学文网无线数据传输篇1
【关键词】无线通信 数据传输技术 问题
随着无线通信技术的不断发展，客户终端对无线数据传输技术的需求也不断提高。当今社会信息化加快发展，用户不再停留在用手机通话等简单的通信方式阶段，而是慢慢步入互联网通信、多媒体技术交流的时代。在这种情况下，无线数据传输技术应运而生，高速的传输技术不仅网络终端提供更高效的传输服务，更为用户提供了富余的选择空间。
一、当前无线传输技术
目前，无线通信技术不断趋于成熟，无线数据传输技术也随之快速发展起来，针对当前的研究发展方向，将无线数据传输技术分为两类：第一是基于局域网的无线传输方式，例如WLAN、蓝牙、红外线通信技术IrDA、Home-RF等技术;第二是基于蜂窝的无线传输方式，例如通用分组无线传输技术GPRS、蜂窝数字式分组数据传输技术CDPD、增强型数据速率G***演进技术等。当前无线传输技术有：3G、WCDMA、CDMA2000、G***、GPRS、蓝牙、Wi-Fi、红外线传输等，下面介绍常见的传输技术。
（1）红外线通信技术。主要完成互联设备上的信息与文件交换工作以及负责将互联网和信息终端互连，具有成本低、点对点高速通信、跨平台的优点，但是传输距离短，并且数据传输过程中不能随处移动，遇到障碍物传输过程随即中断，目前主要作用是取代线缆，进行无线传输，但是由于其扩展性能较差、功能单一已经被“蓝牙”技术慢慢取代。
（2）蓝牙技术。作为一种段距离内传输的无线电技术，采用的分散式网络结构和快跳频技术，工作频段为24GHzI***，能够将平板电脑、笔记本电脑以及智能手机等终端设备上的通信简化为高速的数据问题，并且支持点对点、点对多点通信，实现了上述终端设备与Internet网络之间的通信，使用“蓝牙”技术不仅使得数据传输速率更加高效，更加拓宽了无线通信道路。
（3） Wi-Fi技术。Wi-Fi即为Wireless Fidelity的缩写，意为无线保真技术，目前常用的是IEEE802.lla和IEEE802.llb，工作在2.4GHz频段附近，广泛使用在办公室和家庭网络，具有覆盖范围广、传输速率快的优点，但是传输质量有待提高。
二、当前传输技术存在的问题以及解决方案
（1）存在的问题。目前，虽然无线传输技术慢慢取代了传统的线缆传输，但是在其发展的过程中仍然存在着一些问题，就其无线数据传输技术存在的缺点进行分析，最根本的原因是传输过程中的信号衰落以及噪声干扰：
信号衰落。由于信号在传输过程中存在多径衰落尺度效应，以及不可改变因素的存在，例如自由空间传播衰落、大气吸收、反射等自然条件的影响，使得数据不能够完整的被传输到客户终端。
噪声干扰。与有线的发射机对接收机传输方式不同，无线用户接收的数据都是经过空中传输而来，因此多个用户在同时传输数据时就会存在信号干扰，尤其是工作在相同频段的无线传输技术来说，干扰更是强大。
（2）解决方案。处理信号衰落和噪声干扰这两大问题是无线传输技术面临的最大的挑战，以下就针对如何解决这个问题进行探讨：
加强网络规划。避免信号在传输过程中的衰落现象，首先要做的就是加强网络规划。由于无线信号传输信道带宽有限，并且有较大的随机性，因此在网络规划中首先要保证传输链路足够强大，规划好网络是十分必要的。
优化信号传输算法。无线信道的多径选择频率是信号衰落的主要原因，因此研究出更新进的算法是及其重要的，目前用于信道传输就有很多算法，例如矢量单载波域均衡算法就大大的改善了网络的稳定性，提高了数据传输的鲁棒性。
选取基站天线。基站设置天线直接控制接受的信号方向，并且选取的智能天线可以将使用同一频率、同一时隙的用户信号区分开来，使得客户终端在同一个信道上接受和发射信号互不干扰，选取基站天线不仅解决了多频域之间的干扰问题，而且还大大的降低了信号衰落的影响。
三、结语
无线数据传输篇2
关键词：无线数据传输；信号衰落；信号干扰
中***分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2012) 08-0000-02
一、引言
无线数据传输是当今通信领域中最为活跃的研究热点之一。虽然从20世纪60年代起无线通信已经成为研究的主题，但最近十余年才是这一领域研究蓬勃发展的时期。这主要是受到几个因素的综合影响。首先是对无线连通性需求的迅猛增长，目前主要受到蜂窝电话的推动，但是很快会转而受到无线数据应用的推动。其次，VLSI技术的突飞猛进使得复杂信号处理算法和编码技术的小面积、低功耗实现成为现实。再次，第二代(2G)数字无线标准的出台，特别是IS-95码分多址接入标准，为我们提供了源予通信理论的好想法在实际中具有重大影响的具体说明[1]。目前无线数据传输技术主要有G***、GPRS、3G、WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA，Bluetooth、Wi-Fi、Zigbee等。
今年来，无线数据传输技术进入了发展的黄金时期，全世界范围内的各行各业都开始运用无线数据传输技术开发产品来满足人们的生活需要。在大多数发达国家，蜂窝电话已成为工作和日常生活中不可缺少的工具。在许多发展中国家，蜂窝系统也在迅速取代过时的有线系统。许多家庭、商务区和校园已经开通了无线局域网和Wi-Fi热点，它正在补充甚至替代有线网络。运用ZigBee的无线传感器网络、自动化高速公路、自动化工厂、智能家居、智能家电、远程医疗等新的应用已从研究设想变为现实[1]。无线数据传输技术一般综合成本低，性能更稳定。只需一次性投资，无须挖沟埋管，特别适合室外距离较远及已装修好的场合；在许多情况下，用户往往由于受到地理环境和工作内容的限制，例如山地、港口和开阔地等特殊地理环境，对有线网络、有线传输的布线工程带来极大的不便，采用有线的施工周期将很长，甚至根本无法实现。这时，采用无线监控可以摆脱线缆的束缚，有安装周期短、维护方便、扩容能力强，迅速收回成本的优点。而且，无线数据传输技术的蓬勃发展以及掌上电脑和移动智能终端的大量普及，充分显示出无线数据传输技术的光明前景。不过，要想设计性能足以支持这些新兴应用并且健壮的无线网络，我们还面临着许多技术上的挑战[2]。
二、无线数据传输技术面临的挑战
近几年来，虽然无线数据传输技术应用得到了飞速发展，但每一项技术都有其应用的缺点，现在就有不少专家在研究无线数据传输技术发展面临的问题。无线数据传输技术之所以成为既富有挑战性又能引起研究人员兴趣的课题，其主要原因有两个，分别是信号衰落和信号干扰，这两个原因对于有线传输通信而言基本没有什么影响[1]。
（一）信号衰落
首先是衰落现象，由于多径衰落的小尺度效应，以及诸如由距离衰减引起的路径损耗和障碍物引起的阴影等大尺度效应，导致信道的时变特性增强。对于无阻挡传输，引起微波空间传输电平衰耗和衰落的主要是因为自由空间传播衰耗、降水衰落、大气吸收衰落、反射衰落、波导型衰落、闪烁衰落。比较而言，G***和GPRS网络算是比较稳定的，信号衰落最小，而Zigbee技术和3G技术则表现的相对明显。无线传感器网络设计中，为了防止Zigbee信号传输中的信号衰减，在物理上和逻辑上都做了长久的分析，Zigbee节点的布置正是为了保证整个网络在物理上能够尽量减少障碍，从而防止信号衰减，逻辑上，则是优化算法，完善协议，保证数据的完整传输。3G技术在信号质量不高的情况下体现不出与G***网络的优势，现在我国3G的覆盖面相对较小，城区多而乡镇少，信号衰减强度大，运营商基本是采取了增加基站的方法来保证3G网络用户的正常使用。
（二）信号干扰
与有线传输中各发射机-接收机对通常看成相互隔离的点对点链路不同，无线用户是在空中进行数据传输，因此彼此之间存在严重的干扰。这里所说的干扰可以是与同一台接收机数据传输的发射机之间的干扰(例如蜂窝系统的上行链路)，也可以是一台发射机发送给多台接收机的信号之间的干扰(例如蜂窝系统的下行链路)，还可以是不同发射机-接收机对之间的干扰(例如不同小区中用户之间的干扰)。这一点对于工作于2.4GHZ频段的无线数据传输技术来说体现得尤为深刻，Bluetooth、Zigbee、无线局域网Wi-Fi、无线USB都处于同一频段，这些技术的电磁兼容问题日益凸显，信号干扰强度大。
如何处理信号衰落和信号干扰对于无线数据传输系统的设计是非常重要的，无线数据传输技术如何能够经受这两大挑战，这正是本文需要探讨的主题。
三、无线数据传输技术的思考与探讨
虽然无线数据传输技术中的衰落和干扰的会在多个层间产生结果，但大部分的研究眼光还是停留在提高空中接口的可靠性上，其实，能够综合多层的结构来分析信号衰落和信号干扰更加科学，只有这样才能釜底抽薪地解决无线数据传输中的各种衰落与干扰。
（一）注重网络规划与优化
网络优化是一直提到的问题，良好的网络规划可以有效避免信号的衰落。无线信道不仅带宽有限，而且有随机多变的特性，网络难以保持固定的性能，因此在网络规划与建设中要保持无线数据传输链路的足够健壮。无线信道的特性决定了无线网络设计与有线网络设计的截然不同。随机的无线信道不是理想的传输媒介。无线频谱是稀缺资源，必须分配给不同的系统和业务使用，因此无线电频谱必须由区域性和全球性的管理机构控制。工作于给定频段的区域性或全球性无线通信系统必须遵守相应管理机构对这一频段做出的种种规定。在无线基站的建立时，必须经过详细的地址选择和市场调查，确定基站个数，基站容量以及基站地址。在不浪费资源的情况下，尽可能低防止因网络规划不当而造成无线数据传输技术信号的大幅度衰落。
（二）优化信号传输算法
速度与容量是无线数据传输技术重点关心的问题，当数据传输速率高时，无线信道的多径频率选择性衰落是制约系统性能的主要矛盾。因此研究更好的算法是很有必要的。现在用于信道传输的算法比较多，比如矢量单载波域均衡算法就很好了解决了信号传输的多径衰落问题。也可以采用网络优化算法，来提高网络的稳定性，加强抗干扰的能力，当然有时候稳定性与带宽流量是有一定的冲突的，此时便要根据具体情况而定，如果既要保证带宽能达到基本传输要求，又在最大限度上加强无线数据传输的网络鲁棒性，应对数据干扰。
（三）智能天线的使用
采用智能天线控制接收方向，自适应地构成波束的方向性，可以使得延迟波方向的增益最小，降低信号衰落的影响。智能天线还可用于角度分集，也可减少衰落。智能天线可以利用各个移动用户间信号传播方向的差异，将同频率、同时隙的用户信号区分开来，由此可在同一信道上接收和发射多个移动用户信号而不发生相互干扰，使无线电频谱的利用和信号的传输更为有效。它的基础是用户信号的空间特征。将其和其他多址技术相结合，可以最大限度地利用有限的频谱资源[3]。
（四）基站天线选取与布置
小扇区化、定向天线、多用户检测、动态资源分配等来解决不同频区间干扰。复用距离应尽可能小以增加频率复用的次数，从而最大地提高频带利用率，还有就是网路建设时，利用天线的空间隔离来减少发射机之间的耦合，天线之间空间隔离衰耗的大小与2副天线架设的相对位置有关。水平架设时，间距要大于其中较***长的1.5~2.0倍；垂直架设时，间距要大于其中较大的波长，应选用水平半功率角接近于60度的天线。这样的天线所构成的辐射方向***接近于理想的三叶草型蜂窝结构，与现网适配性较好，有助于控制越区切换。城区基站一般不要求大范围覆盖，而更注重覆盖的深度。农村地区采用单极化天线，因为极化分集依赖于移动台周围反射体和散射体的分布，对于地物分布相对较稀疏的，极化分集效果不如空间分集，当然对特别平台的区域，没有明显阻挡，话务需求较小，预期覆盖范围也较小，则可以选用全向天线[3]。
四、结语
本人针对无线数据传输技术发展所遇到的两大阻碍信号衰减与信号干扰进行了分析，并针对这两项挑战，提出了相应对策，既要重视网络基站的建设，包括天线的配置及安装，又要从传输协议算法方面多研究，从多方面来减少信号衰落和提高抗干扰能力。
参考文献：
[1]莫利斯.无线通信[M].北京:电子工业出版社,2008
无线数据传输篇3
[关键词]GPRS;***S;远程数据传输;桥梁检测
一、GPRS技术简介
通用分组无线业务(General Packet Radio Service, GPRS)是在现有G***系统上发展起来的一种承载业务,目的是为G***用户提供分组形式的数据业务。GPRS抛弃了传统的独占电路交换模式,采用分组交换技术,每个用户可同时占用多个无线信道,同一无线信道又可以有多个用户共享,有效地利用了信道资源,带宽最高可达171.2Kb/s。目前中国移动的GPRS覆盖范围在中心城市几乎达到了100%,在边远地区也达到了80%以上,实际应用带宽大约在20～40Kb/s,特别适合远程检测行业的通信需求,能够完全取代过去传统的有线MODEM.X.25、数传电台、短信等通信方式。
GPRS通信方式更适合于桥梁数据采集传输业务,目前各桥梁检测站与各采集点采用电话线传送数据或手工抄录,实时性差、误差大、费用也不便宜。GPRS无线传输数据有以下优势:(1)GPRS用户可随意分布和移动自己的网点,无需担心线路的维护或线路在移机时导致的通讯中断。建设新的监测点无需进行拉线、埋线等工作。较光纤或专线系统投资较少,设备安装方便。(2)终端价格比较低,与DDN相比较DTU或DDN专线Modem其终端价格便宜。(3)GPRS资费便宜,计费合理。GPRS数据业务资费包月比有线电话网络资费还便宜。GPRS还可根据通信的数据量和提供的服务质量进行计费。在GPRS网中,用户只需与网络建立一次连接,就可长时间的保持这种连接,并只在传输数据时才占用信道并被计费,保持时不占用信道不计费。这样,检测点既不用频繁建立连接,也不必支付传输间隙时的费用。(4)GPRS能最好地支持频繁的、少量突发型数据业务。通信质量稳定可靠,永不掉线。(5)GPRS网络接入速度快,提供了与现有数据网的无缝连接。由于GPRS网本身就是一个分组型数据网,支持TCP/IP.X.25协议,因此无须经过PSTN等网络的转接,直接与分组数据网(IP网或X.25网)互通,接入速度仅几秒钟,快于电路型数据业务。采用TCP/IP协议,较以前的无线数据网络(集群、双向传呼、G***短信息)而言,网络接入更加直接方便、覆盖更好。
二、系统的组成和设计
1.系统组成。在整个系统中由于外部环境因素,数据传输系统安装在桥梁上会对数据传输的准确性带来很多不利因素,为此先将桥梁检测数据通过近距离无线传输设备,将采集的数据传输到附近的监测站,再将其通过串口连接到GPRS数据传输终端,GPRS数据传输终端按照专用协议进行解析得到桥梁检测设备传来的数据后,将数据依次进行TCP封装->IP封装->PPP封装,然后将数据发送到GPRS网络,最终通过各种网关和路由到达监控中心。当GPRS网络出现故障时,GPRS数据传输终端切换到使用短消息传送数据的模式,将采集到的数据和网络故障的信息发送到短信报警/数据接收中心,再由短信报警/数据接收中心将数据发送到数据监控中心。这样充分保证了重要的采集数据不会丢失,极大地提高了系统的可靠性和稳定性。
2.系统设计。整个系统的设计内容包括近距离数据无线传输、GPRS终端的硬件与软件的选择与设计、传输终端与用户设备的接口、TCP/IP协议处理、GPRS终端与数据中心的互联、数据中心的网络接入与软件设置。桥梁检测设备为传统的具有RS232/485接口的设备,如位移计、倾角仪、压电加速度计等检测设备。桥梁检测设备有两种工作方式:一是按事先设定好的时间间隔,周期性的采集桥梁状态数据,实时地传送到监控中心;二是实时的响应监控中心的控制命令,按照监控中心发来的命令进行特定的数据采集任务。这就要求作为数据传输模块和终端设备控制模块的GPRS终端能够实时地解析,处理各种控制命令并向数据传输服务提供尽可能大的吞吐率。近距离无线传输用nRF401组成数字收发电路,nRF401是一个单片RF收发芯片,工作在433MHzI***频段和315MHz频段,具有FSK调制和解调能力,抗干扰能力强,适合工业控制应用,采用PLL合成技术,频率稳定性好。
三、远程数据传输
1.模块设置。要实现微处理器通过GPRS模块上网,必须先对GPRS模块进行一系列的设置。微处理器与GPRS模块之间使用AT命令进行通讯,遵循“AT command set for G*** Mobile Equipment(ME)(G***07.07 version 6.4.0 Release1997)”协议规范。对模块的初始化设置工作在系统加电、操作系统完成各项初始化工作之后进行。主要的步骤和命令有:(1)AT+CGCLASS=“B”:设置移动终端的类别为“B”类,即同一时间只能运行一种业务,要么使用GPRS上网,要么收发短消息或使用G***的语音通信。(2)AT+CGDCONT=1,“IP”,“CMNET”:设置接入网关为中国移动的网络。(3)AT+CSQ:检测信号强度,若返回值为“99,99”,表示检测不到网络信号,重复用户设定的检测次数,如果仍然检测不到,则软件复位重启该传输终端。(4)AT+CGACT=1,1:测试终端是否已经附着到GPRS网络上,如果返回值为“OK”,表示附着成功,可以使用GPRS网络传输数据了;若返回值为“ERROR”,表示附着网络失败,通过串口给出提示信息。这是用户应该检查SIM卡的GPRS业务是否已经开通。对GPRS模块设置完成之后,就可以使用GPRS模块进行数据传输了。
2.数据传输。GPRS网络物理层提供了数据传输的途径,需要一种数据链路层的协议对上层即网络层协议进行封装。由GPRS是基于IP协议,数据以IP分组的形式在终端与GPRS服务器群之间进行传输,为了保证传输的可靠性和实现对终端的身份验证,中国移动采用了PPP协议作为数据链路层使用的协议。PPP协议在网络组件中实现,在这不做讨论。使用PPP拨号时,接入电话号码为“*999*1#”,用户名和密码都为空,开始PPP拨号后,不断的轮PPP状态机的状态,当状态为OPENED时,表示PPP协商成功、连接建立,可以使用GPRS网络进行TCP/UDP传输。由于通过GPRS拨号上网的终端连接上的是中国移动的GPRS内网,它获得的IP地址属于GPRS内***,初始状态下,数据中心不能直接用这个IP地址主动与终端设备进行通讯,所以通讯过程一般为:(1)终端设通过PPP拨号登录GPRS网络,获得GPRS内网的IP地址;(2)终端设备使用数据中心服务器的Internet上的IP地址或HTTP地址与数据中心建立TCP连接,这时TCP握手请求的IP封包通过GPRS内网与Internet连接的网关路由至数据中心;(3)数据中心收到握手请求后,发送的同步响应报文经过上述GPRS网关的NAT转换递交到终设备;(4)完成握手后,连接建立,开始数据传输。
3.可靠性保证。由于GPRS网络目前存在掉包率偏高、经常掉线、链路不稳定的特点,终端在设计时采取了以下几点措施保证数据传输的稳定性:(1)当通讯过程中,TCP重传次数大于3次时,认为GPRS网络出错,若能使用短信备份功能,切换到定时按事先设定好的命令采集数据以短信发送的工作模式。切换时,首先向GPRS模块发送“+++”命令,从***传输模式切换到***命令模式以响应短信发送的AT命令。在短信工作模式下,每隔一段时间,开始PPP拨号,若拨号成功,则将工作模式切换回使用GPRS网络传输。若不具备短消息备份功能,则将终端重新启动。(2)为了保证永远***,避免在应用环境中由于链路空闲而被服务器强制断连,设备提供心跳功能,主动发送心跳数据,维持链路。具体做法是,设置一个心跳中心(可与数据中心使用相同的服务器),终端每隔一段时间,向心跳中心发送称为心跳的特定UDP报文,该报文不包含有意义的数据,仅表示模块***。当中心一段时间后收不到心跳信息时,可知模块已经脱离GPRS网络,此时工作人员可以通过拨打终端电话的形式,将传输终端软复位,本工作过程为远程唤醒。远程唤醒的设置为用户提供了更为完善的使用功能。
四、结论
GPRS链路虽然理论速度高达171.2Kb/s,但是实际应用中的带宽一般只有20～40Kb/s,是系统性能提升的瓶颈,因此,如何提高信道的利用率,是建立高性能的数据传输系统的关键。由于远程监控过程有突发性高、数据量不大的特点,导致了有大量的小数据包在链路传输,这意味着链路上的数据传输效率不高。为避免链路上大量小数据包的传输,系统进行了优化,指定串口接收的应用数据缓冲大小(缺省为512字节),只有当缓冲被填满或接收超时(缺省为200ms)才会发送,大大提高了数据传输性能。目前在网络稳定的情况下,系统能以35Kb/s左右的速率发送/接收TCP数据包,对信道的利用率达到了87.5%。
无线数据传输篇4
【关键字】温度；数据采集；无线传输；LCD；单片机
0 引言
本系统以STC单片机作为主控芯片，采用数字式温度传感器DS18B20，并利用其特有的单总线特性组成传感器网络，应用液晶LCD1602作为人机交互界面，在充分综合分析蓝牙、GPRS、G***等无线数据传输方式的基础上，针对有线的数据采集方式应用受到限制的场合，结合实际，并考虑到做成实物调试和开发难易程度等可行性问题上，确立了无线射频收发一体芯片的解决方案，即利用基于nRF905芯片的无线收发模块完成数据的接收与发送，再应用传感技术，实现多点温度数据采集。系统还预设温度自动报警功能，能对温度的实时监控起到预警作用。整个系统分为：（1）温度数据采集和发送模块；（2）温度数据接收及显示模块两部分；该系统的设计意义深远，不仅在于能将数据采集与无线传输相结合，充分发挥了无线传输的优势，而且能有比较广泛的应用。
1 温度数据采集与无线传输系统设计的总体设计
整个系统由温度数据采集显示和发送程序和温度数据接收及显示程序两部分组成；
a温度数据采集显示与发送模块是由温度传感器网络DS18B20网络、液晶屏LCD1602、nRF905无线收发模块和主控芯片STC89C52RC组成；
b温度数据接收及显示模块则是由基于nRF905的无线收发模块和主控芯片STC89C52RC、液晶屏LCD1602构成。
2 温度数据采集与无线传输硬件系统设计的硬件设计
2.1 系统电源电路
该模块将市电经过变压器变压后，转化为18V的交流电压，利用LM7805转压芯片将18V的交流电转化为5V直流电，为单片机等提供电源。LM317H将18V交流电转化为3.3V直流电，以供无线射频芯片使用。
2.2 单片机最小系统
单片机采用内时钟方式，利用芯片内部振荡电路，在引脚上外接定时元件，内部振荡器便能产生自激荡。定时元件采用的是12MHz的晶振和30pF的两个电容组成的并联谐振电路。
2.3 温度数据采集
本系统为多点温度采集，DS18B20支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55℃～+125℃，在-10～+85℃范围内，精度为±0.5℃。现场温度直接以“单总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。DS18B20采用外部供电方式，只需要用一个接口引脚就可以驱动多路DS18B20，本系统设计之初只采用4个温度传感器，如***2所示。单片机通过读取各个DS18B20的序列号，分别获取温度数据。
2.4 温度数据显示电路
LCD1602的引脚1接地，引脚2接5V电源，引脚3接电位器来调节显示器的对比度，引脚4～14接单片机，引脚15接10K电阻来设置显示器的亮度。
2.5 数据收发电路
VCC接3.3V电压；μCLK为输出时钟，本系统中无需使用，悬空；CD为输出，单片机不对其进行控制，悬空：GND接地；其它引脚和单片机相连，由单片机控制其发送数据或接收数据。
2.6 无线模块芯片nRF905
nRF905芯片是挪威Nordic公司推出的单片射频发射芯片，工作电压为1.9-3.6V，32引脚QFN封装，工作于433/868/915MHz三个I***频道，其由一个完全集成的频率调制器，一个带解调器的接收器，一个功率放大器，一个晶体振荡器和一个调节器组成。ShockBurst工作模式能够自动产生前导码和CRC，可以很容易通过SPI接口进行编程配置，电流消耗很低，在发射功率为+10dBm时，发射电流为30mA，接收电流为12.5mA。进入Powerdown模式可以很容易实现节电。***3为基于nRF905的无线收发模块电路***：
3 温度数据采集与无线传输硬件系统的软件设计
系统采用C语言进行软件设计，编程和调试环境为Keil 4，系统的软件部分发送端、接收端主流程***如***4、***5所示。
4 系统的整体性能调试
4.1 硬件性能的测试
按照本文的软硬件最初设计思想，在连接好硬件实物之后，我们直接对整体实物进行测试，通过对代码的精心改写，使得最终的测试结果达到了满意的效果：发送端的液晶屏能够实时显示温度的变化，接收端的液晶屏温度数值的显示也能随着发送端的变化而变化。
4.2 无线传输距离的测试
传输距离的测试分室外和室内两种环境下进行。其中室外环境的测试在操场上进行，经测试在两节点相距70米左右时仍然能进行正常通信，但是在通信距离超过150米左右时发生通信中断的现象。室内环境测试，由于障碍物的存在，节点通信的距离下降十分明显，在不需要穿墙时的通信距离在65米左右，穿两堵墙时的通信距离在50米左右。
5 结束语
本系统以C51单片机为主控芯片，通过DS18B20温度传感器采集温度数据，并利用nRF905无线传输模块和液晶屏1602进行数据的无线收发和显示。通过对软件代码的精心修改使得最终的系统调试获得满意的结果，达到了最终的设计目的。
【参考文献】
[1]黄贤武.传感器原理与应用[J].电子科技大学出版社，2006.
无线数据传输篇5
关键词：GPRS CMS91-900/1800 P89C669 AT命令集 TCP/IP 嵌入式
目前的无线网络有G***、GPRS、CDMA2000三种，G***属于2G网络，会被后两者迅速替代，所以不考虑接入到G***网。 GPRS、CDMA2000采用的是2.5G网络技术，是未来一段时间内中国国内将会普遍用到的。虽然说CDMA2000采用的是码分多址技术，在理论上比GPRS更为先进，但是在实际情况下由于网络条件等一些外来因素的影响，在国内表现并不如GPRS理想。所以还是考虑接入到GPRS网络。
GPRS无线数据传输系统应用范围相当广泛，几乎所有中低速率的数据传输业务都可以应用，如城市配电网络自动化、自来水、煤气管道自动化、商业POS机、INTERNET接入、个人信息、股票信息、金融、交通、公安等。除了支持传统的互联网应用，GPRS也可使无线终端支持B2B、B2C 的电子商务和电子支付、股票交易、银行转帐等应用。GPRS同样可以应用于公司内部网（INTRANET），基于IP的远程LAN 接入，使无线终端成为LAN的延伸。但是，普通的GPRS模块在使用时有些局限性，它没有内嵌TCP/IP协议栈，需要用户提供TCP/IP 的支持；就是说，需要在使用GPRS 模块的上位机单片机系统中嵌入TCP/IP，这是一个复杂而繁琐的工作，有时甚至超过了应用本身的工作量。基于提供一种简便实用的GPRS 通讯解决方案的需求，作者开发了嵌入式GPRS移动无线通信模块，它内嵌了TCP/IP协议栈，简化了接口设计，实现了数据在用户终端和服务器之间的透明传输，使用户可以方便地应用GPRS 技术实现远程的无线数据传输。
一、GPRS无线通信技术
1．GPRS网络的构成
GPRS(General Packet Radio Service)是通用分组无线业务的简称。GPRS是G*** Phase2.1 规范实现的内容之一，能提供比现有 G*** 网 9.6kbit/s 更高的数据率。GPRS 采用与 G*** 相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则以及相同的 TDMA 帧结构。因此，在 G*** 系统的基础上构建 GPRS 系统时，G*** 系统中的绝大部分部件都不需要作硬件改动，只需作软件升级。
构成 GPRS 系统的方法是：
（1）在 G*** 系统中引入 3 个主要组件
①GPRS 服务支持结点(SGSN， Serving GPRS Supporting Node)
②GPRS 网关支持结点(GGSN， Gateway GPRS Support Node)
③分组控制单元(PCU)
（2）对 G*** 的相关部件进行软件升级。 GPRS 系统原理如***1所示：
***1 GPRS系统原理***
2．GPRS通信过程
在G*** 基础上增加网络设备主要有：
PCU:通过对基站子系统（BSS）进行软件升级，一种被称为分组控制单元（Package Control Unit，PCU）的新型GPRS实体将被用来处理数据业务量，并将数据业务量从G***话音业务量中分离出来。PCU增加了分组功能，可控制无线链路，并允许用户接入同一无线资源。
SGSN:GPRS业务支持节点（Serving GPRS Support Node，SGSN）为用户和GGSN提供分组路由和隧道等功能。GPRS分组从基站直接发送到SGSN节点，而不是通过移动交换中心MSC连接到语音网络上。
GGSN:支持节点网关（Getway GPRS Support Node，GGSN是GPRS网络连接其他网络（如Internet）的关键设备； GGSN对接收自SGSN的分组数据进行相应的处理后，发送到目的网络中，如Internet或X.25网络；而来自Internet的标识有移动终端地址的IP包，由GGSN接收，再转发到SGSN，继而传送到移动终端上。
二、GPRS通信的硬件实现
上节讲述的只是简单数据流向的过程，而在实际通信中，数据处理是非常复杂的。系统设计需要象传统网络那样进行分层考虑。进入GPRSmodem的数据必须包含各层网络协议，系统对数据的加工、协议的加载都应由数据端完成。
借鉴数据端为PC的网络通信OSI的七层标准，针对本系统数据端ARM控制的实际情况，系统完成的只需是一下四层网络协议：物理层、数据链路层、网络层和传输层。
为了避开与本系统无关的GPRS内部复杂的协议转换和数据操作流程，本文把GPRS服务节点和网关节点等GPRS内部节点简化抽象为GPRS网络，把GPRS内部协议及INTERNET网关协议简化抽象为GPRS网关协议。
整个系统的硬件框架如***2所示。
***2 硬件框架***
1．电源部分
电源部分是关系到CMS91和ARM能否正常工作的关键，选择芯片必须非常注意。
本系统分别用LT1086CM-3.3、LM7805、LM317T稳压芯片给S3C44BOX芯片供电。通过一个线性电压调整芯片SP1117-3.3给CMS91供电。
2．CMS91模块：将麦克风、耳机和扬声器、SIM卡都接到相应的CMS91的引脚上去。
3．UART口：CMS91模块和S3C44BOX的通信是通过UART1，PC和S3C44BOX的通信是通过UART0，中间的电平转换芯片为MAX232。
4.天线选择：强烈建议选用CELLON公司推荐的天线型号，一般天线是免费赠送的。
在该系统中，数据采集端的数据来自用户的设备需要通过GPRS传输的数据，
三、GPRS通信的软件实现
由于开发板与GPRS终端使用串口进行数据的交换和实现控制功能，所以该应用程序要实现短信的发送、接收、读取、删除等短信相关的管理功能，以及和语音服务有关的拨号、接听等功能都需要通过串口来实现，因此，应用程序最重要的就是处理好两个串口的数据的发送和接收。
开机上电后，程序在主函数中运行，ARM和CMS91模块分别进行初始化，ARM的初始化包括设置串口工作方式、波特率、并初始化变量参数和标志位。CMS91模块初始化包括重新启动、关闭回显、选择短信格式为PDU格式、开发串口中断准备接收数据。
四、应用前景
嵌入式GPRS无线通信模块借助于移动通信运营商的无线通信网络，组成虚拟的专用数据网络来传输数据，具有网络覆盖范围广、传输可靠、扩容性好、组网灵活、建设周期快、运营成本低等优点。系统的建设成本也极为低廉，中心站只添置一台服务器和数据通信线路，终端添置一个嵌入式无线通讯模块就能组建完整的数据采集和控制系统，另外，嵌入式GPRS无线通信模块采用透明的数据传输与协议转换，很适合用户进行二次开发应用到不同的系统中。
参考文献
[1] CMS91-900/1800 G***/GPRS Module Hardware Specification Version 2.08 April，2003 Reference CMS91-900/1800.ST.Spec mo
无线数据传输篇6
一般的数字采集系统，是通过传感器将捕捉的现场信号转换为电信号，经模/数转换器ADC采样、量化、编码后，为成数字信号，存入数据存储器，或送给微处理器，或通过无线方式将数据发送给接收端进行处理。无线数据传输系统就是 样一套利用无线手段，将采集的数据由测量站发送到主控站的设备。
1 系统组成
系统组成如***1、***2所示。
系统由测量站和主控站两部分组成。测量站主要完成对现场信号的采集、存储，接收遥控指令并发送数据。主控站的主要工作是发送遥控指令、接收数据信息、进行数据处理和数据管理、随机显示打印等。
2 AT89C51与数字电台的串行通信
Atmel公司的AT89C51单片机，是一种低功耗、高性能的、片内含有4KB Flash ROM的8位CMOS单片机，工作电压范围为2.7～6V（实际使用+5V供电），8位数据总线。它有一个可编程的全双工串行通信接口，能同时进行串行发送和执着收。通过RXD引脚（串行数据接收端）和TXD引脚（串行数据发送端）与外界进行通信。
2.1 通信协议与波特率
数字电台与单片机、终端主控机的通信协议为：
通信接口——标准串行RS232接口，9线制半双工方式；
通信帧格式——1位起始位，8位数据位，1位可编程数据位，1位停止位；
波特率——1200 baud。
数字电台选用Motorola公司的GM系列车载电台，工作于VHF/UHF频段，可进行无线数传（9线制标准串行RS232接口），也可进行话音通信；采用二进制移频键控（2FSK）调制解调方式，符合国际电报电话咨询委员会CCITT.23标准。在话带内进行数字传输时，推荐在不高于1200b/s数据率时使用。实际使用时，电台工作于220～240MHz频率范围，采用半双工方式（执行收、发操作，但不能同时进行）即可满足系统要求。
2.2 AT89C51串行口工作方式
AT89C51串行口可设置四种工作方式，可有8位、10位和11位帧格式。本系统中，AT89C51串行口工作于方式3，即鳘帧11位的异步通信格式：1位起始位，8位数据位（低位在前），1位可编程数据位，1位停止位。
发送前，由软件设置第9位数据（TB8）作奇偶校验位，将要发送的数据写入SBUF，启动发送过程。串行口能自动把TB8取出，装入到第9位数据的位置，再逐一发送出去。发送完毕，使TI=1。
接收时，置SCON中的REN为1，允许接收。当检测到RXD（P3.0端有“1”到“0”的跳变（起始位）时，开始接收9位数据，送入移位寄存器（9位）。当满足RI=0且***2=0或接收到的9位数据为1时，前8位数据送入SBUF，第9位数据送入SCON中的RB8，置RI为1；否则，这次接收无效，不置位RI。
串口方式3的波特率由定时器T1的溢出率与***OD值同时决定：
方式3波特率=T1溢出率/n
当***OD=0时，n=32；***OD=1时，n=16。T1溢出率取决于T1的计数速率（计数速率=fosc/12）和TI预置的初值。
定时器T1用作波特率发生器，工作于模式2（自动重装初值）。设TH1和TL1定时计数初值为X，则每过“2 8-X”个机器周期，T1就会发生一次溢出。初值X确定如下：
X=256-fosc×(***OD+1)/384×BTL
本系统中，***OD=0，波行率BTL=1200，晶振fosc=6MHz，所以初值X=F3H。
2.3 AT89C51与数字电台的硬件连接
AT89C51与数字电台的硬件连接如***3所示。
系统采用异步串行通信方式传输测量数据。利用单片机串口与数字电台RS232数据口相连。电台常态为收状态（PPT=0，收状态；PPT=1，发状态），单片机P3.5脚输出高电平。单片机使用TTL电平，电台使用RS232电平，由MAX232完成TTL电平与RS232电平之间的转换。3片光电耦合器6N137实现单片机与电台之间的电源隔离，增强系统抗干扰性能。
单片机通过带控制端的三态缓冲门74HC125、非门74HC14控制电台的收发转换，以及指令的接收和数据发送。接收时，P3.5=1,c2=1，74HC125B截止；P3.5经74HC14反相、光电隔离，使电台PPT脚为低电平，将其置为接收状态；同时c1=0，74HC125A导通，接收的指令由电台的RXD端输入，经MAX232电平变换、光电隔离、74HC125A缓冲门，送入单片机RXD脚。发射时，P3.5=0，经74HC14反相、光电隔离，使电台PPT脚为高电平，将其置为发射状态；同时c1=1，74HC125A截止，c2=0，74HC125B导通，数据由单片机TXD脚输出，经74HC125B缓冲门、光电隔离、MAX232电平变换，通过电台TXD端口将数据发送出去。
3 通信软件设计
通信软件至关重要，一旦出现问题，整个系统就会瘫痪。采取差错控制与容错技术是非常重要的。
*主控站发送的指令中包含一定数量的同步符55H和3字节的密码。测量站在连续收到5个同步符后进行密码验证，验证通过后正式接收指令字节；如未通过，则测量站发一信号让主控站重发，三次验证不过则停发该命令。测量站发/主控站收时，验证方式与此相同。验证通过后，测量站开始发送数据。
*一个指令由3字节构成，第二字节等于第一字节加上35H，第3字节等于第二字节加上36H。如果收到的指令不符合此规则，则重发该命令，连续三次错误时停发。
*主控站每发一个指令，测量站都回送一个应答信号。该应答信号中包含原指令样本。
下面给出单片机串行口与电台的基本通信程序。
初始化程序：
BTL EQU 2FH ；波特率放在内部RAM的2FH单元
MOV TMOD，#21H；T0方式1，16位计数器，T1方式2，串口用
SETB TR0 ；启动T0
MOV BTL，#0F3H ；波特率设定为1200
MOV SCON，#0C0H；串口方式3，9位数据，禁止接收
接收及验证程序：
NUM EQU 2BH ；同步符个数值存放在内部RAM的2BH单元
TEMP EQU 2CH
ROM-CH：DB 55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H
DB 55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H ；20字节同步符
MIM DB 'WSC'：3字节密码“WSC”
SETB P3.5 ；置电台收状态
SETB REN ；允许串口接收
A1：MOV NUM，#0 ；记录连续到同步符55H的个数
A2：*** RI，A2 ；串口有数据转A3
A3：CLR RI ；清接收中断标志
MOV A，SBUF ；读串口数据
CJNE A，#55H，A1；不是同步符转A1
INC NUM ；收到的同步符个数加1
MOV A，NUM ；取收到的同步符个数
CJNE A，#5，A2 ；未收够连续5个55H转A2
A4:MOV NUM,#0 ;密码验证，记录收到密码字节数
A5：MOV DPTR，#MIM；密码字符首址
MOV A，NUM
MOVC A，@A+DPTR；查表取密码
MOV TEMP，A ；保存密码
*** RI，A6 ；串口收完一个字节转A6
…
A6：CLR RI ；清接收中断标志
MOV A，SBUF ；读串口数据
CJNE A，TEMP，A4；与密码不符转A4
INC NUM ；收到的密码个数加1
MOV A，NUM ；取已收到的密码字节数
CJNE A，#3，A5 ；密码未收完转A5
发送程序：
CLR P3.5 ；置电台发状态
MOV B，#23
MOV DPTR，#ROM-CH
B1：CLR A
MOVC A，@A+DPTR；查表发送同步符和密码共24字节
INC DPTR
LCALL SEND-CH ；调发送单字节子程序
DJNZ B，B1
…
CLR A
MOV DPTR，#7000H；外部RAM数据首址，发送外部RAM中的数据到电台
B2：CJNE R4，#0，B3
CJNE R3，#0，B3；R4R3=发送字节数
B3：MOVX A，@DPTR；取数据
INC DPTR
LCALL SEND-CH
CJNE R3，#0，B4
CJNE R4，#0，B5
B4：DEC R3
LJMP B2
DEC R3
DEC R4
LJMP B2
…
SEND-CH：SETB TB8
MOV SBUF，A
DB 0，0，0，0，0，0，0，0
JNB TI，＄ ；延时4μs
CLR TI
RET
无线数据传输篇7
1子单元接口电路设计
子单元接口电路设计如***2所示，微控制器（C8051F020）为子单元的控制核心，控制采集系统的A/D转换、无线模块以及GPS模块。该微控制器内部集成有8位/12位A/D转换器，8位A/D转换速率达500ksps，12位A/D转换速率达100ksps，该转换速率满足一般工程需要；交叉开关可实现通道数的扩展，实现多路信号的采集输入。GPS模块与控制器之间通过串口0相连，通过GPS模块可实时定位采集子单元的位置信息和时间信息。GPS模块秒同步PPS信号，与控制器的外部中断0连接，实现各个采集子单元的同步采集。无线模块与控制器通过串口1相连接，通过无线模块实现数据的远距离通信。无线模块采用迪进公司生产的XBee-PRODigiMesh2.4型无线射频模块，该模块采用DigiMesh网络协议，无线最高通信速率为250kbps，城市通讯距离90米，野外通信距离1600米，发射功率63mW，接收灵敏度-100dBm。该模块提供API模式、透传模式和AT命令模式供用户选择。
2同步采集技术
在实际工程中，常需要对多点传感器信号进行同步采集，同步信号产生非常关键。在该无线数据采集系统中，多个GPS模块提供的PPS信号是同步的，因此采集系统可利用PPS信号实现同步采集。为便于叙述，以地震数据采集系统为例，现假设采集子单元利用8位A/D转换器，转换速率(采样频率)为1000SPS，控制器内存中设置1000个字节空间实现循环存储，如***3所示。同步采集原理如***4所示，当控制器收到启动A/D转换命令时，下位机（子单元）等待PPS（边沿触发信号）同步信号，当PPS同步信号到来时，启动A/D转换，A/D转换每获得一个数据，顺序存储一个数据，数据指针加1，若数据指针超过999时，则此时数据指针不再加1，保持为999。经过1s后，即下一个PPS信号到来时，判断数据指针的值：若数据指针为999时，数据采集指针清零复位；当数据指针小于999时，将数据补齐后，数据指针清零复位。每次PPS到来时，读取GPS提供的当前时刻，将该时刻作为数据指针为0时的绝对时刻，从而实现多点传感器数据的同步采集。当下位机检测到有效信号时，将绝对时刻、有效信号触发时刻（坐标）以及有效数据上传至上位机，上位机再进行进一步数据处理。
3控制命令及上传数据格式设计
3.1控制命令设计控制命令格式为：命令头（4字节）+子单元编号（1字节）+命令（1字节）+参数（2字节），控制命令为定长字节（8字节）。上位机下发命令头为：$DZS，子单元编号为0x00-0xFF，当编号为0xFF时表示该命令对所有子单元有效，其它编号只对对应子单元有效。具体命令如表1所示，表内xx为保留参数（为任意值），0x_为设计参数。命令字0x00要求下位机除串口1正常工作外，其余处于低功耗待机状态；命令字0x12要求下位机打开串口0，接收GPS模块的定位数据，并将数据上传给上位机；命令字0x44要求下位机上传子单元的工作状态；命令字0x55要求重新设置比较电压；命令字0x66要求重新设置上传数据的长度；命令字0x77要求下位机启动A/D采集，循环采集存储数据，按照设计算法判断有效数据等；命令字0xFF要求下位机上传有效数据。
3.2数据上传格式设计当下位机接收到命令后，将根据命令要求上传一定格式的数据。上传数据基本格式由数据头（多字节）+数据（多字节）。具体格式如表2所示。下位机收到0x00，0x55，0x66，0x77命令时，无上传数据。当上位机需要确认下位机是否正确收到命令时，可通过0x44状态查询命令查询，返回数据格式为：$ZT+子单元编号（1个字节）+状态（一个字节）。下位机收到0x12上传GPS命令时，上传数据格式为：$GPGGA+GPS数据。下位机收到0xFF上传有效数据时，上传数据各位为：若此时无有效数据时，则上传NODATA；若有有效数据时，则上传格式为：$QSSK+GPS绝对时间+$CFSK+数据触发指针值+$YXSJ+有效数据。上位机通过接收上传的数据，实时掌握下位机的状态，实现数据通信。
4子单元程序流程
采集子单元程序流程如***5所示。数据采集子系统上电默认为待机状态，此时若收到命令，则子系统根据命令改变工作状态；若未收到命令，则保持待机状态，等待命令接收。子系统收到命令后，改变系统的工作状态，执行响应的操作，直到收到新的命令。
5结论
无线数据传输篇8
关键词: ZigBee技术;无线数据;无线传感器;传输系统
1 ZigBee技术简介
1.1 ZigBee概论
ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。它是一种高可靠的无线数传网络,期数传模块类似于移动网络基站,通讯距离可以无限扩展。
1.2 ZigBee技术特点
1.2.1 低功耗。在正常运行模式下,由于ZigBee技术传送的传输速率低,数据量不大,因此信号收发耗时很短;在非运行模式下,ZigBee节点处于睡眠状态,普通情况下两节五号干电池可以维持长达6个月到2年左右的使用时间。
1.2.2 可靠性。使用了免碰撞机制和重发机制,同时预留了专用时隙满足需要固定带宽的通信业务,避免了数据传输时竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式,每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息,建立了可靠的通信模式。
1.2.3 时延短。唤醒休眠状态和通信时延的时延都很短,适用于对时延要求苛刻的无线控制(如工业控制场合等)应用。
1.2.4 成本低。ZigBee模块的初始成本在6美元左右,而且还在降价,ZigBee协议是免专利费的,所以ZigBee技术成本低。
1.2.5 网络容量大。ZigBee可采用星状、串状和网状等网络结构,Zigbee是一个由可多到65000个无线数据传输模块组成的一个无线数据传输网络平台,在整个网络范围内,每一个Zigbee无线数据传输模块之间可以相互通信。
1.2.6 安全性。采用了AES-128的加密算法。
1.3 其他几种短距离无线技术
目前,短距离无线通信技术还有蓝牙、红外IrDA、无线局域网802.1l(Wi-Fi)、短距通信(NFC)n1等。不同的无线通信技术有不同的特点,或能满足耗电量、传输速度、距离的特殊要求;或能扩充系统的功能;或符合某些单一应用的特殊要求等。根据它们的点被分别应用在各个不同的领域。
2 无线数据传输系统结构设计
2.1 整体设计方案
基于ZigBee技术设计的无线传感器网络有覆盖范围广的特点,系统由多个自给供电的ZigBee节点组成,每个ZigBee节点都可以进行周围环境数据的采集、简单计算以及与其他节点及外界进行通信。这种多节点的特征可以使众多传感器的协同合作进行高质量的传感,从而组成一个容错性急哦啊好的的数据传输采集系统。
无线数据传输系统通过传感器将捕捉的现场信号转换为电信号,经模/数转换器、ADC采样、量化、编码成为数字信号后存人数据存储器,然后通过无线方式将数据发送给接收端进行处理。基于嵌入式系统的ZigBee基站节点完成处理各个传感器节点接收到的数据信息和外界的无线通信。
系统采用部分网状(Partial Mesh)拓扑结构,使每个节点的范围被成倍地扩大。大部分短距离无线技术最大范围一般为10m或更短,但是部分网状结构没有最大通信距离的限制。因为它所有的节点都被用作中继器或路由器,数据传输的时,将要传输的数据放在一个数据包里,数据包从一个节点跳跃到另一个节点,直到到达ZigBee基站节点。然后,由ZigBee基站节点汇总并发送到PC机、服务器、局域网或网络终端进一步传送。如果遇到信号通道阻塞、节点破坏、节点电池没电等问题,一条路径传输失败,信号还可以找到其他的替代路径。
2.2 ZigBee无线传感器节点
系统中有相当大数量的自给供电的ZigBee无线传感器节点,ZigBee无线传感器节点的功能是采集需要的数据,与其他节点及外界进行通信,并且将数据发送到各传感器节点组成的通信基站。ZigBee无线传感器节点主要由传感器模块、ZigBee 收发模块、微处理器模块、存储模块和电源管理模块五部分模块组成。
电源管理模块主要负责功耗管理和供电功能;传感器模块负责覆盖区域内信息的采集和数据转换;MCU模块负责控制整个节点的处理操作、路由协议、同步定位、功耗管理、任务管理等;ZigBee收发模块负责与其他节点进行无线通信,交换控制消息和收发采集数据;存储模块负责存储采集到的数据。
系统中ZigBee节点是由微控制单元(MCU)和RF收发器组成的,其中RF收发器芯片设计了SPI接口与MCU通讯,MCU则连接键盘、显示等人机交互界面、传感器、控制器等。系统的ZigBee节点选择使用16位微处理器MSP430F149,MSP430F149处理器自身具有A/D功能,从传感器得到的模拟信号可以直接送到MSP430F149进行模数转换。RF收发器则选择CC2420,因为CC2420性能稳定且功耗极低,支持硬件的加密、CRC校验。
2.3 ZigBee基站节点
ZigBee基站节点硬件部分主要由传感器模块、ZigBee收发模块、ARM模块、存储模块(NAND Flash,64MB-1GB可选)和电源管理模块组成。它主要完成处理各个传感器节点接收到的数据信息和外界的无线通信,并将数据汇总发送到PC机、服务器、局域网或网络终端。
无线数据传输篇9
关键词：ATA5428；I***；433MHz短距离双向无线通信
引言
近些年来，随着集成电路技术的发展，I***频段单芯片的无线数据通信IC的性能日益提高，短距离无线应用领域也在不断的扩大，其中包括家用电器，消费电子产品，工业控制，安防，自动抄表，汽车遥控控制等诸多领域。
本文介绍一种基于ATMEL公司的单芯片多频点，工作于I***频段的收发芯片ATA5428在无线数据传输中的应用。
ATA5428是ATMEL：公司新推出的一款包含了射频功能和逻辑控制功能的集成电路。可以工作于431.5MHz～436.5MHz。ATA5428具有低功耗和高集成度，传输的距离远，接收的灵敏度高等优点，其内部集成压控振荡器、锁相环电路、功率放大电路、解调电路、变频器、中放电路等。由于高度的集成化使复杂无线电路大大简化，以往较难处理的射频部分，被简化到只需在IC加上几个免调试的分立元件。
ATA5428内部含有自动定时接收唤醒数字逻辑控制电路，可以设定唤醒的周期，选择这个功能后仅仅增加一些收发延迟，但会成倍的降低接收功耗。ATA5428内部含有7个控制寄存器，可以非常简单的对频率、收发速率、调制方式进行设置。ATA5428内部还包含一个16字节先进先出RAM缓冲器，利用这个功能减少对MCU的依赖，使MCU有更多的时间处理其它的事务。所以，MCU既使运行在比较低的频率，在收发双方不小于100ms响应下，依然能够正常工作。
系统电路设计
本系统使用了AVR系列单片机ATmega88。ATA5428与ATmega88通讯采用SPI接口，与外部通信采用UART接口。由于高度集成化ATA5428零件已经很少，所以设计的关键是RF前端的匹配电路的设计。一般的RF芯片发射与接收端口的阻抗并不是标准的50 Q阻抗，而是在不同频率下都可以等效为一个实部加一个虚部，例如ATA5428在433.92MHz的频率下输入阻抗可以等效为(32-i169)Q，要达到最佳的接收效果必须将输入阻抗通过器件的补偿使之与50Ω的天线匹配，***1中L4与C1的作用是补偿输入阻抗成为50Ω，同样L2与C8的作用是用于补偿使输出阻抗为50Ω，同时L2还起到高频扼流的作用。C9，L1，C10组成一个三阶低通滤波电路，3dBm的截止频率约为500MHz左右，低通滤波电路一方面可以抑制发射的高次谐波，另一方面可以衰减输入噪音。必须注意，为了降低输入输出网络的互相影响，在ATA5428的内部增加了一个天线开关，在发射状态时开关闭合，输入网络前的20mm×0.4mm传输线由于长度远远小于1/4波长，所以等效与一个电容接地，而在接收时，等效一个电感，这部分的设计必须注意的是分布参数影响。另外高频部分的走线尽量的短粗，元器件参数要根据线路板的实际情况作出适当的调节，以抵消分布参数的影响。
ATA5428的灵敏度已经相当理想，当有些特殊场合需较远的通信距离的应用时，如双向汽车遥控器等，可以在ATA5428的RF输入端加一级低噪声放大器LNA(见***2)，以进一步提高ATA5428的接收灵敏度。放大电路的输入和输出都采用了LC匹配网络。放大器的实际增益高达近20dB，可以提高4dB到6dB的灵敏度，相当于增加30％～80％的距离。
软件设计
众所周知，一般无线数字接收机在接收有效数据之前，必须要识别数据开始的标志信息及前导码PREAMBLE和同步头SYNCWORD(见***3)。前导码是由若干01010……数据组成主要是用于恢复与同步无线接收机的时钟，同步头可以是若干特定的数据，它标志着数据的开始，ID FIELD是个可选项，用于识别接收机的地址。数据域DATA FIELD是真正的数据区，数据的长度通常是可变的，CRC是对ID FIELD和DATA FIELD的效验，可以选择CRC16或CRC32。ATA5428推荐用Manchester编码以区别与其他同类IC，ATA5428检测前导码采用比较每个比特的脉冲宽度，并有一个可设置比特数据的长度的范围窗口，其他同类IC则采用识别是否有01010…数据来识别前导码，ATA5428这种比较前导码的方式，显然具有明显的优点，抗干扰能力大大增强。
无线数据传输篇10
【关键词】Microchip PIC24F单片机；无线数据传输；Zigbee CC2530；串口通信
1.引言
随着科学技术的不断进步，传感器技术、数据采集技术、数字信号处理技术以及无线通信技术都得到了长足的发展，并已成为了国内外重点发展的科技领域之一[1]。传感器技术在工业、医疗、***事等众多领域中得到了广泛应用。传感器通过感知被测量，按照某一规律完成转换并输出信号。利用数据采集技术实现对信号的采集并进行相应的信号处理。当在一些现场环境复杂、恶劣或者是地处偏远的情况下，有限传输方式无法适应时，就需要采用无线传输方式来解决问题。
目前，无线传输的实现方案有多种，例如：无线局域网（WLAN）、ZigBee、红外线技术、蓝牙（Bluetooth）技术、RFID等[2]。WLAN技术主要特点是上下行速率高、建网快速、组网方式多、移动性强、组网成本低等；红外线技术实现的是点对点的通信，具有功耗低、体积小、简单易用等特点，但点对点之间不能有障碍物的阻挡；蓝牙技术具有多点连接、功耗小、高速率的特点[3]。
本文设计了一种基于Microchip PIC24F单片机的无线数据传输系统，该系统采用了Microchip PIC24F单片机作为CPU，采用Zigbee CC2530作为无线数据收发模块，具有电路结构设计简单、实用性强的特点。
2.无线传输系统设计
本文设计了一种基于Microchip PIC24F单片机的无线数据传输系统，该系统采用Zigbee CC2530作为无线数据收发模块，实现下位机和上位机之间的数据通信；采用Microchip PIC24F单片机作为系统CPU，一方面可以通过Microchip PIC24F单片机内部自带的A/D转换器实现数据的采集，另一方面通过SPI接口实现对Zigbee CC2530的控制。Microchip PIC24F单片机作为系统的CPU，还担负着信号处理的功能。当接收传感器的输出信号时，Microchip PIC24F单片机便可以实现数据的采集和处理，并将处理后的数据通过无线数据收发模块Zigbee CC2530进行无线数据的发送。在接收端依然采用无线数据收发模块Zigbee CC2530进行数据的接收，并送到Microchip PIC24F单片机中。为了可以利用PC机显示发送端上报的数据，采用了串口通信技术，实现了Microchip PIC24F单片机与PC机的数据通信。具体的系统设计方案如***1所示，包括了***1（a）无线传输系统发送端，***1（b）无线传输系统接收端。
2.1 Microchip PIC24F单片机电路
Microchip PIC24F单片机是美国微芯科技公司推出的16位单片机，采用nanoWatt XLP超低功耗技术，在深度休眠模式下，功耗低至20nA，具备16 MIPS的性能、电容触摸传感外设、8 KB RAM、32或64 KB闪存、10位A/D以及实时时钟和日历（RTCC）。该单片机还能够通过外设引脚选择重新配置数字I/O引脚。此外，该单片机具有44引脚QFN和TQFP封装和28引脚QFN、SOIC和PDIP封装。
2.2 无线收发模块CC2530电路
CC2530是TI公司推出的2.4GHz I***频带的一款芯片，该芯片支持Zigbee/IEEE 802.15.4协议，并且该芯片内部集成了具有高性能射频收发器、工业标准的增强型8051MCU内核。该芯片内部具有8位和16位的定时器，256KB Flash ROM和8KB RAM，具有8个输入可配置的12位ADC，同时具备强大的DMA功能，支持5种工作模式，具备超低功耗系统，在接收和发送模式下，电流损耗分别为24mA。
2.3 串口通信电路
本设计中上位机部分为了实现Microchip PIC24F单片机与PC机之间的通信，采用了串口方式实现通信，即采用了MAX232实现。MAX232芯片是美信公司的一款电平转换芯片，按照RS-232标准串口设计，采用+5V单电源供电。
2.4 电源模块电路
本设计中系统外部供电电压为+5V，而Microchip PIC24F单片机和无线收发模块Zigbee CC2530都工作在+3.3 V，因此需要采用电源模块实现电压转换，采用了低压差线性稳压器TPS7333实现电压转换。
3.系统软件设计
系统软件设计包括下位机软件设计和上位机软件设计。前者主要是Microchip PIC24F单片机通过SPI口对Zigbee CC2530的控制，后者包括串口通信和主界面设计。
Zigbee CC2530片上集成的命令选通协处理器（CSP）提供了Microchip PIC24F单片机与无线电直接的接口，可以处理Microchip PIC24F单片机发出的命令。有程序执行和立即选通命令两种模式[7,8]。其中24字节的程序存储器用以存储软件算法，充当Microchip PIC24F单片机的协处理器。当命令选通协处理器（CSP）复位后，指令写指针复位到位置0，每次RFST写入期间指令写指针累加1，直到程序存储器的终点。命令选通协处理器（CSP）还具备4个寄存器，分别是CSPX、CSPY、CSPT和CSPZ。Microchip PIC24F单片机对他们可以读写，设置命令选通协处理器（CSP）运行所需的参数。程序执行模式下运行一个命令选通协处理器（CSP）的流程如***2所示。
4.结论
本文介绍了一种基于Microchip PIC24F单片机的无线数据传输系统，该系统采用了无线收发模块Zigbee CC2530实现无线数据的传输，采用了低功耗单片机Microchip PIC24FF449实现无线数据收发模块的SPI接口配置。该系统可以利用Microchip PIC24FF449单片机对多个传感器输出的信息量进行采集，并通过无线收发模块Zigbee CC2530实现无线数据传输。上位机部分接收数据后可通过串口通信方式将数据上传至PC机，并通过上位机主界面显示所需数据。由于采用了无线传输方式，该系统适用于各种条件复杂、恶劣或是偏远的安装场合，因此具有较高的应用价值。
参考文献
[1]蒋俊.基于PIC单片机的网络嵌入式系统研究[D].湖南师范大学,2009(10).
[2]张磊.基于PIC24系列微控制器的嵌入式实时操作系统的设计与实现[D].山东大学,2009(01).
[3]张雅洁.基于PIC单片机的电能质量检测仪[D].安徽理工大学,2010(06).
[4]杨占***,杨英杰.基于无线传输技术的多路温度数据采集系统设计[J].东北电力学院学报,2005(1):73-75.
[5]黄浩,李旭婷.ZigBee技术在智能家居中的应用[J].黑龙江科技信息,2011(25).
[6]喻金钱,喻斌.短距离无线通信详解[M].北京:北京航空航天大学出版社,2009.
[7]李兴春,李恒文,张巍.基于Zigbee CC2530的温度数据无线采集系统的设计[J].仪器仪表用户,2007(2):51-52.