特殊的通信模块是由若干微控制器的外围设备构成。所有的高频振荡器，包括电感软件都集成在芯片上，基本良好，并具有稳定的性能不会受到任何干扰。一般使用的射频芯片FSF调制，工作在ISM频段，有着简易的数据传输协议或者简洁的加密协议，通信模块发射功率，它成立了由软件完成所有工作参数，如工作频率，所以用户并不需要深入了解无线通信的原理，想要实现基本的数据传输就只需要根据指令进行操作就行了。
小的体积，好的稳定性，低的功耗，很强的抗干扰能力是新一代的段激励无线通信数据体系最显著的几大特点。研制容易迅速，能够很方便地安装到各个设备上，以便实现配置之间的无线桥接，它更适用于建立一个家庭网络，及其在工业，民用领域较为常见。
无线通信技术的选择对于一个系统来说应该考虑以下几点：
(1)系统完成的功能要求；
(2)针对无线温度体系来说，传感器收集到的信号要被处理，并且要求有高的可靠性的系统，强的抗干扰能力和一个好的稳定性，而且作为无线系统来说，还有一项很重要的指标就是低功耗。
(3)开发简单
(4)成本低

2.2无线通信技术的发展和现状

21世纪信息时代的到来加剧了移动通讯和远程数据的需求，还有有限传输越来越多的成本，许多检测领域的重要性被用于无线传输正在慢慢被意识。在过去的日子里，无线通信领域有了不小的发展和进步，当中就包括射频电路和数字电路，低功耗电路，微电子应用技术和高能电池的选用。
目前有蓝牙、IEEE802.ll、IRDA、Zigbee、无线芯片技术和低功率短距离无线通讯等方案。

参考文献

[1]  张海滨，郑维智.短距离无线通信在控制中的应用[J].微计算机信息，2004， 11:129-130
[2]  杨乐.野外数据采集与远程传输系统设计[D],东北师范大学,2009
[3]  胡汉才编著.单片机原理及接口技术（第二版）[M].北京:清华大学出版社
[4]  张玉杰.单片机原理与应用技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007
[5] 李春杰,刘瑞霞.基于一种新型嵌入式系统级芯片的无线数据采集系统的设计[J].现代电子技 术,2006,(3):36-35.
[6]  梅丽凤.单片机原理及接口技术（第三版）[M].北京：清华大学出版社，2009
[7]  李武华，汪飞.无线收发模块在智能家庭网络中的应用[J].今日电子，6，2002:7-8
[8]  高芳,陆原.温度、湿度实时监测与报警系统的设计与实现[J].河北:河北大学信息学院.
[9]  王浩鸣.常用无线数据通讯技术比较[J].计算机与现代化.2005. 9
[10] 赖宜章,刘冰茹.实验室温度湿度测量控制系统[J].广东:广东自动化与信息工程,1999,2:31～33
[11] 黄丛生.基于DS18B20和MSP430的无线测温系统设计[J].湖北工业大学学报,2010(1):2-3
[12] 张鹏飞.超低功耗无线数据采集系统研究和设计[D].南京信息工程大学,2007
[13] 高鹏 安涛等编著，Protel入门与提高[M].人民邮电出版社，2001年6月
[14] 刘威.基于DS18B20和nRF905的多点无线测温系统[D].保存地:吉林大学电子科学与工程学院,2008
[15] 黄智伟.无线数字收发电路设计—电路应用实例[M].北京:电子工业出版社，2003.5
[16] 苏珊.基于nRF905芯片的无线数据传输系统设计[J].中国电子商务,2010,(11):33-47
[17] 求是科技.单片机典型模块设计实例导航[M].北京:人民邮电出版社,2004.5
[18] Dexter Malley,Bob Brown.A High-Speed, Multi-Channel Data Acquisition System.Naval Research Laboratory ,2004