華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計開題報告模版

1、華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告書課題名稱基于nRF24L01的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計課題來源指導(dǎo)老師課題類型AY導(dǎo) 師朱路學(xué)生姓名謝小峰學(xué) 號125專 業(yè)通信工程一文獻綜述 隨著社會的發(fā)展及科學(xué)技術(shù)的進步，越來越多的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相繼被開發(fā)出來，并在各領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，特別是在各種工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，這些系統(tǒng)有效地提高了生產(chǎn)效益。然而傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通常是通過RS485、CAN總線等有線方式來進行數(shù)據(jù)的傳輸，這種有線傳輸方式不僅布線繁瑣、費用高，而且容易產(chǎn)生斷線、短路等一些線路故障，越來越不能滿足現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求1。于是就誕生了很多基于無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)。無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不僅不用布

2、線，而且還具有很高的靈活性和適應(yīng)性，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。特別是隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，無線用在了生活生產(chǎn)領(lǐng)域的各個方面，比如近年來盛行的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)，代表著無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展方向，各種集成了MCU和射頻模塊的芯片也相繼被開發(fā)出來。目前，包括北歐集成電路公司（NORDIC）、TI公司等生產(chǎn)了一系列的射頻無線收發(fā)芯片，很多國內(nèi)外研究機構(gòu)針對這些芯片設(shè)計開發(fā)了各種無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并在相關(guān)領(lǐng)域得到了實際的應(yīng)用。文獻2設(shè)計了一種基于ZigBee的土壤墑情檢測系統(tǒng)，用于實時檢測土壤的濕度、溫度等墑情信息，并將采集到實時溫濕度數(shù)據(jù)信息傳送給用戶，讓用戶及時掌握墑情并采取相應(yīng)的措施。

3、文獻3對基于WSN和C/OS-的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究和設(shè)計，采用C/OS-為內(nèi)核編寫網(wǎng)關(guān)軟件，提高系統(tǒng)的實時性和可靠性。文獻4設(shè)計了基于CC2420的溫室無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于實現(xiàn)對溫室內(nèi)作物的生長環(huán)境進行無線智能的調(diào)控。這些設(shè)計和研究有力地推動了無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展，也為其在現(xiàn)代化工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用開辟了更廣闊的空間。本文針對射頻芯片nRF24L01的應(yīng)用進行了設(shè)計和研究，設(shè)計并制作了一套基于nRF24L01的無線溫度傳輸系統(tǒng)，以實現(xiàn)對環(huán)境溫度的遠程監(jiān)測。nRF24L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件,工作于2.4 GHz2.5 GHz ISM頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制

4、器等功能模塊,并融合了增強型ShockBurst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。nRF24L01功耗低,在以-6 dBm的功率發(fā)射時，工作電流也只有9 mA;接收時，工作電流只有12.3 mA，多種低功率工作模式(掉電模式和空閑模式)使節(jié)能設(shè)計更方便。整個傳輸系統(tǒng)的設(shè)計主要涉及nRF24L01外圍電路的設(shè)計、微帶天線的設(shè)計及相應(yīng)控制電路的設(shè)計。其中微帶天線的設(shè)計制作是整個系統(tǒng)的技術(shù)難點，設(shè)計的系統(tǒng)微帶天線性能的好壞直接關(guān)系到整個數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，如果微帶天線設(shè)計的不好就可以導(dǎo)致數(shù)據(jù)發(fā)射不出去或達不到預(yù)定的傳輸距離。所以，在整個系統(tǒng)設(shè)計中，首先著手設(shè)計的是基于nRF24

5、L01射頻無線收發(fā)模塊，這里包括對射頻芯片nRF24L01外圍電路的設(shè)計和發(fā)射數(shù)據(jù)的微帶天線的設(shè)計。其它的控制電路設(shè)計較為簡單，其中包括數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計、數(shù)據(jù)顯示電路的設(shè)計和報警電路的設(shè)計。微帶天線是上世紀末發(fā)展起來的一種新型天線,目前其理論分析無論是在深度和廣度上都趨于成熟,并因其具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、剖面低、可共形、制造成本低、輻射效率高、容易實現(xiàn)雙頻、多頻段工作等獨特優(yōu)點，在近十幾年得到了廣泛的研究和發(fā)展5。目前，微帶天線已經(jīng)出現(xiàn)了多種結(jié)構(gòu),比如倒L型6,倒F型(PIFA)7等,新興的還有光子隙微帶天線,各種技術(shù)各有特色,有著不同的應(yīng)用范圍。nRF24L01工作于2.4-2.5GHz的

6、世界通用ISM免費頻段，而包括藍牙、ZigBee等多種無線通信系統(tǒng)也都工作于該頻段上，因此，越來越多的專家學(xué)者對該頻段的天線進行了研究和設(shè)計，并相繼提出了微帶貼片形8、微帶線形9等2.4G天線結(jié)構(gòu)，并都取得了良好的測試效果。本文將在這些設(shè)計的基礎(chǔ)上，設(shè)計出一款針對nRF24L01射頻芯片的小型化線性天線，用于滿足系統(tǒng)的無線通信需求。本文通過nRF24L01射頻模塊發(fā)射的數(shù)據(jù)是經(jīng)傳感器采集的數(shù)據(jù)。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，各種傳感器，如溫度、濕度、光照、煙霧等傳感器也相繼被研發(fā)出來，并向數(shù)字式發(fā)展，可以說21世紀進入的是一個傳感器時代，因此很多智能控制系統(tǒng)都先傳感其對應(yīng)控制的參數(shù)。本文感知的環(huán)境中的

7、溫度，所以選用溫度傳感器。溫度傳感器是一種把外界溫度信號轉(zhuǎn)成電信號的裝置。應(yīng)用于各類需要監(jiān)測環(huán)境溫度的工作場合。溫度傳感器的使用對工業(yè)控制、科學(xué)實驗、環(huán)境檢測、醫(yī)療衛(wèi)生、農(nóng)林、氣象等多方面的溫度監(jiān)控有著重要的意義10。隨著科技水平的提升，溫度傳感器由分立元器件向集成元器件發(fā)展，由模擬溫度傳感器向智能數(shù)字式溫度傳感器發(fā)展。溫度轉(zhuǎn)換速率向更高速發(fā)展，轉(zhuǎn)換精度也向更高精度發(fā)展。系統(tǒng)可分為數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)顯示兩部分，通過溫度傳感器采集的溫度數(shù)據(jù)通過nRF24L01射頻無線收發(fā)模塊發(fā)送到數(shù)據(jù)顯示模塊并通過液晶顯示出來。參考文獻1 宋曉偉，孟國營，葉洋，等.基于nRF24L01的無線溫度檢測系統(tǒng)J.煤炭工程

8、，2010，（11）：11-12.2 靳廣超，彭承琳，趙德春，等.基于ZigBee的土壤墑情檢測系統(tǒng)J.傳感器與微統(tǒng),2008,27(10):92-94.3 袁朝輝，江輝軍，馬科，等.基于WSN和C/OS-的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究和實現(xiàn)J.計算機測量與控制，2010，18（8）：1947-1949.4 吳金洪，丁飛，鄧志輝.基于CC2420的溫室無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)J.儀表技術(shù)與傳感器，2006（12）：42-43，51.5 陳浩，游佰強.藍牙微帶天線的設(shè)計和仿真J.廈門大學(xué)學(xué)報，2005,44:307-311.6 Lan K,Chaudhuri S K,Safavi-Naeini S

9、. A compact wide dual-band antenna for bluetooth and wireless LAN applicationsJ. Antennas and Propagation Society International Symposium, 2003, 2:926-929.7 Salonen P, Keskilammi M, Rantanen J, et al. A novel Blue-tooth antenna on flexible subst rate for smart clothingJ.Systems Man and Cybernetics,

10、2001, 2(2):789-794.8 馬中華，陳朝陽，楊光松，等.2.4G藍牙微帶貼片天線的設(shè)計分析J.電子科技，2008，增刊：184-187.9 賈鵬，郜洪民.面向RFID應(yīng)用的2.4GHz微帶天線的設(shè)計與實現(xiàn)M.電子產(chǎn)品世界，2010，48-50.10 溫度傳感器./view/66411.htm.11 射頻無線模塊./view/.htm.12 祝常紅.數(shù)據(jù)采集與處理技M.北京：電子工業(yè)出版社.2008.13 李念強.數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計M.北京：機械工業(yè)出版社.2009.14 居敏花.基于AT89S

11、52的溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計M.山西電子技術(shù).NO.3,2009.15 張毅剛.單片機原理及應(yīng)用M.第1版.高等教育出版社.2003.課題類型：（1）A工程設(shè)計；B技術(shù)開發(fā)；C軟件工程；D理論研究； （2）X真實課題；Y模擬課題；Z虛擬課題 （1）、（2）均要填，如AY、BX等。華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告書二、方法及預(yù)期目標(biāo)：1、本課題的任務(wù)要求1) 理解nRF24L01射頻芯片的工作原理，并設(shè)計該芯片的外圍工作電路；2) 設(shè)計一天線，用于配合nRF24L01射頻芯片進行數(shù)據(jù)的無線傳輸；3) 設(shè)計一個基于51單片機的采集控制系統(tǒng)；4) 通過溫度傳感器實現(xiàn)環(huán)境中溫度參數(shù)的采集；5) 實現(xiàn)

12、溫度環(huán)境參數(shù)的無線傳輸和液晶顯示。2、本課題的整體方案 根據(jù)任務(wù)要求，設(shè)計了如下方案：首先根據(jù)nRF24L01射頻芯片的工作原理設(shè)計其外圍的工作電路。然后根據(jù)實際應(yīng)用要求設(shè)計發(fā)射、接收數(shù)據(jù)的天線，并測試。最后設(shè)計51單片機主控系統(tǒng)，包括控制溫度傳感器DS18B20采集溫度電路、控制液晶12864顯示電路、控制蜂鳴器和LED報警電路。整體設(shè)計框圖如下：3、擬采用的研究方法整個傳輸系統(tǒng)可大致分為硬件部分和軟件部分，而且軟件的設(shè)計是基于硬件平臺的，所以根據(jù)任務(wù)要求先進行硬件的設(shè)計，然后再根據(jù)設(shè)計制作的硬件平臺和任務(wù)要求進行軟件的編程。硬件系統(tǒng)主要為控制處理模塊和射頻無線收發(fā)模塊。在控制處理模塊，MC

13、U采用的是ATMEL公司生產(chǎn)的性價比極高的AT89S52單片機。在發(fā)送端，通過單片機及其外圍電路實現(xiàn)溫度的采集及無線發(fā)送模塊的控制過程。系統(tǒng)中的射頻無線收發(fā)模塊是基于nRF24L01進行設(shè)計和制作的，在此模塊中，主要是微帶天線的設(shè)計。溫度傳感器采用的是由Maxim-Dallas Semiconductor公司生產(chǎn)的數(shù)字式溫度傳感器DS18B20。此傳感器外接了3個引腳，VCC、GND、DQ（數(shù)據(jù)線）。VCC腳與DQ腳之間通常需接4.7K的上拉電阻。在接收端，同樣通過單片機來控制nRF24L01射頻無線收發(fā)模塊，進行溫度數(shù)據(jù)的接收，并在液晶上顯示出溫度值。軟件系統(tǒng)：軟件部分主要是根據(jù)任務(wù)要求對單片機進行編程。包括實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的采集，無線收發(fā)模塊的控制，液晶的顯示，蜂鳴器和LED警報等。程序采用C語言編寫，開發(fā)環(huán)境是Keil uVision2軟件。4、 本課題要研究或解決的問題及預(yù)期效果 擬解決的關(guān)鍵問題：(1) 單片機控制電路板的設(shè)計及制作；(2) 無線收發(fā)模塊的設(shè)計及制作；(3) 單片機對無線收發(fā)模塊控制程序的編寫。硬件系統(tǒng)設(shè)計滿足如下要求： (1) 對溫度數(shù)據(jù)的采集； (2) 對無線數(shù)據(jù)的傳輸； (3) 對采集的