无线环境监测模拟装置 创新杯论文.docVIP

无线环境监测模拟装置 学院： 通信与电子工程学院 班级： 电子071 组长： *** 同组成员： *** *** 日期： 2010年5月10日 摘要：本作品以AT89C51单片机为核心，利用数字温度传感器以及光敏电阻采集温度和光照信息；通过 ASK 调制和调谐式解调（Tone Decoder）进行数据通讯，并采用 CSMA 方式解决了多个节点公用同一信道的问题；采用存储转发机制以及对被转发的数据包赋予生命周期的方法，实现了自动转发功能以及对新节点加入和 离开的自动识别。探测节点全部采用通用器件，以 60mW 左右的平均功耗实现了节点间 0.7m 以及转发方式下 1.4m 的通讯距离，在达到指标要求的前提下降低了 功耗和成本。 关键词：ASK 调制，Tone Decoder， CSMA，存储转发； 目录 摘要 2 1 方案论证与比较 4 1.1 调制方案选择： 4 1.2 解调方案选择： 4 1.3 多点通讯方案选择： 4 2理论分析与参数计算、电路设计 5 2.1 收发电路分析 5 2.2 通讯协议分析 5 2.3 无线收发电路设计 6 2.4 传感器电路设计 7 2.5 软件设计 7 3统测试与数据分析 9 3.1讯距离测试。 9 3.2络测试。 10 3.3动转发测试。 10 34系统功耗测试。 10 4总结 11 1 方案论证与比较 1.1 调制方案选择： 方案 1：采用 FSK 调制，优点是具有较强的抗干扰能力。缺点是解调部分的硬件较为复杂。 方案 2：采用ASK 调制，优点是调制和解调的电路都相对简单，缺点是抗干扰能力较差。通过在干扰较小的频段选择合适的载频，并通过窄带滤波能够消除大部分干扰，所以本作品选择了 ASK 调制方式。 1.2 解调方案选择： 方案 1：对 ASK 信号放大与窄带滤波后，进行包络检波，再通过门限判决的方 法解调。该方案的成本低，缺点是抗干扰能力很差，窄带滤波器容易 偏频，难以调试。 方案 2：对 ASK 信号放大后，采用调谐式解调器（Tone-Decoder）进行解调， 解调器本身是个窄带锁相环，能够省去窄带滤波器，且本身抗干扰能 力较强；本作品中采用该方案。 1.3 多点通讯方案选择： 多个节点间共用了同一个通信信道，因此在主机以及多节点之间涉及到信 道复用问题。我们对比了以下方案： 方案 1：采用时间分隔机制的信道复用，如主-从式的轮询点名或令牌环网络。考虑到数据转发功能的实现必然要有多台主机，主-从式网络只允许一台主机显然不合适，而令牌环网络在节点随机离开后也会出现令牌无 法传递的问题。并且，当节点编号未知时，依次有哪些信誉好的足球投注网站 255 个节点耗时很长。 方案 2：基于碰撞侦测机制的信道复用，如 ALOHA、CSMA 等方式。优点是网络中每个节点都可以作为主机，随时可以主动发送数据到任何其他节点。缺点是数据包可能因随机碰撞而丢失，且通讯延迟不可预计。但题目 中要求 5 秒较为宽裕，而被传输的信息都是缓变量，允许进行多次重 发。其中 CSMA 方式在发送前进行载波侦听，不会出现 ALOHA 在信道拥 挤时将信道完全阻塞的现象，所以选择了 CSMA 方式进行信道复用。 系统整体框图如图 1，每个节点都采用AT89C51单片机对环境参数进行采集和换算。用单片机产生250kHz载波，将串口数据流作为基带信号，用门电路进行调制，再通过丙类放大器谐振放大后发射。线圈接收的信号通过两级三极管放大器进行 60dB 放大后，送入调谐式解调器进行解调，还原为基带信号，送至单片机串口；完成数据收发。 2理论分析与参数计算、电路设计 2.1 收发电路分析 1）载波频率的选择。 电磁波能量分为磁场分量与电场分量两部分，线圈（环 形天线）对其中的磁场分量敏感而对电场分量不敏感。虽然在理论上振荡频 率越高电磁波越容易被发射，但考虑到实际的测试环境中存在各种磁场干扰， 例如中波电台 500kHz-1.6MHz，短波电台 1.8MHz-29.7MHz，占据了题目所限 定频率范围的高端，因此我们选择 500kHz 以下的频率。又考虑到工频设备100Hz 磁场以及开关电源的磁场干扰大约数十 kHz 至 100kHz，我们取 250kHz的频率作为载波，避开了环境中可能的大部分干扰源。 2）发射电路分析。该系统中，信息通过磁场耦合，而线圈发