华东交通大学毕业设计开题报告模版

1、华东交通大学毕业设计（论文）开题报告书课题名称课题来源指导老师基于 nRF24L01的无线数据传输系统设计课题类型AY导 师朱路学生姓名一文献综述谢小峰学 号20070610080125专 业通信工程随着社会的发展及科学技术的进步，越来越多的数据采集系统相继被开发出来，并在各领域的应用越来越广泛，特别是在各种工农业生产中，这些系统有效地提高了生产效益。然而传统的数据采集系统，通常是通过RS485、CAN 总线等有线方式来进行数据的传输，这种有线传输方式不仅布线繁琐、费用高，而且容易产生断线、短路等一些线路故障，越来越不能满足现代工农业生产的需求1。于是就诞生了很多基于无线传输的数据采集系统。无

2、线数据采集系统不仅不用布线，而且还具有很高的灵活性和适应性， 具有非常广阔的应用前景。特别是随着无线通信技术的快速发展，无线用在了生活生产 领域的各个方面，比如近年来盛行的无线传感器网络(WSN) ，代表着无线数据采集系统的发展方向，各种集成了 MCU 和射频模块的芯片也相继被开发出来。目前，包括北欧集成电路公司（NORDIC ）、 TI 公司等生产了一系列的射频无线收发芯片，很多国内外研究机构针对这些芯片设计开发了各种无线数据采集系统，并在相关领域得到了实际的应用。 文献2 设计了一种基于 ZigBee 的土壤墒情检测系统， 用于实时检测土壤的湿度、温度等墒情信息，并将采集到实时温湿度数据信

3、息传送给用户，让用户及时掌握墒情并采取相应的措施。文献3 对基于 WSN 和 C/OS-的无线数据采集系统研究和设计，采用 C/OS-为内核编写网关软件，提高系统的实时性和可靠性。文献4 设计了基于 CC2420 的温室无线数据采集系统，用于实现对温室内作物的生长环境进行无线智能的调控。这些设计和研究有力地推动了无线数据采集系统的发展，也为其 在现代化工农业生产中的应用开辟了更广阔的空间。本文针对射频芯片 nRF24L01 的应用进行了设计和研究，设计并制作了一套基于nRF24L01 的无线温度传输系统，以实现对环境温度的远程监测。nRF24L01 是一款新型单片射频收发器件 ,工作于 2.4

4、 GHz 2.5 GHz ISM 频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块 ,并融合了增强型 ShockBurst 技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。 nRF24L01 功耗低,在以-6 dBm 的功率发射时，工作电流也只 有 9 mA; 接收时，工作电流只有 12.3 mA，多种低功率工作模式 (掉电模式和空闲模式 )使节能设计更方便。整个传输系统的设计主要涉及 nRF24L01 外围电路的设计、微带天线的设计及相应控制电路的设计。其中微带天线的设计制作是整个系统的技术难点，设计的系统微带天 线性能的好坏直接关系到整个数据传输系统的数据传输质量，如果微带天

5、线设计的不好 就可以导致数据发射不出去或达不到预定的传输距离。所以，在整个系统设计中，首先着手设计的是基于 nRF24L01 射频无线收发模块， 这里包括对射频芯片 nRF24L01 外围电路的设计和发射数据的微带天线的设计。其它的控制电路设计较为简单，其中包括数据采集电路的设计、数据显示电路的设计和报警电路的设计。微带天线是上世纪末发展起来的一种新型天线,目前其理论分析无论是在深度和广度上都趋于成熟 ,并因其具有结构简单、重量轻、剖面低、可共形、制造成本低、辐射效率高、容易实现双频、多频段工作等独特优点，在近十几年得到了广泛的研究和发展5。目前，微带天线已经出现了多种结构 ,比如倒 L 型6

6、,倒 F 型(PIFA) 7 等,新兴的还有光子隙微带天线 ,各种技术各有特色 ,有着不同的应用范围。 nRF24L01 工作于 2.4-2.5GHz 的世界通用 ISM 免费频段，而包括蓝牙、 ZigBee 等多种无线通信系统也都工作于该频段上，因此，越来越多的专家学者对该频段的天线进行了研究和设计，并相继提出了微带贴片形8、微带线形 9 等 2.4G 天线结构，并都取得了良好的测试效果。本文将在这些设计的基础上，设计出一款针对 nRF24L01 射频芯片的小型化线性天线，用于满足系统的无线通信需求。本文通过 nRF24L01 射频模块发射的数据是经传感器采集的数据。随着微电子技术的发展，各

7、种传感器，如温度、湿度、光照、烟雾等传感器也相继被研发出来，并向数 字式发展，可以说 21 世纪进入的是一个传感器时代，因此很多智能控制系统都先传感其对应控制的参数。本文感知的环境中的温度，所以选用温度传感器。温度传感器是一种 把外界温度信号转成电信号的装置。应用于各类需要监测环境温度的工作场合。温度传 感器的使用对工业控制、科学实验、环境检测、医疗卫生、农林、气象等多方面的温度 监控有着重要的意义 10。随着科技水平的提升，温度传感器由分立元器件向集成元器件发展，由模拟温度传感器向智能数字式温度传感器发展。温度转换速率向更高速发展， 转换精度也向更高精度发展。系统可分为数据采集和数据显示两部

8、分，通过温度传感器采集的温度数据通过nRF24L01 射频无线收发模块发送到数据显示模块并通过液晶显示出来。参考文献宋晓伟， 孟国营， 叶洋， 等.基于 nRF24L01 的无线温度检测系统 J. 煤炭工程， 2010，（ 11）：11-12.靳广超， 彭承琳， 赵德春， 等.基于 ZigBee 的土壤墒情检测系统 J. 传感器与微统 ,2008,27(10):92-94.袁朝辉， 江辉军， 马科，等 .基于 WSN 和 C/OS-的无线数据采集系统的研究和实现J.计算机测量与控制， 2010， 18（ 8）： 1947-1949.吴金洪，丁飞，邓志辉 .基于 CC2420 的温室无线数据采集

9、系统的设计与实现J. 仪表技术与传感器， 2006 （ 12）： 42-43 ，51.陈浩，游佰强 .蓝牙微带天线的设计和仿真J.厦门大学学报， 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

10、 M, Rantanen J, et al. A novel Blue-tooth antenna on flexible subst rate for smartclothingJ.Systems Man and Cybernetics, 2001, 2(2):789-794.马中华，陈朝阳，杨光松，等.2.4G 蓝牙微带贴片天线的设计分析J. 电子科技， 2008，增刊：184-187.贾鹏，郜洪民 .面向 RFID 应用的 2.4GHz 微带天线的设计与实现M. 电子产品世界， 2010， 48-50.温度传感器 . HYPERLINK /view/66411.htm /view/664

11、11.htm.射频无线模块 . HYPERLINK /view/3325625.htm /view/3325625.htm.祝常红 .数据采集与处理技M. 北京：电子工业出版社.2008.李念强 .数据采集技术与系统设计M. 北京：机械工业出版社 .2009.居敏花 .基于 AT89S52 的温湿度检测系统的设计M. 山西电子技术 .NO.3,2009.张毅刚 .单片机原理及应用M. 第 1 版.高等教育出版社 .2003.课题类型：（ 1）A工程设计； B技术开发； C软件工程； D理论研究；（ 2） X真实课题； Y模拟课题； Z虚拟课题（ 1）、（ 2）均要填，如 AY、BX等。华东交通

12、大学毕业设计（论文）开题报告书二、方法及预期目标：1、本课题的任务要求理解 nRF24L01 射频芯片的工作原理，并设计该芯片的外围工作电路；设计一天线，用于配合 nRF24L01 射频芯片进行数据的无线传输；设计一个基于 51 单片机的采集控制系统；通过温度传感器实现环境中温度参数的采集；实现温度环境参数的无线传输和液晶显示。2、本课题的整体方案根据任务要求， 设计了如下方案： 首先根据 nRF24L01 射频芯片的工作原理设计其外围的工作电路。然后根据实际应用要求设计发射、接收数据的天线，并测试。最后设计 51 单片机主控系统，包括控制温度传感器 DS18B20 采集温度电路、控制液晶 1

13、2864显示电路、控制蜂鸣器和 LED 报警电路。整体设计框图如下：3、拟采用的研究方法整个传输系统可大致分为硬件部分和软件部分，而且软件的设计是基于硬件平台的，所以根据任务要求先进行硬件的设计，然后再根据设计制作的硬件平台和任务要求进行软件的编程。硬件系统主要为控制处理模块和射频无线收发模块。在控制处理模块，MCU 采用的是 ATMEL 公司生产的性价比极高的 AT89S52 单片机。在发送端，通过单片机及其外围电路实现温度的采集及无线发送模块的控制过程。系统中的射频无线收发模块是基于 nRF24L01 进行设计和制作的， 在此模块中， 主要是微带天线的设计。 温度传感器采用的是由 Maxi

14、m-Dallas Semiconductor 公司生产的数字式温度传感器 DS18B20。此传感器外接了 3 个引脚， VCC、GND、DQ（数据线）。 VCC 脚与 DQ 脚之间通常需接4.7K 的上拉电阻。在接收端，同样通过单片机来控制nRF24L01 射频无线收发模块， 进行温度数据的接收，并在液晶上显示出温度值。软件系统：软件部分主要是根据任务要求对单片机进行编程。包括实现温度数据的采集，无线收发模块的控制，液晶的显示，蜂鸣器和LED 警报等。程序采用 C 语言编写，开发环境是 Keil uVision2 软件。4、 本课题要研究或解决的问题及预期效果拟解决的关键问题：单片机控制电路板的设计及制作；无线收发模块的设计及制作；单片机对无线收发模块控制程序的编写。硬件系统设计满足如下要求：对温度数据的采集；对无线数据的传输；对