華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告模版

1、華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告書課題名稱課題來源指導(dǎo)老師基于 nRF24L01的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)課題類型AY導(dǎo) 師朱路學(xué)生姓名一文獻(xiàn)綜述謝小峰學(xué) 號(hào)20070610080125專 業(yè)通信工程隨著社會(huì)的發(fā)展及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)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(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，這種有線傳輸方式不僅布線繁瑣、費(fèi)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

2、線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不僅不用布線，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(gè)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(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)針對(duì)這些芯片設(shè)計(jì)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(shí)際的應(yīng)用。 文獻(xiàn)2 設(shè)計(jì)了一種基于 ZigBee 的土壤墑情檢測(cè)系統(tǒng)， 用于實(shí)時(shí)檢測(cè)土壤的濕度、溫度等墑情信息，并將采集到實(shí)時(shí)溫濕度數(shù)據(jù)信

3、息傳送給用戶，讓用戶及時(shí)掌握墑情并采取相應(yīng)的措施。文獻(xiàn)3 對(duì)基于 WSN 和 C/OS-的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究和設(shè)計(jì)，采用 C/OS-為內(nèi)核編寫網(wǎng)關(guān)軟件，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。文獻(xiàn)4 設(shè)計(jì)了基于 CC2420 的溫室無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室內(nèi)作物的生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行無線智能的調(diào)控。這些設(shè)計(jì)和研究有力地推動(dòng)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(duì)射頻芯片 nRF24L01 的應(yīng)用進(jìn)行了設(shè)計(jì)和研究，設(shè)計(jì)并制作了一套基于nRF24L01 的無線溫度傳輸系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。nRF24L01 是一款新型單片射頻收發(fā)器件 ,工作于 2.4

4、 GHz 2.5 GHz ISM 頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊 ,并融合了增強(qiáng)型 ShockBurst 技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。 nRF24L01 功耗低,在以-6 dBm 的功率發(fā)射時(shí)，工作電流也只 有 9 mA; 接收時(shí)，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(jì)更方便。整個(gè)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要涉及 nRF24L01 外圍電路的設(shè)計(jì)、微帶天線的設(shè)計(jì)及相應(yīng)控制電路的設(shè)計(jì)。其中微帶天線的設(shè)計(jì)制作是整個(gè)系統(tǒng)的技術(shù)難點(diǎn)，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)微帶天 線性能的好壞直接關(guān)系到整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，如果微帶天

5、線設(shè)計(jì)的不好 就可以導(dǎo)致數(shù)據(jù)發(fā)射不出去或達(dá)不到預(yù)定的傳輸距離。所以，在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，首先著手設(shè)計(jì)的是基于 nRF24L01 射頻無線收發(fā)模塊， 這里包括對(duì)射頻芯片 nRF24L01 外圍電路的設(shè)計(jì)和發(fā)射數(shù)據(jù)的微帶天線的設(shè)計(jì)。其它的控制電路設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，其中包括數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)顯示電路的設(shè)計(jì)和報(bào)警電路的設(shè)計(jì)。微帶天線是上世紀(jì)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(jiǎn)單、重量輕、剖面低、可共形、制造成本低、輻射效率高、容易實(shí)現(xiàn)雙頻、多頻段工作等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，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

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 的世界通用 ISM 免費(fèi)頻段，而包括藍(lán)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(duì)該頻段的天線進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)，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(cè)試效果。本文將在這些設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一款針對(duì) 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

7、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(jì)進(jìn)入的是一個(gè)傳感器時(shí)代，因此很多智能控制系統(tǒng)都先傳感其對(duì)應(yīng)控制的參數(shù)。本文感知的環(huán)境中的溫度，所以選用溫度傳感器。溫度傳感器是一種 把外界溫度信號(hào)轉(zhuǎn)成電信號(hào)的裝置。應(yīng)用于各類需要監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度的工作場(chǎng)合。溫度傳 感器的使用對(duì)工業(yè)控制、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、環(huán)境檢測(cè)、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

8、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(xiàn)宋曉偉， 孟國(guó)營(yíng)， 葉洋， 等.基于 nRF24L01 的無線溫度檢測(cè)系統(tǒng) J. 煤炭工程， 2010，（ 11）：11-12.靳廣超， 彭承琳， 趙德春， 等.基于 ZigBee 的土壤墑情檢測(cè)系統(tǒng) J. 傳感器與微統(tǒng) ,2008,27(10):92-94.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(shí)現(xiàn)J.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制， 2010， 18（ 8）： 1947-1949.吳金洪，丁飛，鄧志輝 .基于 CC2420 的溫室無線數(shù)據(jù)采集

9、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J. 儀表技術(shù)與傳感器， 2006 （ 12）： 42-43 ，51.陳浩，游佰強(qiáng) .藍(lán)牙微帶天線的設(shè)計(jì)和仿真J.廈門大學(xué)學(xué)報(bào)， 2005,44:307-311.Lan K,Chaudhuri S K,Safavi-Naeini S. A compact wide dual-band antenna for bluetooth and wireless LAN applicationsJ. Antennas and Propagation Society International Symposium, 2003, 2:926-929.Salonen P, Keskilammi

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12、大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告書二、方法及預(yù)期目標(biāo)：1、本課題的任務(wù)要求理解 nRF24L01 射頻芯片的工作原理，并設(shè)計(jì)該芯片的外圍工作電路；設(shè)計(jì)一天線，用于配合 nRF24L01 射頻芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)的無線傳輸；設(shè)計(jì)一個(gè)基于 51 單片機(jī)的采集控制系統(tǒng)；通過溫度傳感器實(shí)現(xiàn)環(huán)境中溫度參數(shù)的采集；實(shí)現(xiàn)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(jì)了如下方案： 首先根據(jù) nRF24L01 射頻芯片的工作原理設(shè)計(jì)其外圍的工作電路。然后根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求設(shè)計(jì)發(fā)射、接收數(shù)據(jù)的天線，并測(cè)試。最后設(shè)計(jì) 51 單片機(jī)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 1

13、2864顯示電路、控制蜂鳴器和 LED 報(bào)警電路。整體設(shè)計(jì)框圖如下：3、擬采用的研究方法整個(gè)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(jì)是基于硬件平臺(tái)的，所以根據(jù)任務(wù)要求先進(jìn)行硬件的設(shè)計(jì)，然后再根據(jù)設(shè)計(jì)制作的硬件平臺(tái)和任務(wù)要求進(jìn)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，MCU 采用的是 ATMEL 公司生產(chǎn)的性價(jià)比極高的 AT89S52 單片機(jī)。在發(fā)送端，通過單片機(jī)及其外圍電路實(shí)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(jìn)行設(shè)計(jì)和制作的， 在此模塊中， 主要是微帶天線的設(shè)計(jì)。 溫度傳感器采用的是由 Maxi

14、m-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(gè)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(jī)來控制nRF24L01 射頻無線收發(fā)模塊， 進(jìn)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(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程。包括實(shí)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(bào)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：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制電路板的設(shè)計(jì)及制作；無線收發(fā)模塊的設(shè)計(jì)及制作；單片機(jī)對(duì)無線收發(fā)模塊控制程序的編寫。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足如下要求：對(duì)溫度數(shù)據(jù)的采集；對(duì)無線數(shù)據(jù)的傳輸；對(duì)