无线监测系统的研究与应用

论文摘要

无线监测系统综合了传感器技术、数据采集技术、现代无线通信技术等,能够通过各类传感器实时监测各种对象的数据,这些数据通过无线方式被发送至用户监控终端,从而实现监测各种对象的目的。无线监测系统比有线监测系统应用灵活、可移动性强、无需布线,将是今后监测系统发展的主要方向。本文展现了基于无线通信的多功能监测系统的构建思想和实现原理,并给出了整个系统实施的具体方案。文中详细说明了无线监测系统的软硬件设计和编程方法,分析了适宜于本系统特点的主要元器件的选取与电路设计,深入探讨了无线通信技术的相关技术与射频设计的问题,最终通过测试系统功耗、通信距离、抗干扰能力等方面来检验系统的性能。此外,本文还给出了无线监测中心系统界面的设计和各功能模块的具体实现方法。整个系统主要由三大部分组成:无线监测系统数据采集模块、无线传输模块和监控中心界面。数据采集模块是整个系统的核心,其设计包含硬件电路设计和软件编程。其中,硬件电路由数字传感器、模拟传感器、信号调理电路、数据存储器、数据显示、时钟电路、电源模块、微控制器等组成。软件部分主要用于通道控制、信号预处理、数据存储和时钟管理等。无线传输模块包括射频芯片的选型、电路设计、天线设计、电路板制作、射频收发程序编写和调试,并采取有效措施防止射频电路受到干扰。监控中心界面主要用于监测数据的接收、处理、显示和保存等。通过监控中心界面,用户可以快速浏览与查找监测数据及其波形,得到计算机分析的结果,从而掌握各监测点的情况。基于上述内容的研究与实现,本系统性能佳、操作方便、功能齐全,是一种新型、理想的多功能无线监测系统。此外,整个系统的设计思想和具体实现对今后同类系统的设计、开发和实现具有一定的指导意义和参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.2 无线监测系统的应用
• 1.2.1 桥梁监测
• 1.2.2 环境监测
• 1.2.3 军事安全
• 1.2.4 医疗领域
• 1.2.5 其他用途
• 1.3 研究内容与论文组织结构
• 2 无线通信技术
• 2.1 无线数据通信技术的发展概述
• 2.2 无线通信技术的优缺点
• 2.3 近距离无线通信方法的比较与选择
• 2.4 无线通信关键技术
• 2.4.1 调制方法
• 2.4.2 通信协议
• 2.4.3 曼彻斯特编码
• 2.4.4 差错控制
• 2.4.5 天线设计
• 2.4.6 发射功率与通信距离
• 2.5 提高无线通信距离
• 3 无线监测系统硬件设计
• 3.1 无线监控系统总体结构设计
• 3.2 系统框图设计
• 3.3 微处理器及外围电路
• 3.3.1 单片机选型要求
• 3.3.2 MSP430F149 单片机介绍
• 3.3.3 系统复位
• 3.4 电源模块设计
• 3.4.1 供电电池
• 3.4.2 稳压电路
• 3.4.3 升压变换电路
• 3.4.4 电压监测电路
• 3.5 传感器模块
• 3.5.1 模拟传感器
• 3.5.2 数字传感器
• 3.6 ADT70 信号调理电路
• 3.7 存储器的设计
• 3.8 时钟模块
• 3.9 模拟信号AD 转换
• 3.10 串行通信接口模块
• 3.11 无线传输模块的设计与实现
• 3.11.1 射频芯片的选型
• 3.11.2 nRF905 的介绍
• 3.11.3 nRF905 接口设计
• 3.12 硬件设计中抗干扰措施
• 3.13 无线监测系统硬件实物图
• 4 无线监测系统软件设计
• 4.1 下位机软件设计方案
• 4.2 编译环境
• 4.3 AD 转换软件设计
• 4.4 数字传感器软件设计
• 4.4.1 DS18B20 命令
• 4.4.2 单总线时序
• 4.4.3 软件设计
• 4.5 时钟模块设计
• 4.6 数据存储的软件设计
• 4.7 串行传输的软件设计
• 4.8 无线通信软件的设计
• 4.8.1 nRF905 寄存器操作
• 4.8.2 nRF905 程序设计
• 4.9 上位机软件设计
• 4.9.1 开发软件
• 4.9.2 串口通信模块设计
• 4.9.3 无线监测系统界面的设计
• 5 系统的节能策略
• 5.1 处理器模块
• 5.2 供电设计
• 5.3 无线传输模块
• 5.4 接口电路的设计
• 5.5 低压措施
• 6 系统的调试
• 6.1 系统调试前期准备和调试过程
• 6.2 系统的测试
• 6.2.1 测试环境
• 6.2.2 开阔地实验
• 6.2.3 室内实验
• 6.2.4 抗干扰测试
• 6.2.5 功耗测试
• 6.3 结果分析
• 7 总结与展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录