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无线 投票 表决器 设计 电子 优秀 优良 机械 机电 电机 毕业设计 论文 a6232

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1 无线收发模块 导言 无线电的发射器件都工作于射频，因此对器件的要求也较高，一般业余条件下很难完成制作与调试工作，而目前对于无线电技术的应用越来越广泛，尤其对于一些业务无线电爱好者来说，要想拥有所有高频调试的设备几乎是不现实的，因为这些设备价格昂贵。针对这些实际情况，许多专业生产厂家专门生产了用于无线数据传输的无线收发模块，将对高频部分的安装与调试工作全部在专业生产场所内完成，用户只要为其提供电源和所要发送的编码数据，就可以在接收端的数据输出端得到发送端的原始数据，这样就可以将无线电技术的应用得到推广。从目 前对无线电收 发模块的应用来看，主要可分为两大类：调频收发模块和调幅收发模块。 在无线广播、电视、通信、遥控、遥测等装置或系统中 ,除了采用振幅调制方式 ( ,还广泛采用频率调制方式 (下面对这两种调制方式的主要性能进行比较 : 调频 主要优点是它的抗干扰性能强 主要是指在输入信号噪声比 (简称信噪比 S/N)相同的条件下 ,调频接收机输出端的信噪比大于调幅接收机输出端的信噪比。调频比调幅制的抗干扰能力强的原因可从两种制式的发射信号功率大小进行分析。调频波的边频分量的功率是 从载波功率中分出来的。调制系数 大 ,其边频不仅数目多 ,且幅度增大 ,这意味着载波功率中转化为边频功率的比例大 ,而调幅波的边频功率最大仅等于载波功率的一半 (当调制指数 1 时 )。因此 ,调频波比调幅波可以具有更大的边频功率 ,这意味着它更有能力去克服信道或机内的噪声和干扰。其次 ,可从接收信号的调解来进行对比并分析。由于调幅信号的信息包含在已调幅信号的振幅中 (振幅变化与调制信号的振幅成正比 ),解调用的包络检波 (也称振幅检波 )器无法抑制寄生调幅干扰；而调频信号的信息则包含在高频振荡的瞬时频率变化上 ,因此 ,干扰 引起的寄生调幅可通过限幅器 (或用有限幅作用的比例鉴频器 )去掉。因此 ,不管从发射信号的边频功率还是从接收信号的解调进行分析 ,调频制的抗干扰性能均优于调幅制。 由于宽带调频系统占用的频带宽 ,调频只适宜在超短波以上频段（ 300用 波频段（中波： 1000长波 10 1 ,则采用调幅或单边带调制方式。 2 调频制发射机发射的调频载波的瞬时频率是随调制信号变化的调频波为等幅波 ,它的最大功率等于平均功率 ;而调幅制发射机发射的是调幅信号 ,当 时 ,最大发射功率等于平均功率 (载波功率 )的 4 倍 均按最大功率估算 ,则调频发射机发射出的功率是调幅发射机发射的平均功率的 4 倍。 调幅发射波是随调制信号的幅度而变化的 ,这就对放大管的反向耐压有较高的要求 ,宜采用击穿电压更高的管子 ,否则管子易被击穿 管子不易被击穿。 生产调频系列器件其调试过程相当复杂 ,所以需要配备综参测试仪、屏蔽室等昂贵的生产调试设备，调试设备的稳定性 直接决定产品的性能，还需要专业的技术工人。而生产调幅器件相对来说要方便许多 ,所以生产调频产品的门槛要远远高于生产调幅产品 ,因此两者的生产成本相差一倍以上。通过以上对两者的性能及成本的介绍，网友必对两者的情况有所了解，目前被广泛运用的是调幅形式的收发组件，由于其性价比较高，同时生产也较为方便，因此对一些要求不是太高的场合来说，都采用了这种模式，因此本文中也重点对这种模块进行介绍。 无线发射模块 据发射模块的工作频率为 315M，采用声表谐振器 频，频率稳定度极高，当环境温度在 25 85 度之间变化 时，频飘仅为 3。特别适合多发一收无线遥控及数据传输系统。声表谐振器的频率稳定度仅次于晶体，而一般的 荡器频率稳定度及一致性较差，即使采用高品质微调电容，温差变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移。 射模块未设编码集成电路，而增加了一只数据调制三极管 种结构使得它可以方便地和其它固定编码电路、滚动码电路及单片机接口，而不必考虑编码电路的工作电压和输出幅度信号值的大小。比如用 者 接将它们的数据输出端第 17 脚接至 据模块的输入端即可。 据模块具有较宽的工作电压范围 3 12V，当电压变化时发射频率基本不变 ,和发射模块配套的接收模块无需任何调整就能稳定地接收。当发射电压为3V 时，空旷地传输距离约 20 50 米，发射功率较小，当电压 5V 时约 100 200米，当电压 9V 时约 300 500 米，当发射电压为 12V 时，为最佳工作电压，具有较好的发射效果。当电压大于 功耗增大，有效发射功率不再明显提高。不同的电路参数，有不同的发射功率及发射距离，要想获得较好的发射效果，必 3 须接上天线，天线最好选用 25 厘米 长的导线，远距离传输时最好能够竖立起来，因为无线电信号传输时受很多因素的影响，所以一般实用距离只有标称距离的一半甚至更少，这点需要开发时注意。 据模块采 用 式调制，以降低功耗，当数据信号停止时发射电流降为零，数据信号与 射模块输入端可以用电阻或者直接连接而不能用电容耦合，否则 射模块将不能正常工作。数据电平应接近 据模块的实际工作电压，以获得较高的调制效果。 射模块最好能垂直安装在主板的边缘，应离开周围器件 5上，以免受分布参数影响 。 块的传输距离与调制信 号 頻 率及幅度，发射电压及电池容量，发射天线，接收机的灵敏度，收发环境有关。一般在开阔区最大发射距离约 800 米，在有障碍的情况下，距离会缩短，由于无线电信号传输过程中的折射和反射会形成一些死区及不稳定区域，不同的收发环境会有不同的收发距离。这一点对于使用者来说必须注意，笔者在利用这类模块进行应用时，曾出现过这样的情况，这里把他介绍给大家，希望能给在这方面应用的网友启到一定的参考：我们在为一家棋牌房设计无线呼叫系统时，选用的是 1500 米的发射模块（很多厂家都是这样标识的，实际运用时还是要根据具体的环境来试验。） 这种模块我们在室外空旷处曾试验过，在 500 米处可以正常接收，然而运用在这里时，相隔5 个房间后就无法接收，实际距离大约在 30 米左右，这个环境的情况为：楼层高度为 ，所有的发射器件均安装于封闭的包箱内。为了达到可靠的呼叫功能，我们增加了两级中继器进行信号放大后才实现功能，这里所说的中继器就是我们网站上介绍的大功率无线信号转发器。以上例子说明，这种无线收发器件直线传输性能较好，而绕射性能将大大降低。 无线接收模块 超再生检波接收器 超再生检波电路实际上是一个受间歇振荡控制的高频振荡器，这个高频振荡器采 用电容三点式振荡器，振荡频率和发射器的发射频率相一致。而间歇振荡又是在高频振荡的振荡过程中产生的，反过来又控制着高频振荡器的振荡与间歇。而间歇振荡的频率是由电路的参数决定的（一般为 百到几百千赫）。这个频率选低了，电路的抗干扰性能较好，但接收灵敏度较低，反之，频率选高，接收灵敏度较好，但抗干扰性能变差。超再生检波电路有很高的增益，在未收到控制信号时，由于受外界杂散信号的干扰和电路自身的热骚动，产生一种特有的噪声，叫超噪声，这个噪声的频率范围为 5间，听起来像流水似的“沙沙”声。在无信号时，超噪 声电平很高，经滤波放大后输出噪声电压；当有控制信号到来时，电路谐振，超噪声被抑制，高频振荡器开始产生振荡，输出信号。高放 4 电路相关元件组成超再生检波电路，检出的控制信号经两级运放进行放大处理后，从输出端输出接收到无线信号。 2 超外差接收检波接收器 超外差式接收电路的工作原理和一般的超外差式收音机的原理相同。它将接收到的信号加以放大，并和本机产生的等幅振荡信号相减，产生一个固定频率的中频信号，这个中频信号的幅度中包含有低频调制的控制信号，将这个中频信号加以两级或三级放大，然后进行检波，将中频信号中所包含的低 频指令信息取出，就得到正确的遥控信号。由于中频放大器设有自动增益控制回路，因此，它的增益可以设计得很高而工作十分稳压，这就使得超外差接收机不论对强信号还是弱信号，都能做到基本相同的放大倍数，也正是因为采用了中频放大器，它的信号放大倍数可以达到很大，也就使电路的接收灵敏度大大提高，一般可达到 超再生检波电路相比，超外差式接收模块，无论在接收灵敏度上，还是选择性上都有很大的提高，在抗干扰方面更加显著。 河南科技学院 本科毕业论文（设计）中期进展情况检查表 学生姓名 潘海洋 班级 应教 052 指导教师 陈艳 锋 论文（设计）题目 无线投票表决器的设计 目前已完成任务 1借助网络、书籍等渠道查阅了相关资料，并提交了开题报告； 2掌握了无线表决系统的理论基础，并分析了其所需的条件。 3. 初步确定了论文设计的基本框架。 是否符合任务书要求进度：符合。 尚需完成任务 1进一步分析无线收发模块的工作原理及其应用，总结其特点并得出理论。 2对所有相关材料进行整理，撰写论文，完成毕业答辩。 能否按期完成论文（设计）：能。 存在问题和解决办法 存 在 问 题 在对本课题进行研究时，会遇到知识点上的空白，使最终查阅和参考的资料文献目标与题目相关性有误差。在定性分析时整体考虑不够完善，仍需要进一步努力。 拟 采 取 的 办 法 入了解无线表决系统的来龙去脉。 学共同探讨、协商、寻找可靠解决问题的途径。 指导教师 签 字 日期 年 月 日 教学院长(主任 ) 意 见 负责人签字： 年 月 日 毕业论文（设计）开题报告 题目名称： 无线投票表决器设计 学生姓名 潘海洋 专业 应用电子技术教育 班级 052 一、选题的目的意义 随着无线局域网络的发展 ,无线技术自身的优势不断在应用中体现出来 ,目前国内投票表决还多使用有线的表决器 ,要在不同地点进行表决 ,需要重新布置网络线 ,给工作人员带来极大的不便 ，投票工作不能有效的进展 。 而无线表决技术 的不断成熟， 与有线系统相比无需繁琐的布线工作 ,只需与会代表每人拿一部无线表决器即可实现会议的表决工作 ， 系统采用先进的无线数字通讯 方式，组建无线网络，无需布线，管理方便；无线数字通讯方式，使系统抗干扰能力强，保证了系统的稳定性和可靠性。能绕过人体等障碍物，与手机等常见电子设备无干扰，可切换多种信道 。 二、国内外研究现状 对于表决系统而言， 自 1975 年以来，电子表决系统便一直在使用，使你能根据国家议会规则或贵公司的规定，用 “ 同意 ”“ 反对 ” 和 “ 弃权 ” 进行各种投票表决。 如果是用于股东会议上，智能会议卡还能 提供每个代表应被分配到的投票数，以确保每位 投票者 的投票数与其所持有的股票数相对应，每次投票的结果都通过软件结合智能卡制成文档，从而为公 证机构提供了双重的检查手段 。 世界上第一套采用智能卡的无线智能化电子表决和听众互动交流系统，其基本组合包括一台 人电脑， 面卡， A 收发器和 无线表决手机，用户软件在 窗环境下运行 ， 统反应迅速，其响应时间（由停止表决至显示结果之间）仅为数秒，另外安装便利，特别是人数众多的会议上更能体现其优势，性能象 线表决系统一样可靠，最大的区别是表决手机是无线的，操作十分 简便。 随着无线技术的不断创新， 无线通信以其独特的优点，在现代通信领域逐渐占据重要地位。 三、主要研究内容 四 、 毕业论文（设计）的研究方法或技术路线 际调查研究，在此基础上进行探讨分析； 络查阅相关文献资料，了解国内外发展趋势； 行分析、研究； 主要参考文献与资料 1史德锋 ,岳媛媛 ,郭世明 J):50 2罗庆生 ,廖文城 应用研究 J2003 3王伟 ,数据采集与无线收发模块的设计 J2003 (17) 4黄 志 伟 ,李富英 计算机接口电路设计 J2002 (5):39 5张冬梅 ,黄布毅 线通信模块在信息家电中的应用 J2002,17 (2):67 6姚玉坤 ,张华 ,高小明 . 基于 无线通信模块在竞赛机器人中的应用 J2005,17 (5)65 7张健 . 多路无线温度数据采集系统中的应用 J2005,27 (12) :509 8张铭 . 基 无线收发模块的设计 J2002 (4)76 9黄智伟 ,李富英 微电子学与计算机，2002(5)39 10单片收发芯片 其应用 2001 11李冬兰 J2004 12433F 2003 132000 指导教师审批意见 年 月 日 河南科技学院 2009 届本科毕业论文（设计） 论文题目： 无线投票表决器设计 学生姓名： 潘海洋 所在院系： 机电学院 所学专业： 应用电子技术教育 导师姓名： 陈艳 锋 完成时间： 2009 年 05 月 18 日 摘 要 随着现代电子技术和计算机控制技术的发展和应用，大型会议电子表决及会议签到、信息传递系统已逐步取代传统的会议管理与表决手段方式 ,形成了新一代综合会议智能化管理系统。电子表决系统是综合会议智能化管理系统中的一个重要部分 ,它从根本上改变了各类会议传统发、填、收、计票的表决方式，实现了表决结果即时、准确显示 ,提高会议表决的透明度 ,保证表决结果的公开性 ,是推进政府、企事业单位民主化进程、提高会议效率的有效手段。在无线技术的推动下 ,无线表决技术也日趋成熟和完善 ,并得到了广泛应用，本文通过分析无线收发一体芯片 片的应用特点 ,采用 为收发模块 ,制定了适合无线表决器网络的通信协议并分析了整个无线通讯数据的收发过程。 关键词 : 智能化管理，收发一体， 线表决器 of of a of is an an it of a on to to is of of In of to as a a of to 目 录 1 绪论 . 1 2 系统构成与特点 . 1 线表决系统构成 . 1 线收发模块 . 3 3 芯片介绍 . 4 片构成与特点 . 4 片功能 . 7 4 硬件设计 . 9 控模块设计 . 9 口传输 . 9 机与控制器通信 . 9 行接口芯片 . 10 口与 连接 . 11 片机的选择 . 13 频芯片 . 13 决器设计 . 14 板设计 . 14 件设计 . 14 5 软件设计 . 15 6 主机和表决器收发的通讯过 程 . 17 7 结束语 . 17 致谢 . 18 参考文献 . 19 附录一 . 20 附录二 . 21 1 1 绪论 随着电子技术的发展，人们对通信的依赖程度越来越高。目前国内微机网络多为有线通信方式，而无线通信以其独特的优点，在现代通信领域逐渐占据重要地位。无线通信技术，具有以下三个显著的特点： （ 1） 传输介质采用的是电磁波 ，而不是串行总线物理接口标准的电缆线 ,所以特别适用于那些不适合或不方便架设电缆线的 地方或场所。 （ 2） 由串行总线物理接口标准（ 成的单片机多机通信系统， 连接主控器上 的收发器的数量受接口的限制 ,而应用单片机编解码接 发器的数量不受限制，这是任何接口标准无法比拟的 。 （ 3）无线技术通信系统 具有电路简单、功耗小、体积小、成本低、运行可靠和调试方便等优点 。比有线系统的稳定性、可靠性高。 无线表决系统是专为 会议设计开发的表决系统 ,与有线系统相比无需 繁琐的布线工作 ,只需与会代表每人拿一部无线表决器即可实现会议的表决工作 。由于会议系统稳定性 、 可靠性 的要求 较 高 ,所以系统的稳定可靠性 、 抗干扰能力和保密性能方面是设备最重要的关键指标。而这些指标主要体现在无线数据传输和通讯技术的应用上 ,因此系统的核心技术就是无线数据传输和通讯。 本系统的无线数据 传 输 技术利用 先进的数字无线电设计思想 ,在选用大规模 、 低功耗专用集成电路的基础上设计制造 。 在电源设计 、 降低功耗 、 提高抗干扰能力 等方面都进行了优化设计 。 对于便携式设备 ,系统电源设计是一个非常重要的环节 ,无线表决器采用超低功耗 采用低功耗系统设计思想 ,从而最大限度地提高了可靠稳定性与适用性。 2 系统构成与 特点 线表决系统构成 无线电子表决系统是针对人大、政协、政府、企事业单位各类议案表决、民主评议、人事选举、测评打分、现场互动等需求而研制开发，系统采用无线通信技术，功能齐全，安全可靠，保密性强，操作简单，具有硬件设计高度可靠、按键投票保密性强、用户操作直观明了、产品功能多种多样等优点。电子表决方式解决了以往举手表决所带来的弊端，使参会人员的意愿更加真实独立，即是对参会人员职权的尊重，又是对民主和法制的尊重。 同时，电子表决结果自动生成，节省了会议时间和人力，提高了会议效率。与有线表决相比，无线电子表决系统在可靠性、安全性、以及易用性上更有优势，而且大幅度降低了会议成本，适合普及推广 ， 表决系统的功能设计与实现是以实用、高效、可靠、友好为目标 ,满 2 足政府部门与各种商业化投票选择问题所用， 无线投票表决系统包括主机、大屏幕显示器、数据收发控制器 (主控装置和无线收发装置 )、无线表决器 。 其中核心的组成部分是无线收发装置， 无线表决系统用于完成表决信息的采集处理和显示它主要由主控器表决器和 部分组成，其中 通过接口和主控 器相连，主要完成向主控器发出各种指令以及收集由主控器上传的有关表决器状态和最终表决结果的信息，并显示表决结果 。 主控器主要完成接收从发出的指令，再根据各指令通过无线数据传输电路向表决器发出相应的命令 ， 当表决器执行相应的指令之后，主控器再负责将收集到命令当表决器执行相应的指令之后，主控器再负责将收集到的表决器状态或表决结果上传给，至此完成整个表决过程表决器则通过无线数据传输电路接收来自主控器的指令，并通过无线数据传输电路向主控器上传表决器状态和表决结果等 ，系统模型图 如图 1 所示。 图 1 无 线投票表决系统模型图 表决器单元是与会代表进行表决时直接操作的选项控制设备 ,面板设有同意、反对、弃权三个控制键和相应的三组指示信号灯 ,在有效投票表决时间 (时间可设定 ,一般表决时间 20秒 )内可以任意修改表决意见 ,以最后一次按下的表决键为投票结果 ,表决结束时 ,表决结果就被系统锁定 ,再按动其他表决键无效 。 持第一次按键有效和最后一次按键有效两种表决方式。表决结果数据自动保存，表决结果不可修改，可以重新执行 。 系统采用先进的无线数字通讯方式，组建无线网络，无需布线，管理方便；无线数字通讯方式，使系统抗干扰能力强，保证了 系统的稳定性和可靠性。能绕过人体等障碍物， 对 手机等常见电子设备无干扰，可切换多种信道。 效率高 、 表决结果统计非常快 速。 表决器单元通过无线收发装置在单片机的芯片控制下，由参会代表执行他们的表决权，表决结果确定后再由 主控制器通过串行接口与 系统网络与 将表决器检测、代 表 注册统计、表决结果等数据传输给 由表决统计处理软件进行实时统计、显示、打印 ， 同时由分 配 器将 同步显示表决结果信息 。表决系统总体结构示意图如图 2所示。 图 2 系统 总体结构示意图 主控制器 部分， 主控制器是整个电子表决网络系统的控制部分。其核心部件是 处理器 ,具有检测分支控制器与表决器在线功能、执行表决器状态检测、代表注册统计、表决开始、停止等命令 ,并统计查询表决结果、传输表决结果数据。还可以通过接驳 控制计算机 ,实现表决结果信息显示、统计打印等功能 。 线收发模块 无线收发模块主 要完成射频信号的处理功能，包括产生射频能量，将读写器欲发往射频 的命令调制到读写器发射的载频信号上，形成已调制的发射信号，经读写器的天线发送出去。发送出去的 已调信号经过 空间信道传送到射频卡上，射频 对接收 到的射频信号做出响应，形成返回读写器天线的发射回波信号；将射频返回到读写器的回波信号进行必要的加工处理并从中解调，提取出射频 回送的编码数据 。 无线收发一体模 块 片性能优异 ,在电子领域 居领先水平 ， 因而是目前集成度较高的无线数据传输产品 ,以往设计无线 数据传输 产品常常需要相当的无线电专业知识和昂贵的专业设备 ,而且传统的电路方案不是电路太复杂就是调试困难而令人望而却步 ,以致影响了用户的使用和新产品的开发研制工作 ,出现使人们摆脱了传统无线产品设计的困扰 ,另外 ,由于它采用了低发射功率 ,高灵敏度设计 ,因而可满足无线管制的要求且无需使用许可证 ， 是目前低功率无线 数据传输 的理想选择 。 本系统的核心部分就在于无线收发控制模块以及射频模块 ，主机与无线收发控制模块、主控收发模块构成了无线表决系统的收发部分，无线收发模块是本系统的核心部分，通过无线收发一体芯片 品， 20脚双列直插封装。其中包含 4 高频接收 、 发射、合成、调制解调和双频切换等单元 。 系统收发模块构成如图 3所示 。 图 3 无线投票表决系统收发模块构成 3 芯片介绍 片构成与特点 由挪威 司推出的集收、 收 发于一体的无线通信芯片，在一个 20 管脚芯片内集成了 高频发射 、 高频接收 、 成、 制 /解调、 参量放大 、 功率放大 、频道切换 等单元电路。 用具有较强抗干扰能力的 率 (制方式，改善了噪声环境下的系统性能，采用 率合成技术，工作频率稳定可靠。与 移键控 ( 关键 (式相比，这种方式的通信范围更广，特别是在附近有类似设备工作的场合 ， 工作于 433段，采用 制与解调技术，数据通信速率高达 20kb/s，最大传输功率为+10可以调整传输功率，差分式天线接口 ， 片的外围元件很少 ,只有一个基准晶振和几个无源器件 ,没有调试部件 ,这使其功耗极低 ,并给应用带来便利 。 目前集成度最高的无线 数据传输 产品。以往设计无线 数据传输 产品往往需要相当的无线电专业知识和价格高昂的专业设 备，传统的电路方案不是电路繁琐就是调试困难，因而影响了用户的使用和新产品的开发， 出现使人们摆脱了无线产品设计的困难 。 内应用最早的无线收发一体芯片 ,在接收模式中 ， 接收的射频调制的数字信号被低噪声较大器放大，经混频器变换成中频，放大、滤波后进入解调器，解调后变换成数字信号输出（ 在发射模式中，数字信号经 锁相环和压控振荡器处 5 理后进入到发射功率放大器射频输出。由于采用了晶体振荡和 率稳定性极好；采用 工 作频率为国际通用的 数据传输 频段 ， 抗干扰能力强 。 特别适合工业控制场合； 灵敏度高，达到 功耗小，接收状态 250A，待机状态仅为 8A， 10工作电压 满足低功耗设备的要求； 具有多个频道 ， 可方便地切换工作频率 。 脚图 如图 4所示 。 图 4 脚图 微功率无线射频通信模 块特点： （ 1） 微功率发射，最大发射功率 10 （ 2） 无需申请频点。载频频率 433可提供 868/915 3） 高抗干扰能力和低误码率。基 于 用高效前向纠错信道编码技术，提高了数据抗突发干扰和随机干扰的能力，在信道误码率为 10得到实际误码率 1010 （ 4） 传输距离远。在视距情况下，天线高度 2米 ,可靠 的 传输距离 一般 可达300200 （ 5） 透明的数据传输。提供透明的数据接口，能适应任何标准或非标准的用户协议。自动过滤掉空中产生的假数据 (所收即所发 )。 （ 6） 多信道。 个信道，如果用户 需要 的话 ，可扩展到16/32/64信道。满足用户多种通信组合方式。 （ 7） 双串口 3种接口方式。 个串口 3种接口方式， 用户只需要拔插1位短路器再上电即可定义 )。 （ 8） 大的数据缓 冲区。接口波特率 1200/2400/4800/9600/19200/38400式为 8传输无限长的数据帧，用户编程更灵活。 （ 9） 智能数据控制，用户无需编制多余的程序。即使是半双工通信，用户也无 6 需 编制多余的程序，只要从接口收发数据即可，其它如空中收 /发转换，控制等操作， （ 10） 低功耗及休眠功能。 部 20引脚、 内部结构 各引脚功能说明如图 5所示 。 图 5 能 图 所示 ， 图中天线口 00的印制天线， 电路的最大发射功率为 10接收灵敏度高达 105开阔地的使用距离最远可达 1000米。如要加大使用距离可在 00 50平衡非平衡变换电路，并接入输入输出放大和转换电路。 于采用了低发射功率和高接收灵敏度的设计 ,因而可满足无线管制要求 ,无需使用许可证 ,是目前低功率无线 数据传输 的理想选择 ,可广泛用于遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集、无线标签、身份识别、非接触 型无线数据终端、安全防火、无线遥控、生物信号采集、水文气象监控、机器人控 7 制等系统 。 图 6 33足欧洲电信工业标 （ 00便于使用低成本的 无需进行初始化和配置， 工作电压范围可以从 具有待机模式，可以更省电和高效 。 片功能 0个引脚。重要时序参数 ： 当从 数据输入脚 (须保持为高至 少 1从 据输出脚（ 至少 3 从待机模式到接收模式，当 时，经过 , 对 待机模式到发射模式，所需稳定的最大时间是 从加电到发射模式过程中，为了避免开机时产生干扰和辐射，在上电过程中便于频率合成器进入稳定工作状态。当由上电进入发射模式时， 持 1 从上电到接收模式过程中，芯片将不会接收数据， 到电压稳定达到 且至少保持 5果采用外部振荡器，这个时间可以缩短到3 工作频率为国际通用的 数据传输 频段 433接数据输入输出，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合采用 率稳定性极好。灵敏度高，达到 耗小，接收待机状态仅为 810低工作电压 满足低功耗设备 的要求 02 m H 1V D T 1V C O 1V C O 2V S U T P E T 2A N T 1V S E 2 有多个频道 ， 可方便地切换工作频率，特别满足需要多信道工作的特殊场合 ,可直接接单片机串口 ,仅外接一个晶体和几个阻容、电感元件 ， 基本无需调试 ， 由于采用了低发射功率、高接收灵敏度的设计 ，其芯片特性如 图 7所示。 图 7 接 收模式、发 送 模式和等待模式。在等待模式下，系统的功耗可以达到很小的值 ,种工作模式的不同切换 ,如 图 8所示。其中 在等待模式下 ,系统的功耗 可以达到很小的值。 个引脚设定 ,分别是 P。因此 ,可通过单片机控制 使它处于接收、发射或等待状态 ,实现双工通信。 在应用 除要合理选用外部元件参数外 ,还要注意芯片的转换时间。 制方式，改善了噪声环境下的系统性能。 意味着它不需要外部声表面波 (波器。此外 此可以使用任 何一种协议，也可以使用各种 “0”、 “1”序列，因而无需浪费单片机宝贵的处理资源来进行曼彻斯特编码 ， 本系统的无线通信模块发送部分是通过单片机串行口送到模块由模块发送，而接收部分是由模块接收到数据以后，由单片机控制相应部件工作。 9 图 8 不同工作模式的转换及切换时间 4 硬件设计 控模块设计 口传输 由于本系统数据流量较小 ,因此主机 采用串口技术进行数据的传输。 串行通信是指通信的发送方和接收方之间数据信息的传输是在单根数据线上 ,以每次一个二进制位移动的 ， 它的优点 是只需一对传输线进行传送信息 ,因此其成本低 , 适用于远距离通信 ; 它的缺点是传送速度低 ， 串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议。大多数计算机包含两个基于 口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。 串口通信的概念非常简单，串口按位（ 送和接收字节。尽管比按字节（ 并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据 . 串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议（不要与通用串行总大多数计算机包 含两个基于 口同时也是仪器仪表设备通用的通信协议；很多 时，串口通信协议也可以用于获取远程采集设备的数据。 机与控制器通信 主 不仅要发送命令控制 ,而且要接收从机上传的数据 ,如果采用 因此 设计了无线收发控制模块 ,它的功能是通过单片机控 用单片机控制 同时接收从机上传的数据 。 准最初是 远 程通信 连 接 数 据 终 端 设备 10 数 据通信 设备 制定的。因此 这个标 准的制定， 并 未考 虑计 算机系 统 的 应 用要求。但目前 它 又广泛地被借 来用于 计 算机（更准确的 说 ，是 计 算机接口） 与终 端或外 设 之 间 的近端 连 接 标 准。显 然， 这个标 准的有些 规 定及和 计 算机系 统 是不一致的，甚至是相矛盾的。有了对这种 背景的了解，我 们对 准 与计 算机不兼容的地方就不 难 理解了， 准中所提 到的“ 发 送”和“接收”，都是站在 场 上，而不是站在 立 场来 定 义 的。由于在 计 算机系 统 中，往往是 I/O 设备 之 间传送信息， 两 者都是 此 双 方都能 发 送和接收。 准（ 协议 ）的全 称 是 准，其中 表美 国电 子工 业协会 ， 代表推荐 标准， 232 是 标识号 ， C 代表 最新一次修改（ 1969），在 这 之前，有 它规 定 连 接 电缆 和机械、 电气 特性、信 号 功能及 传 送 过 程。常用物理标 准 这 里只介 绍 简称 232， 例如，目前在 C 机上的 口，就是 口。 行接口芯片 由于 系统扩展一片可编程串行接口芯片 8251A,实现 与单片机通信 ,单片机则通过串口与 8251出接口，可用来将 86系列 能将主机以并行方式输入的 8位数据变换成逐位输出的串行信号；也能将串行输入数据变换成并行数据传送给处理机。由于由接口芯片硬件完成串行通信的基本过程，从而大大减轻了 广泛应用于长距离通信系统及计算机网络。 图 9 8251 11 8251A 是一个功能很强的全双工可编程串行通信接口，具有独立的双缓冲结构的接收和发送器，通过编程可以选择同步方式或者 异步方式 。 8251A 内部原理图如图 9 所示。 第一部分是和 者总线的接口部分，其中包括数据总线缓冲器、读 /写控制逻辑。数据总线缓冲器用来把 8251A 和系统数据总线相连，在 行输入输出指令期间，由数据总线缓冲器发送和接收数 据，此外，控制字，命令字和状态信息也通过数据总线缓冲器传输，读 /写控制逻辑电路用来配合数据总线缓冲器工作。 过数据总线缓冲器和读写控制逻辑向 8251A 写入工作方式和控制命令字，对芯片初始化；向 8251A 写入要发送字符的数据代码，送到发送缓冲器进行并行到串行的转换，并且将接 收的、已转换成并行代码的接收缓冲器中的字符数据读入 第二部分是数据格式转换部分，包括发送缓冲器、并行数据到串行数据转换的发送移位器，接收缓冲器和串行数据到并行数据转换的接收移位器，以及发送控制电路和接收控制电路。发送缓冲器把来自 并行数据加上相应的控制信息，然后利用发送移位器把它们转换成串行数据发送出去。接收缓冲器接收串行数据，并利用接收移位器按照相应的格式将串行数据转换成并行数据。发送和接收控制电 路控制并行数据与串行数据之间的转换以及串行数据的发送和接收。 第三部分是和外设的连接部分，包 括连接发送移位器的串行发送信号线接接收移位器的串行接收信号线 制解调控制电路和它的两对联络信号：数据终端请求发送 数据设备清除请求发送（允许发送）数据终端准备好 数据设备准备好 这两对信号在 8251收数据的过程中进行“握手”联络。 825以按全双工方式工作， 由发送器、接收器、数据总线缓冲存储器、读写控制电路及调制解调控制电路等 5 部分组成 。 口与 连接 串口与 选用 完成射频收发电路和计算机 换以及数据收发功能。 0所示。 1+、 + 、 实际应用中，器件对电源噪声很敏感。因此，需要对地加去耦电容，电容 容值为 以提高抗干扰能力。连接电容时必须尽量靠近器件，注意 极性 。 下半部分为发送与接收部分，实际应用中， 1 别 连 接 平的 51 单 片 机 的 串 行 发 送 端 接收端1 12 发送端。从计算机串行口输出的数据经 片机用软件将其转换成自定义编码由 出，送给发射模块。 图 10 片管脚图 品是由德州仪器公司（ 出的一款兼容 准的芯片。该器件符合 准，每一个接收器将 平转换成 5平。每一个发送器将 平转换成 平。满足或超过 范要求，符合 准 ,电池供电系统单 5 个 电泵电容计算机外设包 含 2 个驱动器和 2 个接收器 工作电流 为 8持设备 2000护计算机有工业级和商业级的型号选择 。 图 11 13 该器件符合 准，每一个接收器将 平转换成 5平。每一个发送器将 平转换成 平转换电路如图 11 所示。 片是 德州仪器 公司生产的低功耗、单电源双 接收器 。 适用于各种 232通信接口 。 可以把输入的 +5 10 所以采用此芯片接口的串行通信系统只要单一的 +5 门为电脑 的 使用 +5 由于电脑串口 10v +10v，而一般的单片机应用系统的信号电压是 +5v,该器件包含 2驱动器、 2接收器和一个电压发生器电路提供 片机的选择 单片机的选择 用 华邦 生产的 4市场价格在 20元左右 ， 该 4 不用扩展外部程序存储器 ,所以可以大大简化系统结构 ,缩小表决器的体积 。 在由单 片机构成的实际测控系统中，最小应用系统往往不能满足要求，因此在系统设计时首先要解决系统扩展问题。 频芯片 无线射频芯片的设计是本系统的关键之处 , 由于无线收发芯片的种类和数量比较多，无线收发芯片的选择在设计中是至关重要的，正确的选择可以减小开发难度，缩短开发周期，降低成本，更快地将产品推向市场 。 其选择从下面几个方面进行考虑。 (1)发射功率 在同等条件下，为了保证有效和可靠的通信，应选发射功率较高的产品，0同类产品中最高的。 (2)功耗 大多数无线收发芯 片是应用在便携式产品上的，因此功耗也非常重要，一个根据需要选择功耗较小的产品， (3)能否连接串口 采用串口传输的芯片 ,应用及编程非常简单 ,传送的效率很高 ,标称速率就是实际速率 ,因为串口对大家来说是再熟悉不过的了 ,编程也很 便 , 14 (4)收发芯片所需的外围元件数量 0个左右 ,无需声表滤波器、变容管等昂贵的元件 ,只需要便宜且易于获得 4 M ,并且收发天线合一 。 当发送信息时 ,调制后的射频信号经 接收信息时 ,从天线接收到的射频信号经低噪高增益放大器 L 大 ,再经过滤波 ,频率解调后转换成数字信号 ,从引脚 77。串口 行口 引脚 ,实现数据交换。单片机的 I/低功耗模式 ,接收 /发射控制 ,电路图参阅附录 1所示。 决器设计 板设计 根据设计方案 ,表决器面板设置 6 个按键包括启动按键 ,表决按键 (赞成 ,反对 ,弃权 ),确认按键 ,取消按键。 4 个状态指示灯。连接指示灯用于显示与主机之间的连接状况 ;等待指示灯提示用户主机端当前已经做好接收数据的准备 ,用户可以按下表决按键进行表决 ;选择指示灯提示用户当前的选择 ;结束指示灯用于提示用户已经将投票结果发送给主机。 图 12 表决器面板图 件设计 在表决器端同样利用 片机接收从按钮传来的信号 ,并把信号通过 片机的 串口传给 频收发芯片 ,经过调制和功率放大后把信号发送出去。 经过主控器的分析与控制，将表决器的表决结果在屏幕上显示出来。 表决器内部原理图 如图 13 所示。 图 13 表决器内部原理 图 15 表决器硬件设计主要是通过 成的无线收发模块组成，由单片机控制 工作模式， 本系统由一台工业计算机作为主机， n=1， 2， 3， 4， N），组成了通信网络。主机向众多从机发出地址，从机接收到该地址以后，均与本机地址相比较，若不相符则退出，相符则回发本机地址作为应 答，主机接收到从机回发地址以后，立即向响应的从机发出命令，从机接收到命令，经判断后执行相应动作，数据传输均通过无线收发芯片 成 。表决器硬件电路图如图 14 所示。 图 14 表决器原理图 5 软件设计 通信协议是指为使通信双方能相互理解而制定的规则。由于无线收发模块的特性 ,通信可能在发射端与接收端之间受到外界的干扰而使数据发生错误 ,因此需要通信协议来保证接收端能正确接收到来自发射端的数据 ,并确定所接收数据是否为实际数据。本系统为点对多点无线通信 ,通信协议分为三层 : 第一层 是物理层 ， 物理层可以用专用的射频芯片如 实现。 第二层是数据链路层 ， 数据链路层提供可靠的无线数据传输。发送数据时 ,将应用层发来的较长的数据帧分为短的数据帧。 第三层是应用层 ， 通过应用程序进行一系列的初始化工作 ,显示当前所有连入网络的表决器的状态 ,决定哪些表决器可以参与表决。同时能够接收各个用户的表决结果 ,最后汇总 ,统计所有表决结果 ,并将最终表决结果显示到大屏幕上 ,并保存表决结果。 制定无线通信协议的第一任务就是要能够识别数据传输过程中的干扰噪声和有效数据 ,通过测试发现在 0跟 0以有效的避免噪声 , 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 627P 2 728P S E E / T O W E 7 7 E 5 1 65 F 4 0 1123456121110987R E S 2 2 U F+ 5 P P 5 6 因此 ,传输协议应该在数据包前的开始字节 0紧跟 发送协议的开始应该以一个任意 的字节 (因为第一个字节的数据在发送时 丢失 ),然后是 0受协议规定只接受以 0紧跟 0始的数据包。 首先使所有从机处于只能接收地址帧监听状态 ， 主机先发送地址帧信息，等待各从机的响应 ， 从机接收到地址帧后，各自将接收地址与本机地址相比较，相同的则接收主机随后发来的数据和命令；不同的则继续等待地址帧，对主机随后发出的数据帧和命令帧不予理睬 ， 从机向主机回送本机 地址作为应答信号，主机接收到后，与原发送地址相比较，相同则正式发送数据或命令信息，否则重新联络。 址帧、数据帧和命令帧，从机上传的只有数据帧。 地址帧格式 ： 命令帧格式 ： 数据帧格式 ： 地址帧可以用 00表示，命令帧可以用 01表示，数据帧可以用 10表示。数据标识头用于表示一个新的数据块的开始，块长度用来保证数据不会丢失。校验和是将除标识头以外的数据相加确保设备接收的数据不会由于外界干扰而出错。 （ 1） 主机在初始化后向各个表决器发送“ 地址 帧 ”， 获取表决器状态信息。表决器端在收到主机端 发来的 帧 后， 提取数据帧中的地址信息 ,与存储器中 的地址进行比较， 若是当前表决器的地址 ,则将表决 器状态以“ 命令 帧”的形式发送给 主机 ,其中应答内 为“ 1”说明表决器已经连接入网络等待用户的表决，为“ 0”说 明表决器还不能进行表决 。若不是当前 表决器地址， 则可以丢掉后续