无线环境监测模拟装置-论文.docx

无线环境监测模拟装置（D题）摘要本系统由无线感应线圈组成的多点探测-检测终端组成，实现了多监测点（实际用两个监测点模拟多个监测点）与监测终端的半双工通信，终端监测点可实时采集子监测点的周边温度和光照信息,并可以通过中点监测点进行主-从机之间的数据通信，系统采用带载波的FSK调制方式，子监测点及终端监测点以可3V电池供电低功耗的AVR Atmega16L单片机为控制核心，以MOTOROLA公司推出的单片调频发射集成芯片MC2833构成FSK调制电路，MC3363单片窄带VHF调频接收芯片组成FSK解调电路，光敏电阻及数字温度传感器DS18B20组成传感系统。本设计思路清晰，机构简单合理，电路造价低廉，实现了题目中要求的大多数功能指标,监测模拟装置探测时延不大于5s，通信距离可达50cm以上。一、系统方案无线环境监测模拟装置总体方案无线环境监测模拟装置分为主机（监测终端）和从机（环境监测点）两部分。主机（监测终端）包括AVR单片机控制系统，显示界面和FSK调制-解调电路，从机（环境监测点）除了包括AVR单片机控制系统和FSK调制-解调电路还包括环境监测传感系统。由于系统要共用天线，所以采用了射频专用切换开关，并且为了降低功耗和排除干扰还进行了收-发电路的电源供电切换，确保了每套FSK调制-解调电路收和发的单独进行。由单片机程序控制切换发射数据和接收数据。系统框图如下：主机框图：12864液晶显示模块 耦合线圈AVR Atmega16LFSK调制-解调电路及控制开关 1.5V干电池两节FSK调制-解调电路及控制开关1.5V干电池两节AVR Atmega16L光敏电阻、数字温度传感器从机框图： 耦合线圈二、理论分析与计算：1.调制方式选择： 方案一：采用ASK方式。 优点是便于解调；缺点是容易受增益变化的影响，抗干扰能力较差。 方案二：采用PSK调制。 优点是抗干扰能力强；缺点是解调不便。方案三：采用FSK方式。这种调制方式抗噪声和抗衰减性能好。考虑到基站能较准确的正确识别站点A和站点B采集的环境信息，必须有很好抗干扰能力，因此选择FSK的方案进行调制解调。 2、通信方式选择 方案一：串口通信。 优点是有标准的通信协议，便于编程；缺点是对传输的信号要求十分严格，误码高。 方案二：I/O口模拟通信。 这种方法需要自定义通信协议，传输信号的位数可自定义，且误码率较低。通过以上两种方案的比较，方案二更易于实现该系统的功能及要求。3、FSK调制发射电路设计：方案一：采用晶体振荡器以及集体三极管构建无须调整的晶体振荡电路来进行FSK调制及发射，该方案虽然成本低廉，但缺点是参数一致性较差，容易受外界干扰，调试不方便。方案二：采用专用集成芯片MC2833进行FSK调制及发射，该方案容易实现，调试简单，成本也不高。因此选者方案二。4、FSK解调接收电路设计：方案一：采用FPGA芯片直接进行FSK信号的解调，可以进行多种校验已达到最佳的数据接收。但该方案成本较高，且另需专门的FSK接收电路，实现较复杂。方案二：采用专用的集成芯片MC3363对FSK信号进行接收，放大，解调。因方案二成本较低，实现容易，且集接收，放大，解调于一体，方便单片机处理。5、耦合线圈的匹配理论（1）并联LC谐振回路图一是由电感L、电容C和外加信号源组成的并联谐振回路。r是电感L的损耗电阻。LC并联谐振回路的谐振频率：0= 图1 LC并联谐振回路（2）串联LC谐振回路图二是串联谐振回路的基本形式，其中是电感的损耗电阻，l是负载电阻。按照与并联回路的对偶关系， 直接给出串联回路的谐振频率： 0= 图2 LC串联谐振回路（3）串、 并联谐振回路阻抗特性比较图3 串联谐振回路与并联谐振回路的阻抗特性曲线图三是串联谐振回路与并联谐振回路的阻抗特性曲线。由图可见，前者在谐振频率点的阻抗最小； 后者在谐振频率点的阻抗最大。所以，串联回路在谐振时，通过电流I0最大； 并联回路在谐振时，两端电压U0最大。 在实际应用时，串联回路适合与信号源和负载串联连接，使有用信号通过回路有效地传送给负载；并联回路适合与信号源和负载并联连接，使有用信号在负载上的电压振幅增大。 综上，感应器使用LC并联谐振方式，以获得最大感应电压。三、电路与程序设计：图4 FSK调制发射电路图5 FSK解调电路图6 从机控制电路软件流程图 本系统的终端和节点A及B皆由AVR单片机进行控制。AVR系列单片机采用RISC精简指令系统。流程图如下：节点A初始化等待数据有数据NY判断指令0xaa0x550x5a0xcc采集本节点信息数据打包、发送延时5ms发送指令0xa5采集本节点信息数据打包转发送给B开启缓存接收数据等待接收完成数据处理打包发送给终端等待发送完成返回等待发送完成等待发送完成等待发送完成四、测试方案与测试结果1、测试所需仪器所用测试仪器如表1所列序号仪器型号数量1万用表DT-9508B12电源SS232313数字示波器TDS101214DDS函数波形发生器TFG2050V15虚拟示波器SS-7802A12、测试方案前期准备：先测试发射模块，调节天线匹配，匹配好后，用信号源输入3000赫兹的方波观察天线发射出的调