外文翻译基于51单片机的近距离无线接收发模块设计.doc

《外文翻译基于51单片机的近距离无线接收发模块设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《外文翻译基于51单片机的近距离无线接收发模块设计.doc（18页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、 毕业设计（论文）中英文文献 题 目 基于单片机的近距离无线接收发模块专 业 名 称 班 级 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 20 年 6 月 5 日 第一章绪论1.1选课题的依据及意义目前，随着短距离无线数据业务迅速膨胀，近距离无线通信技术呈现出良好的发展势头。受到越来越多人的关注。因为在现实生活中存在着许多这样的应用情况，系统需要实时传输小量的突发信号，当然传统的无线通信技术虽然能够满足要求，但免不了存在成本高，体积大，功耗大的问题，这时成本小，体积小，功耗低的短距离无线通信技术就发挥了它的优势，尤其在传统无线通信系统难于或者不便于覆盖到的区域，短距离无线通信技术可以在近距离范围内

2、实现相互通信或相关操作。但是当今信息技术高速发展，形成了令人眼花缭乱的无线通信协议和产品。如何能够低成本、方便快捷的实现近距离无线通信，使它能够广泛应用在工业无线控制系统、家庭智能化建设、小型无线数据终端等无线传输系统中，成了一个很值得研究的课题。因此，寻找一种便捷的、能够满足数据通信要求的无线通信技术以解除线缆接复杂的一个必需解决的问题。无线通信技术与有线通信技相比解决了成本低的困扰。携带方便、不必穿墙钻孔口布线搭建网络简单快捷等优点。特别是在有线网络不通畅或由于现场环境因素的限制不便架设线路的情况况下，使用无线通信技术进行数据采集、传输显得更加实用、高效和快捷。近距离无线通信技术的应用前景

3、非常看好。比如利用传感器和网络可以实现医疗中的远程监测病人身体状况，实现家庭自动化中的照明设备、空调设备、门禁系统的远程控制，实现工业生产中的数据自动采集和处理，农业生产中的自动化、网络化和智能化。另外还可用在数字办公环境中，减少线缆布放的麻烦，提供高速数据传输。我们有理由相信在不远的将来会有越来越多的近距离无线通信功能的设备进入我们的生活，并将极大地改变我们的生活方式。本课题将微处理器技术和无线通信技术结合，力图以现场设备的无线化来解决有线通信带来的诸多问题。随着单片机无线收发芯片的出现，为简化无线收发电路的设计提供了一条新的道路。本文设计的基于IA4421无线收发芯片的近距离通信模块可以广

4、泛的应用于近距离数据传输中，且使用方便，可靠性强。1.2无线射频收发系统的介绍无线射频收发应用系统的关键就是射频收发电路，它可采用射频收发一体化芯片或单收单发芯片两种方案来实现。射频芯片一般工作在300M1000MhHz ISM频段，发射功率1020dB；调制方式常采用AM/FM/ASK/OOK/FSK中的一种或几种；可电池供电；可嵌入已有的,控制设备和便携式移动装置中；可直接与计算机、单片机等接口。设计包括硬件电路和软件设计2。硬件电路即无线射频收发电路，可分为三部分：模拟基带部分、数字基带部分和射频电路部分。软件编程主要是对基带部分和射频部分接口的通信方式的编程，还有对信号的编码解码（也可

5、由硬件编解码器完成）。无线射频收发系统包括模拟基带部分、数字基带部分和射频电路部分。模拟基带部分包括测控终端传感器、检测仪、及人机接口和电源装置等。数字基带部分主要是以单片机或者微处理器为核心，对要发射信号编码后送到射频电路发射和对接收信号解码进行处理并输出，负责控制整个系统的正常工作。射频电路部分以射频芯片为核心，通过外围电路及其参数的设计来实现无线数据的接收和发射。无线收发射频芯片内部一般集成了完整的接收和发射功能电路，芯片外部接少数几个到几十个分立无源元件即可实现无线数据的收发。射频芯片分单发芯片、单收芯片和收发一体芯片。设计时要充分考虑发射和接收芯片的匹配，各项指标要一致。本文采用ST

6、C12l2050AD单片机收发一体芯片IA4421来设计近距离的无线收发系统。1.3无线通讯的应用目前，在自动化领域中无线通讯技术协议主要是：对于用于现场设备层的无线短程网，采用的主流协议是IEEE 802.15.4(ZigBee)；对于大数据容量的短程无线通信，则是IEEE 802.15.3；而对于适应较大传输覆盖面和较大信息传输量的无线局域网，采用的是IEEE 802.11系列。其中应用的重点是无线短程网和无线局域网。1.3.1无线短程网现场设备层无线通信迅速进入工控领域，其中一个突破口是现场总线和无线通信技术的结合。以Zigbee网络为例，其特点是：1）功耗低：由于工作周期较短，收发信息

7、功耗低且采用休眠模式。2）数据传输可靠性高：采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。3）网络容量大：一个Zigbee网络可以容纳最多65536个从设备和一个主设备。一个区域内可以同时存在最多100个Zigbee网络。4）时延小：针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和休眠状态激活的时延都非常短。设备搜索时延典型值为30ms，休眠激活时延典型值为15ms，活动设备信道接入时延为15ms。5）兼容性：与现有的控制网络标准无缝集成。通过网络协议器自动建立网络采用CSMA-CA方式进行信道存取。为了可靠传递，提供全握手协议。6）安全性：Zigbee提

8、供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用AES128，同时各个应用可以灵活确定其安全属性。7）实现成本低：模块的初始成本较低。典型的产品和应用为：2004年Honeywell推出的基于ZigBee无线传输协议的无线变换器XYR5000系列；OMRON的无线链接Device Net现场总线主站WD30-ME和从站WD30-SE；德国schild knecht公司推出的无线Profibus-DP产品DE 3000系列；ABB在瑞典的Boliden加工厂利用Ember的无线技术进行的无线通信评估试验。1.3.2无线局域网自从1977年第一个民用网系统ARCnet投入运行以来，有线局域网以其广泛的适

9、用性和技术价格方面的优势，获得了成功并得到了迅速发展。然而，在工业现场，一些工业环境禁止、限制使用电缆或很难使用电缆，有线局域网很难发挥作用，因此无线局域网技术得到了发展和应用。随着微电子技术的不断发展，无线局域网技术将在工业控制网络中发挥越来越大的作用。在工业自动化领域，有成千上万的感应器、检测器、计算机、PLC、读卡器等设备，需要互相连接形成一个控制网络。通常这些设备提供的通信接口是RS-232或RS-485。无线局域网设备使用隔离型信号转换器，将工业设备的RS-232串口信号与无线局域网及以太网络信号相互转换，符合无线局域网IEEE 802.11b和以太网络IEEE 802.3标准，支持

10、标准的TCP/IP网络通信协议，有效的扩展了工业设备的联网通信能力。无线网络通信协议可采用IEEE 802.3来实现点对点传输方式或采用IEEE 802.11实现一点对多点传输方式，也可以在普通局域网基础上通过无线Hub，无线接入站，无线网桥，无线Modem及无线网卡等来实现，其中现场以无线网卡使用最为普遍。利用无线局域网组建自动化网络，相比之下具有有线固定网络无法比拟的优势：1）无线网络拓扑更适合网络应用：支持RS-232工业设备点到点的连接。支持广播拓扑，多个RS-232设备可组成对等网络，相互通信。（RS-232通信协议无法支持多点通信）。客户机/服务器的拓扑，每个RS-232设备都可以

11、方便、快捷的介入无线网络中，极大的提高了信息处理能力。2）无需布线，省去了施工的麻烦：无线局域网利用无线电波传输数据信号，适合于难于布线的环境中搭建数据的传输网络。在工业现场，铺设的线缆容易受到频繁的触碰损坏，无线网络则保证了网络的安全性。3）覆盖范围广：无线局域网在开放空间覆盖半径达550米，室内一般覆盖半径为300米400米，通过室外无线设备传输距离可以达到几十公里。现主要应用在远程视频传输、门禁、考勤管理系统、安防管理系统、生产设备联网自动化，电信/光纤网络监控、医疗/实验仪器联网自动化、工业/流程联网控制管理等领域。1.4 无线通信国内外的研究状况1.4.1国内研究状况当今无线通信在人

12、们的生活中扮演着越来越重要的角色,低功耗、微型化是用户对当前无线通信产品尤其是便携产品的强烈追求,作为无线通信技术一个重要分支的。短距离无线通信技术正逐渐引起越来越广泛。随之也加快了国内外对其的研究进度。从七十年代起，国内就开始了无线网的研究。在整个八十年代，伴随着以太局域网的迅猛发展，具有不用架线、灵活性强等优点的无线网以己之长补“有线”所短，也赢得了特定市场的认可。员会的规定，无论是常规无线通信还是扩频通信，都需先履行频率申请手续，按照中国国家无线管理委员会的规定，我国的无线管理委员会也为扩频通信在中国的普及和发展规定和开放了2.4002.484GHz专用频段。在IEEE通过了802.11

13、标准之后，无线通信和有线通信协议开始兼容。对应用来说，某种程度上的“兼容”就意味着竞争开始出现；而在IT这个行业，“兼容”，就意味着“十倍速时代”降临了。在MAC层以下，802.11规定了三种发送及接收技术：扩频技术；红外技术；窄带技术。而扩频又分为直接序列扩频技术和跳频扩频技术。而在近距离无线通信方面，出现的有影响力的技术主要有三种,分别是红外线技术、蓝牙传输、NFC技术。红外线IrDA，简称IR，可以进行无线数据的传输。自1974年发明以来，国内一直重视其对通信技术的应用意义。在国内得到很普遍的应用。红外传输是一种点对点的传输方式，无线，不能离的太远，要对准方向，且中间不能有障碍物也就是不

14、能穿墙而过，几乎无法控制信息传输的进度，红外传输有很大的局限性，于是出现了一种新的无线通信技术：蓝牙。蓝牙无线技术是现在市场上唯一得到认可的主导短距离无线技术。由于新兴技术产生，国内整个IT行业对于通信已经不是仅仅的是一项简单的技术，而是一种概念。当蓝牙联盟信誓旦旦地对未来前景作着美好的憧憬时，整个业界都为之震动，并且激发了国内对该项技术的浓厚兴趣，蓝牙无线技术是现在市场上唯一得到认可的主导短距离无线技术。这使得无线通信更加经济，有效德尔方向发展，就更加容易的加快国内无线通信行业的发展脚步。1.4.2 国外研究状况 在无线通信领域中，蓝牙无线技术是现在市场上唯一得到认可的主导短距离无线技术，蓝

15、牙创始人是瑞典爱立信公司，爱立信早在1994年就已进行研发。1997年，爱立信与其他设备生产商联系。1998年2月，5个跨国大公司，包括爱立信、诺基亚、IBM、东芝及Intel组成了一个特殊兴趣小组，他们共同的目标是建立一个全球性的小范围无线通信技术，即现在的蓝牙。它广泛应用于世界各地，可以无线连接手机、便携式计算机、汽车、立体声耳机、MP3播放器等多种设备。由于有了“配置文件”这一独特概念，Bluetooth产品不再需要安装驱动程序软件。此技术现已推出第四版规格，并在保持其固有优势的基础上继续发展。蓝牙无线技术是现在市场上唯一得到认可的主导短距离无线技术。目前应用最为广泛的是Bluetoot

16、h2.0+EDR标准，该标准在2004年推出，支持该标准的产品也于2006年大量出现。虽然Bluetooth2.0+EDR标准在技术上作了大量的改进，但从1.X标准延续下来的配置流程复杂和设备功耗较大的问题依然存在。为了改善蓝牙技术目前存在的问题，蓝牙SIG国际组织推出了Bluetooth2.1+EDR版本的蓝牙技术。该新版本改善了装置配对流程，且省电效果也更佳。而未来还将会有UWB超宽带版本、Wibree超低功耗版本等新的标准出现。目前在国外还有几种主流的短距离无线通信技术包括：高速WPAN技术；UBW高速无线通信技术，包括MB-OFDM、DS-UWB；WirelessUSB技术，Wirel

17、essUSB是一个全新无线传输标准，可提供简单、可靠的低成本无线解决方案。此外，还有低速WPAN技术和IEEE802.15.4/Zigbee，ZigBee是一种低速短距离无线通信技术。它的出发点是希望发展一种拓展性强、易建的低成本无线网络，强调低耗电、双向传输和感应功能等特色。ZigBeePHY和MAC层由IEEE802.15.4标准定义。IEEE802.15.4a是作为802.15.4的一个补充，其物理层的标准可能采用低速UWB技术。蓝牙底层(PHY层和MAC层)协议的标准版本为IEEE802.15.1，大多数标准的制订工作还是由蓝牙小组(SIG)负责。RFID是一种非接触的自动识别技术，其

18、基本原理是利用射频信号和空间耦合(电感或电磁耦合)传输特性实现对被识别物体的自动识别。RFID技术的发展得益于多项技术的综合发展，包括芯片技术、天线技术、无线技术、电磁传播技术、数据交换与编码技术等。一套典型的RFID系统由电子标签、读写器和信息处理系统组成。电子标签与读写器配合完成对被识别对象的信息采集功能；信息处理系统则根据需求承担相应的信息控制和处理工作。1.5 无线通信的发展趋势通讯系统和安全控制技术是当今国际自动化领域技术发展的热点。现场信息化的发展和先进的远程现场设备诊断使设备从被动性维护向主动性维护发展。目前，随着无线技术的革新，通信领域的技术人员都在研究“配置使用无线技术的可行

19、性”，以达到“风险最小化，资产使用最优化”的目标。而在专为“集成到远程操作控制器和SCADA系统”而设计的基本900MHz无线技术，广泛应用在各个自动化领域其实已经有1520年历史了。但即便是在应用历史超过20年，无线技术方案在实际通讯的采用率依然比较低。其原因最有可能就是：缺乏通信界能够接受的开放标准”、安全等级不够、传统的无线技术解决方案的灵活性与可伸缩性不足。然而，从技术上讲，使用无线技术不存在不确定的问题。在CONTROL ENGINEERING CHINA曹炜先生就提出预测：“无线技术在控制领域的大规模普及应用将在2010年左右。目前在国外，自动化的巨头正在积极地从事无线产品的开发。

20、在国内，首先需要对应用市场进行培育与培训，消除用户对无线方案的疑惑，意识到无线技术的独特优势，以迎来普及应用的一天”。无线通讯具体发展方向为：1）通信协议的标准化。如无线系统与现有的系统的共存性，不同厂家设备的相互可操作性以及系统之间的相互协作性；2）无线局域网今后的研究方向主要集中在安全性、可靠性、能耗性、移动和漫游、网络管理以及与其他移动通信系统之间的关系等问题上。其发展方向有：更高的通讯速率，增广的覆盖范围；与Wimax融合，支持高速、移动接入；3）现场总线的无线传输可行性正在评估，无线通讯技术将会和现场总线技术更加紧密结合；4）无线传输目前尚处在发展的早期阶段。无线技术首先会在楼宇自动

21、化、自动抄表、事故响应、设备监控等领域得到应用。当前较适宜应用的行业有：汽车制造、食品加工、制药和设备资产跟踪等；5）由于无线技术总类较多，技术特征差异比较大，无线通信只是现有有线通信系统的一种发展和重要补充，绝非一种替代，通信控制网络将向有线和无线相结合方向发展。The first chapter introduction1.1 choose topic basis and significanceNow, along with short-range wireless data business expansion, close wireless communication technol

22、ogy presents the good momentum of development. By more and more peoples attention. Because in real life there are many such application, the system need real-time transmission small amounts of sudden signal, of course, the traditional wireless communication technology although can satisfy request, b

23、ut unavoidably exists, big volume and high cost of power; the cost is small, small volume, low power consumption short-range wireless communication technology will play its advantage, especially in traditional wireless communication system is hard to be or not to facilitate covered area, short-range

24、 wireless communication technology at point-blank range can achieve mutual communication or related operations. But todays information technology high speed development, formed a dizzying wireless communication protocol and products. How to low cost, convenient realization near distance wireless com

25、munication, make it can widely used in industrial wireless control system, family intelligent construction, small wireless data terminals wireless transmission system, became a very worth of research. Therefore, looking for a kind of convenient, can satisfy the data communication requirements wirele

26、ss communication technology to remove cable connect complex. A must solve the problem. Wireless communication technology compared with wired communications technology solved low cost problems. Easy to carry, dont have to wear a wall drilling mouth wiring building network simple and quick, etc. Espec

27、ially in the cable networks dont unobstructed or because spot environment factors limit inconvenience of erection line condition, use wireless communication technology in data collection, transmission appears more practical and efficient and fast. Close the wireless communication technology applicat

28、ion prospect very promising. Like using sensors and network can realize the remote monitoring patients medical condition of body, realize the lighting equipment, home automation air-conditioning equipment, entrance guard system of remote control, the data in the production of industrial automatic ac

29、quisition and processing, agricultural production of automation, network and intelligent. Also available in digital office environment, reduce the trouble, provide wire &cable cloth high-speed data transmission. We have reason to believe that in the near future, there will be more and more close wir

30、eless communication function equipment into our life, and dramatically change the way we live.This subject will microprocessor technology and wireless communication technology with the field devices, tried to the wireless to solve many problems of cable communication brings. With the emergence of wi

31、reless transceiver chip microcontroller, a simplified wireless transceiver circuit design offers a new road. This design IA4421 wireless transceiver chips based on close communication module can be widely used in close data transmission and easy to use, and reliability.1.2Wireless rf transceiver sys

32、tem are introduced Wireless rf transceiver application system key is rf transceiver circuit, it can adopt rf transceiver integrated chip or single chip single charge two solutions to achieve. Rf chip general work in 1000MhHz ISM band correlation between 300M 10 20dB, transmit power; Modulation mode

33、often USES of AM/FM/ASK/OOK/one or some of FSK; But batteries; Can embed existing, control equipment and portable mobile device; Can be directly with the computer, singlechip interface. Design including hardware circuit and software design 2. Wireless rf transceiver hardware circuit namely, can be d

34、ivided into three parts circuit, analog baseband parts, digital baseband part and rf circuit parts. Software programming is mainly to the baseband part and rf part of the communication interface of signal, and the programming coding and decoding (can also be made by hardware codec finish). Wireless

35、rf transceiver system including analog baseband parts, digital baseband part and rf circuit parts. Analog baseband part includes measurement and control terminal sensors, detector, and man-machine interface and power supply device etc. Digital baseband part is mainly by SCM or microprocessor as the

36、core, to launch signal encoding to rf circuit after launch and decoding of received signal processing and output, responsible for controlling the normal work of the whole system. Rf circuit of rf chip as the core, through peripheral circuit and its parameters design to wireless data receiving and la

37、unch. Wireless transceiver rf chip internal general integration a complete set of receiving and launch function circuit, chip external meet a few to dozens of division passive components can realize the wireless data transceiver. Rf single chip, single chip runs a charge chips and transceiver chips.

38、 When the design should fully consider sending and receiving chip matching, every index should be consistent. This paper adopts single-chip transceiver integrated chip STC12l2050AD IA4421 to design close wireless transceiver system. 1.3The application of wireless communication At present, in the aut

39、omation wireless communication technology agreement mainly are: for for field equipment layer, using the wireless short-range nets of mainstream protocol is IEEE 802.15.4 (ZigBee); For large data capacity short-range wireless communications, is IEEE 802.15.3; And to adapt to larger coverage and larg

40、er information transmission throughput wireless LAN, the IEEE 802.11 series is. The key is used in wireless short-range nets and wireless LAN. 1.3.1 wireless short-range nets Field device layer wireless communication rapidly into industrial field, one of the breach is fieldbus and combination of wir

41、eless communication technology. For example, Zigbee network with its features are: 1) low power consumption: because working cycle is short, to send and receive messages low power consumption and adopt dormancy mode. 2) data transmission high reliability: adopted the collisions prevent mechanism, an

42、d also for the communications services should be fixed bandwidth reserved special time, to avoid the send information competition and conflict. 3) network capacity: a Zigbee network can accommodate up 65536 a from equipment and a main equipment. An area of the 100 most can coexist Zigbee network. 4)

43、 time delay small: in view of the application of the delay sensitive optimization, communication delay and dormancy state activation delay are very short. Equipment search delay typical values for 30ms, dormancy activation time delay typical values for 15ms, activities for channel access delay 15ms

44、equipment. 5) compatibility with the existing control network, standard seamless integration. Through the network protocol device automatic establishing network using CSMA - CA manner channel access. In order to have a reliable transmission, offer the whole handshaking protocols. 6) provides data se

45、curity: Zigbee integrity checking and jian right function, encryption algorithm adopts AES128, meanwhile each application can be flexible determine its security attributes. 7) to implement low cost: module of the initial low cost. The typical product and application for: 2004 launch of Honeywell wir

46、eless transmission agreement based on ZigBee wireless converter XYR5000 series; The wireless link Device OMRON.net fieldbus host WD30 - ME and from standing WD30 - SE; Germany schild knecht companies introduced wireless profibus-dp product DE 3000 series; ABB Boliden processing factory utilization i

47、n Sweden Ember wireless technology for wireless communication evaluation test. 1.3.2 wireless LAN Since 1977 first civil nets system has been put into operation, ARCnet wired LAN with its extensive applicability and technology price advantage, successful and have developed rapidly. However, in the i

48、ndustrial field, some industrial environment prohibited or restricted use cable or difficult to use cables, cable LAN very hard to function, therefore wireless LAN technology obtained the development and application. With the continuous development of the microelectronics technology, wireless LAN technology in industrial control network will play an increasing role. In industrial automation field, there are thousands of sensors, detectors, computer, PLC, card reader and other equipment, connected to each other to form a control network. Usually these facilities provide the communica