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無線傳輸技術(shù)論文范文1

[論文摘要]3G的時代已經(jīng)來臨,其主要技術(shù)標準WCDMA和CDMA2000誰優(yōu)誰劣自然引起了我們的關(guān)注。本文從各個方面對兩個技術(shù)標準做了全面的對比研究。

一、引言

上世紀70年代末,誕生了被稱為第一代蜂窩移動通信系統(tǒng)的雙工FDMA模擬調(diào)頻系統(tǒng),但由于模擬系統(tǒng)固有的先天缺陷,在90年代初被以TDMA為基礎(chǔ)的第二代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)所取代,相對FDMA系統(tǒng)有諸多優(yōu)點,如頻譜利用率高,系統(tǒng)容量大、保密性好等。與此同時產(chǎn)生了以CDMA為基礎(chǔ)的數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng),相比TDMA系統(tǒng)具有低發(fā)射功率、信道容量大、軟容量、軟切換、采用多種分集技術(shù)等優(yōu)點。

隨著網(wǎng)絡(luò)的廣泛普及,圖像、話音和數(shù)據(jù)相結(jié)合的多媒體和高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)量大大增加,人們對通信業(yè)務(wù)多樣化的要求也與日俱增,而一代二代系統(tǒng)遠遠不能滿足用戶的這些需求,所以誕生了第三代移動通信技術(shù),它能夠處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式,提供包括網(wǎng)頁瀏覽、電話會議、電子商務(wù)等多種信息服務(wù)。國際上承認的3G標準有三個:CDMA2000、WCDMA以及TD-SCDMA,這里主要從各個方面做WCDMA和CDMA2000的對比研究。

二、WCDMA和CDMA2000的綜合比較

由于WCDMA和CDMA2000這兩種技術(shù)都是將CDMA技術(shù)用于蜂窩系統(tǒng),許多的思想都是源于CDMA系統(tǒng),因此WCDMA和CDMA2000有許多相試之處:從雙工方式上看,WCDMA和CDMA2000屬于FDD模式。WCDMA和CDMA2000都滿足IMT-2000提出的技術(shù)要求,支持高速多媒體業(yè)務(wù)、分組數(shù)據(jù)和IP接入等。但它們在技術(shù)實現(xiàn)、規(guī)范標準化、網(wǎng)絡(luò)演進等方面都存在較大差異。

WCDMA和CDMA2000各有優(yōu)勢和缺點。WCDMA技術(shù)較成熟,能同廣泛使用的GSM系統(tǒng)兼容;相比第二代通信系統(tǒng)能提供更加靈活的服務(wù);而且WCDMA能靈活處理不同速率的業(yè)務(wù)。其缺點是只能共用現(xiàn)有GSM系統(tǒng)的核心網(wǎng)部分,無線側(cè)設(shè)備可以共用的很少。

CDMA2000的優(yōu)勢是可以和窄帶CDMA的基站設(shè)備很好地兼容,能夠從窄帶CDMA系統(tǒng)平滑升級,只需增加新的信道單元,升級成本較低,核心網(wǎng)和大部分的無線設(shè)備都可用。容量也比IS-95A增加了兩倍,手機待機時間也增加了兩倍。缺點是CDMA2000系統(tǒng)無法和GSM系統(tǒng)兼容。

1.WCDMA與CDMA2000的物理層技術(shù)比較

WCDMA和CDMA2000物理層技術(shù)細節(jié)上有相似也有差異,由于考慮出發(fā)點不同,造成了不同的技術(shù)特點。WCDMA技術(shù)規(guī)范充分考慮了與第二代GSM移動通信系統(tǒng)的互操作性和對GSM核心網(wǎng)的兼容性;CDMA2000的開發(fā)策略是對以IS-95標準為藍本的窄帶CDMA的平滑升級。

(1)這兩個標準的物理層技術(shù)相似點可以歸納為以下幾點:

①內(nèi)環(huán)均采用快速功率控制。CDMA系統(tǒng)是干擾受限系統(tǒng),因此為了提高系統(tǒng)容量,應(yīng)盡可能的降低系統(tǒng)的干擾。功率控制技術(shù)可以減少一系列的干擾,這意味著同一小區(qū)內(nèi)可容納更多的用戶數(shù),即小區(qū)的容量增加。因此CDMA系統(tǒng)中引入功率控制技術(shù)是非常必要的。

②系統(tǒng)都支持開環(huán)發(fā)射分集,信道編碼采用卷積碼和Turbo碼。

③系統(tǒng)均采用軟切換技術(shù)。所謂軟切換是指移動臺需要切換時,先與新的基站連通再與原基站切斷聯(lián)系,而不是先切斷與原基站的聯(lián)系再與新的基站連通。軟切換只能在同一頻率的信道間進行,因此模擬系統(tǒng)、TDMA系統(tǒng)不具有這種功能。軟切換可以有效地提高切換的可靠性,大大減少切換造成的掉話。

④WCDMA工作頻段:1900~2025MHz頻段分配給FDD上行鏈路使用,2110~2170MHz頻段分配給FDD下行鏈路使用,2110~2170MHz頻段分配給TDD雙工方式使用。其中WCDMA和CDMA2000利用1900~2025MHz頻段(上行),2110~2170MHz(下行)。

(2)兩個標準的物理層技術(shù)差異可以歸納為以下幾點:

①擴頻碼片速率和射頻帶寬。WCDMA根據(jù)ITU關(guān)于5MHz信道基本帶寬的劃分規(guī)則,將基本碼片速率定為3.84Mcps。WCDMA使用帶寬和碼片速率是CDMA2000-1X的3倍以上,能提供更大的多路徑分集、更高的中繼增益和更小的信號開銷。CDMA2000分兩個方案,即CDMA2000-1X和CDMA2000-3X兩個階段。CDMA2000系統(tǒng)可支持話音、分組數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù),并且可實現(xiàn)QoS的協(xié)商。室內(nèi)最高數(shù)據(jù)速率達2Mbit/s,步行環(huán)境384kb/s,車載環(huán)境144kb/s。CDMA2000在前向和反向CDMA信道在單載波上采用碼片速率1.2288Mcps的直接序列擴頻,射頻帶寬為1.25MHz。

②支持不同的核心網(wǎng)標準。WCDMA要求實現(xiàn)與GSM網(wǎng)絡(luò)的兼容,所以它把GSMMAP協(xié)議作為上層核心網(wǎng)絡(luò)議;CDMA2000要求兼容窄帶CDMA,因此它把ANSI-41作為自己的核心網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

③WCDMA進行功率控制的速度是CDMA2000的2倍,能保證更好的信號質(zhì)量,并支持多用戶。

④為了使支持基于GSM的GPRS業(yè)務(wù)而部署的所有業(yè)務(wù)也支持WCDMA業(yè)務(wù),為了完善新的數(shù)據(jù)話音網(wǎng)絡(luò),CDMA2000-1x需要添加額外的網(wǎng)元或進行功能升級。

2.WCDMA與CDMA2000網(wǎng)絡(luò)接口的比較

3G標準的基本目標是能在車載、步行和靜止各種不同環(huán)境下為多個用戶分別提供最高為144kbit/s、384kbit/s和2048kbit/s的無線接入數(shù)據(jù)速率。為多個用戶提供可變的無線接入數(shù)率是3G標準的核心要求。CDMA2000可分別用于900MHZ和2GHZ兩個頻段CDMA2000的碼片速率與IS-95相同,兩系統(tǒng)可以兼容。WCDMA的碼片速率為3.84Mcps,顯然WCDMA系統(tǒng)中低速率用戶或語音用戶的移動臺成本會大幅上升,在CDMA2000系統(tǒng)中則不會如此。

WCDMA的接口標準規(guī)范、制定嚴謹、組織嚴密,而CDMA2000的接口標準嚴謹性有待加強。IS-95廠家設(shè)備難以互通,給運營商設(shè)備選型帶來了較大問題;3G許諾的高速無線數(shù)據(jù)服務(wù)必須可以和話音一樣實現(xiàn)無縫的漫游,這是至關(guān)重要的。多媒體信息要漫游、視頻通話也要漫游,沒有這些基本要素,3G就不能稱其為3G。漫游涉及到的不僅僅是技術(shù)問題,更重要的是商業(yè)利益。在這方面WCDMA顯然更勝一籌,它支持全球漫游,全球移動用戶均有唯一標識,而CDMA2000尚不能很好做到這一點。

3.WCDMA和CDMA2000網(wǎng)絡(luò)演進的比較

(1)WCDMA的網(wǎng)絡(luò)演進技術(shù)

現(xiàn)有的GSM系統(tǒng)利用單一時隙可提供9.6kbit/s的數(shù)據(jù)服務(wù)。如果復(fù)用多個時隙就能升級為HSCSD(高速電路交換數(shù)據(jù))方式;此后出現(xiàn)了GPRS(通用分組無線業(yè)務(wù)),首次在核心網(wǎng)中引入了分組交換的方式,可提供144kbit/s的數(shù)據(jù)速率。接著繼續(xù)升級采用8PSK調(diào)制,這樣傳輸速率可以上升至384kbit/s這就是EDGE;WCDMA的數(shù)據(jù)傳輸速率將高達2M/s。

(2)CDMA2000網(wǎng)絡(luò)演進技術(shù)

主要的CDMA2000運營商將來自現(xiàn)在的窄帶CDMA運營商。窄帶CDMA向CDMA2000過渡的方式為IS-95AIS95BIS-95CIMT2000。IS-95A的數(shù)據(jù)傳輸速率為14.4kbit/s,為了提供更高的速率,1999年部分廠商開始采用IS-95B標準,理論上支持115.2kbit/s的速率。IS-95C進一步使容量加倍,最后升級為CDMA2000。

窄帶CDMA系統(tǒng)向CDMA2000系統(tǒng)的演進分為空中接口、網(wǎng)絡(luò)接口及核心網(wǎng)絡(luò)演進等方面。

①目前窄帶CDMA系統(tǒng)的空中接口是基于IS295A,其支持的數(shù)據(jù)速率為14.4kbit/s,由IS295A升級到IS295B,可支持64kbit/s。

②窄帶CDMA網(wǎng)絡(luò)接口的演進主要指窄帶CDMA系統(tǒng)A接口的升級和演進。對于窄帶CDMA系統(tǒng),以前其A接口不是規(guī)范接口(即不是開放接口),窄帶CDMA和GSM的A接口的規(guī)范相比較,GSM是先有A接口標準,然后廠家依據(jù)標準開發(fā);窄帶CDMA是廠家各自開發(fā),然后廣泛宣傳,最后憑借自身影響修改標準。

③窄帶CDMA的核心網(wǎng)在美國經(jīng)過多年發(fā)展后,從IS241A到IS241B到IS241C,我國CDMA試驗網(wǎng)和紅皮書以IS241C為基礎(chǔ),IS241D規(guī)范在1999年底,目前IS241E規(guī)范還未正式。

三、WCDMA和CDMA2000在我國的前景

對3G標準的選擇不僅要看其技術(shù)原理及成熟程度,還要結(jié)合本國國情、市場運作狀況等因素進行考慮。按目前的進展來看,兩種標準最后不能融合成一種,但可以共存。

在我國,GSMMAP網(wǎng)絡(luò)已形成巨大的規(guī)模,歐洲標準的WCDMA在網(wǎng)絡(luò)上充分考慮到與第二代的GSM的兼容性,在技術(shù)上也考慮了與GSM的雙模切換兼容,向WCDMA體制的第三代系統(tǒng)演進,從一開始就解決了全網(wǎng)覆蓋的問題。而且CDMA2000采用GPS系統(tǒng),對GPS依賴較大;在小區(qū)站點同步方面,CDMA2000基站通過GPS實現(xiàn)同步,將造成室內(nèi)和城市小區(qū)部署的困難,而WCDMA設(shè)計可以使用異步基站,運營者獨立性強;對于電信設(shè)備制造行業(yè),我國在GSM蜂窩移動通信方面發(fā)展成熟,而窄帶CDMA系統(tǒng)尚未形成規(guī)模和產(chǎn)業(yè)。

WCDMA采用全新的CDMA多址技術(shù),并且使用新的頻段及話音編碼技術(shù)等。因此GSM網(wǎng)絡(luò)雖然可采用一些臨時的替代方案提供中等速率的數(shù)據(jù)服務(wù),卻不能提供一種相對平滑的路徑以過渡到WCDMA。而CDMA2000的設(shè)計是以IS-95系統(tǒng)的豐富經(jīng)驗為依據(jù)的,因此窄帶CDMA向CDMA2000的演進無論從無線還是網(wǎng)絡(luò)部分都更為平滑。在基站方面只需更新信道板,并將系統(tǒng)軟件升級,即可將IS-95基站升級為CDMA2000基站。

由此可見,WCDMA和CDMA2000還將長時間在我國共存,鹿死誰手?尚未分曉。

參考文獻:

[1]TeroOjanpera,RamjeePrasad.朱旭紅譯.寬帶CDMA:第三代移動通信技術(shù).北京:人民郵電出版社.

無線傳輸技術(shù)論文范文2

藍牙計劃基本上是一個無線傳輸?shù)挠媱潱恍枰高^實質(zhì)線路，在一定的距離范圍內(nèi)，可以傳輸可觀的資料量，當然這種無線傳輸并不像行動電話那樣數(shù)十公里內(nèi)皆可傳達，而是數(shù)十至數(shù)百公尺內(nèi)的短距離無線傳輸。此外可傳輸?shù)难b置不限于手機，只要有裝設(shè)藍牙收發(fā)模塊的裝置都可以使用藍牙傳輸，眼前的構(gòu)想即是讓其它的行動裝置都可以使用藍牙傳輸，包括PDA、筆記型計算機、車用裝置等等。藍牙計劃的發(fā)起，主要是1998年5月，由Ericsson（愛立信，瑞典）、Intel（英特爾，美國）、NOKIA（諾基亞，芬蘭）、IBM（國際商務(wù)機器，美國）、TOSHIBA（東芝，日本）等五家公司，共同組織一個“特別參與組織（SIG，SpecialInterestGrou）”稱為BluetoothSIG，以此組織來制定一套短距離的無線傳送、接收的技術(shù)規(guī)格。

二、淺談藍牙技術(shù)

藍牙計劃雖是1998年開始，但是藍牙的技術(shù)根基卻來自1997年制訂完成的無線局域網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議：IEEE-802.11。

藍牙基本上也是運用射頻（RF）方式進行無線通訊，至于使用的頻帶范圍，則是使用2.45GHz，這個無線電頻帶是全世界共同開放、不受法令限制的頻帶，舉凡工業(yè)、科學、醫(yī)療（ISM，Industrial/Scientific/Medical）、甚至微波爐等都是使用2.45GHz的頻帶。

由于這個頻帶被廣泛使用了，那么使用此頻帶進行通訊，絕對是很容易收到干擾的，因此藍牙規(guī)格被設(shè)計成可跳頻通訊，能夠在一秒鐘內(nèi)進行1,600次的跳頻動作，此這樣的動作避免其它通訊的干擾。由于每秒1,600次的快速跳頻，這也使得藍牙無線收發(fā)的數(shù)據(jù)封包不能太長，否則不能滿足如此頻繁的跳頻次數(shù)，所以藍牙短封包、快速跳頻的特性，也使其無線傳輸能抗干擾、更穩(wěn)定通信。

藍牙規(guī)格已經(jīng)正式公布v1.0版，規(guī)格方面算是踏出成熟的第一步，接下來就是商品化、投入實際制造的階段。而要讓藍牙迅速普及，就是在既有的用途裝置上，追加設(shè)計藍牙功能即可，以節(jié)省開發(fā)時間與成本，為此藍牙射頻模塊就成為非常重要的一項零組件。

藍牙射頻模塊一方面要夠便宜，才可能快速普及，另一方面也要夠小巧，才能適用于所有的需求裝置上，目前專家推估射頻模塊的成本必須低于5美元才能普及，而各家公司也正加緊將射頻模塊設(shè)計地更精小、更便宜中。

三、藍牙技術(shù)的應(yīng)用

藍牙由于具有1-2Mbps、10-100公尺的無線通訊能力，因此藍牙技術(shù)可以舒緩若干問題，例如可以直接利用藍牙的高速數(shù)據(jù)傳輸率來傳輸語音，等于是把藍牙通訊當成無線電話的功能。

另外對于小公司、小環(huán)境等，也可以省去布設(shè)實質(zhì)線路的成本，以及后續(xù)線路維護的困擾。還有藍牙可以指定隔絕與通行的通信功能，也等于可以建立無線的LAN環(huán)境、小族群通訊環(huán)境。

四、藍牙技術(shù)的展望

（一）藍牙收發(fā)話器對健康的好處。由于手機有高功率的電磁波，據(jù)報導證實電磁波會對人體造成傷害，所以有了藍牙，你將可以把一個小小的藍牙附件裝在你的大哥大，然后把收發(fā)話器戴在你的耳朵(由于藍牙應(yīng)用的是低功率，所以不會對人體有任何傷害)。準備好了以后，你就把你的大哥大放在口袋里講電話，不必把電話緊貼的臉，甚至按下收發(fā)話器上的按鈕就可以直接接聽來電。

（二）比一般傳統(tǒng)式紅外線傳輸更快，且不用對準兩個傳輸端口成一直線。藍牙科技在傳輸方面的好處就是，它能夠允許兩個裝置，在不排成一直線的狀態(tài)下，還能夠以無線的方式傳送數(shù)據(jù)。不像紅外線傳輸最大的缺點是，你必須對準兩個傳輸端口成一直線才有辦法傳送數(shù)據(jù)。藍牙傳輸甚至無視于墻壁、口袋、或公文包的存在而可以順利進行。藍牙的數(shù)據(jù)傳輸速度比紅外線傳輸還要快，每秒鐘高達1MB

（三）手表可自動對時間，無線下載Mp3。只要將來手表有內(nèi)建藍牙且有Mp3撥放功能，這樣一來將可自動設(shè)定為標準時間，且可很方便的隨時從計算機傳輸歌曲。

（四）其它還有很多很多，只要現(xiàn)在是要接線的，都有可能會被藍牙所應(yīng)用。藍牙技術(shù)一旦普及，相信對通訊方式、產(chǎn)品設(shè)計、生活方式等都會有巨幅的沖擊，甚至很難想象沖擊的程度。不過就現(xiàn)階段而言，藍牙可能帶來的便利卻是可以想象的，各位可以想象家里安裝一個藍牙收發(fā)基地臺，家中的計算機、電話、傳真機都不用實際接線，就可以互通或連外。在公司內(nèi)外務(wù)人員趕時間，只要在藍牙收發(fā)范圍內(nèi)都可以傳送數(shù)據(jù)，例如咖啡廳、車站等都可以。此外倉庫的盤點盤查，只要帶個PDA，倉庫內(nèi)設(shè)有藍牙基地臺，馬上可以跟全省各地的倉庫進行盤點加總，當然，藍牙基地臺后面有接往Internet，或是以公司專線，或VPN方式連接。另外數(shù)字相機拍完的相片，只要接近筆記型計算機就可以回傳，省去記憶卡的插拔，既有計算機外設(shè)裝置也都可以無線化，無線打印機、無線鍵盤、鼠標、搖桿。還有家中、公司都設(shè)有藍牙基地臺，則一支具有藍牙功能的手機，在家就可以跟居家無線電話一樣使用，而且是付居家電話費，在公司則變成自己的辦公分機，公司替您付電話費，而在外出時就跟一般行動手機一樣使用，這樣真正落實一人一機終生用的理想，這種方式也被人稱為三合一電話，即是居家、辦公、行動電話三者合一。

五、結(jié)束語

藍牙技術(shù)一定會飛速發(fā)展，但仍然有一些應(yīng)用的細節(jié)問題需要解決，如相鄰設(shè)備之間為防止信息誤傳和被截取，必須要用戶提前設(shè)置對應(yīng)頻段等，嚴重影響藍牙技術(shù)產(chǎn)品面市的速度。但相信隨著一個不斷完善的發(fā)展過程，藍牙技術(shù)會為我們的未來家居和辦公帶來不僅僅是方便一點的革命。

參考文獻：

[1]NathanJ.MullerBluetoothDemystified（影印本）.人民郵電出版社。

[2]金純，許光辰，孫睿.藍牙技術(shù).電子工業(yè)出版社。

[3]井雅，徐曉東，呂志虎.藍牙協(xié)議模型及應(yīng)用.現(xiàn)代通信技術(shù)，2001.3。

無線傳輸技術(shù)論文范文3

關(guān)鍵詞：實時監(jiān)測；環(huán)境參數(shù)；控制臺

1 引言

隨著可再生能源技術(shù)的發(fā)展，在最近幾年太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)得到了比較廣泛的應(yīng)用。但是目前影響太陽能系統(tǒng)輸出參數(shù)的因素很多，主要的外部環(huán)境參數(shù)為溫度、表面風速和照度。溫度是光伏系統(tǒng)的重要參數(shù)之一，在給定光強下，光伏電池工作溫度的升高影響電池的輸出功率[1]。因此對溫度的采集和 檢測在光伏發(fā)電系統(tǒng)中顯得尤為重要。光伏發(fā)電系統(tǒng)的環(huán)境風速會影響到光伏發(fā)電組件的表面熱量散發(fā)，因此對風速的采集和監(jiān)控也是需要的。對于照度的監(jiān)控，能很好的監(jiān)控組件工作狀況，防止“熱點效應(yīng)” [2]的產(chǎn)生。

本文設(shè)計了一種自動的、可以實時檢測、記錄以及傳輸?shù)奶柲芄夥l(fā)電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)檢測裝置，該裝置不僅可以實時檢測光伏發(fā)電組件的環(huán)境參數(shù)，而且可以把采集到的參數(shù)通過無線傳輸發(fā)送到遠程的控制臺，進行記錄處理分析。

2 系統(tǒng)構(gòu)成及硬件部分

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)主要包括電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊、無線通信模塊，系統(tǒng)框圖如圖1所示。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊使用多個傳感器采集太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的光伏發(fā)電組件的溫度、風速、照度；數(shù)據(jù)處理模塊，控制多個傳感器進行數(shù)據(jù)采集并處理傳感器采集的數(shù)據(jù)；無線通信模塊，執(zhí)行太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)檢測裝置與通信基站的無線通信，傳輸采集的數(shù)據(jù)；電源模塊為上述各模塊提供電源。

2.2 硬件結(jié)構(gòu)及工作過程

數(shù)據(jù)采集模塊包括溫度傳感器，風速傳感器和照度傳感器。溫度傳感器包括美國AD公司生產(chǎn)的集成接觸式傳感器芯片AD590信號放大器，AD590的測溫范圍為-55℃～+150℃。AD590將外部溫度信號轉(zhuǎn)換為模擬電流信號，接著信號放大器將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號并自動調(diào)整信號的增益大小。風速傳感器采用了脈沖式風速傳感器，脈沖式風速傳感器體積小、質(zhì)量小、原理簡單，同時能夠?qū)L速模擬量直接轉(zhuǎn)換成電子脈沖數(shù)。

數(shù)據(jù)處理模塊采用德州儀器（TI）公司的LM3S1138微處理器，該微處理器可以對采集來的溫度和照度數(shù)據(jù)進行A/D轉(zhuǎn)換，并經(jīng)行數(shù)據(jù)比較和BCD碼轉(zhuǎn)換，最后可以在顯示模塊上顯示出當前的溫度、風速以及照度的數(shù)值。微處理器還可以控制采樣的周期，設(shè)定報警的上限，一旦采集到的數(shù)據(jù)超過報警的上限時，即發(fā)出報警信號。該微處理器還可以按照用戶定義的數(shù)據(jù)格式打包，并發(fā)送到無線通信模塊的緩存中去。顯示包括四個鍵，這4個按鍵可以對微處理器進行參數(shù)和報警上限的設(shè)定。

無線通信模塊采用索尼愛立信公司的G64無線傳輸模塊，G64可以將數(shù)據(jù)處理模塊發(fā)送過來的數(shù)據(jù)包封裝，通過GPRS接入Internet，傳入監(jiān)控中心。監(jiān)控中心的終端對接收來的數(shù)據(jù)包解析，還原，并由PC機執(zhí)行相關(guān)的處理，如記錄下一周期內(nèi)的溫度，風速，照度的變化曲線，定期進行數(shù)據(jù)庫更新等等。監(jiān)控中心的終端還可以通過Internet和無線網(wǎng)絡(luò)對太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置經(jīng)行遠程設(shè)定。

數(shù)據(jù)采集模塊采集太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的溫度、風速、照度參數(shù)，并且把這些參數(shù)傳送到數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊對這些參數(shù)濾波，A/D轉(zhuǎn)換后打包發(fā)送到無線通信模塊的緩存中，無線通信模塊把這些數(shù)據(jù)包通過現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)羅如GSM，CDMA，WCDMA，TDSCDMA發(fā)送到各個基站，進而再傳送到控制臺，對這些數(shù)據(jù)進行記錄分析，當采集到的數(shù)據(jù)超過所設(shè)定的參數(shù)時，還可以發(fā)出報警信號。

3 軟件設(shè)計

在采集過程中，傳感器的輸入模擬信號經(jīng)前段信號處理之后送至C8015F320的引腳上，經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。單片機片外有8個45DB321C芯片組成一個32MB的Data flash 存儲器，采集到的數(shù)據(jù)不斷地通過SPI接口送到45DB321C芯片中存儲。

4 總結(jié)

本論文設(shè)計了一種太陽能電站使用的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置，該裝置包括數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，無線通信模塊，電源模塊。本裝置可以把數(shù)據(jù)監(jiān)測由原來人工手持式監(jiān)測為自動實時監(jiān)測，大大提高效率，采集的數(shù)據(jù)可以通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到各個計算機終端，進行記錄分析，使得工作人員可以在任意地方都能隨時了解到太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作狀況，對于產(chǎn)生的問題可以及時處理，符合國家職能電網(wǎng)建設(shè)中，免維護、可控、可視等要素的要求。

參考文獻：

[1] 趙 為.太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的研究[J].合肥工業(yè)大學學報，2010（4）：101-103.

無線傳輸技術(shù)論文范文4

[關(guān)鍵詞]指紋傳感芯片指紋識別系統(tǒng)ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)

[中圖分類號]TP39[文獻標識碼]A[文章編號]1007-9416(2010)03-0043-02

Design and Implementation of Wireless Fingerprint Identification SystemBased on ZigBee Network

Pan Wei

(ShanDong University,School of Computer Science and Technology)

[Abstract]This paper presentation the design and implementation of the wireless fingerprint identification system by a DSP and MCU based on the two-piece structure. The system is composed of fingerprint sensor AES2510 with DSP (TMS320VC5507) as the fingerprint image acquisition module and PIC18LF4620 with MRF24J40 as the fingerprint authentication information wireless module based on ZigBee network. As to traditional embedded fingerprint identification system, the system is more suitable for more staff and fingerprint collection sites divergence’s occasions. The system is suitable for a large-scale checking system’s solution.

[Key Words]fingerprint sensing chip; fingerprint identification system; ZigBee’s Wireless Network

1 引言

目前廣泛應(yīng)用的嵌入式指紋識別系統(tǒng)主要由指紋識別傳感器和嵌入式處理器完成指紋信息的采集、分析和比對來實現(xiàn)身份認證,進而通過串口與上位機通信實現(xiàn)身份認證信息的綜合管理,是一種集中式指紋采集系統(tǒng)。本文將提出一種基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的指紋識別系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn),其原理如圖1所示[1]。本系統(tǒng)每個節(jié)點為一個獨立的嵌入式指紋識別設(shè)備,各個節(jié)點通過ZigBee協(xié)議進行無線網(wǎng)絡(luò)連接,每個節(jié)點的指紋身份認證信息通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)傳到ZigBee中心節(jié)點最后通過RS232由上位機進行身份認證信息的綜合處理。本系統(tǒng)適合于指紋采集分散的場合,例如人數(shù)多和采集地點分散的考勤系統(tǒng)可以采用這種模式。

2 ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

ZigBee是一種新興的短距離、低功耗、低數(shù)據(jù)傳輸率、低成本、低復(fù)雜度的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。ZigBee網(wǎng)絡(luò)包含協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備三種協(xié)議設(shè)備,可構(gòu)成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò),最多可支持65536個節(jié)點,ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)如圖2所示[2]。ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以工作在2.4GHz、915MHz和868MHz三個工作頻帶,工作在2.4GHz頻帶的數(shù)據(jù)傳輸率為250Kb/S,節(jié)點間傳輸距離可以達到100米的范圍。與其他無線協(xié)議相比,ZigBee無線協(xié)議的復(fù)雜度低,降低了資源要求,ZigBee協(xié)議棧一般為4KB-32kB,由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點

容納網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有節(jié)點的設(shè)備信息、數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)表、設(shè)備關(guān)聯(lián)表、與安全有關(guān)的密鑰存儲等,各節(jié)點可由8位微控制器實現(xiàn)ZigBee協(xié)議層。對于指紋采集系統(tǒng)的身份認證信息可由ZigBee節(jié)點以接力方式傳送到ZigBee中心節(jié)點進而傳給上位機進行綜合處理。

3 指紋識別節(jié)點的設(shè)計

3.1 指紋識別節(jié)點的工作原理

本系統(tǒng)的指紋識別節(jié)點采用雙片結(jié)構(gòu)[3],是由兩片嵌入式處理器構(gòu)成的兩個小系統(tǒng)結(jié)合而成。一個系統(tǒng)是以高性DSP為核心配以存儲器、指紋傳感器構(gòu)成,完成指紋信息采集、算法處理、模板存儲等需要較大運算量和存儲量的功能的指紋識別模塊;另一個系統(tǒng)以MCU為核心配以ZigBee RF無線收發(fā)器和天線構(gòu)成的身份認證信息無線傳輸模塊,MCU通過SPI總線和ZigBee RF收發(fā)器連接,MCU作為SPI主控器件實現(xiàn)ZigBee協(xié)議層,ZigBee RF收發(fā)器作為從動器件和天線共同實現(xiàn)節(jié)點間信號的傳輸。兩個系統(tǒng)間以串行接口來完成狀態(tài)和信息的傳輸,其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3.2 指紋識別節(jié)點的硬件結(jié)構(gòu)與軟件設(shè)計

3.2.1 指紋識別模塊

采用AuthenTec公司的AES2510為指紋傳感器,該傳感器采用超小型48腳BGA封裝。其體積僅為13. 5mm×5mm×1.3mm,其感應(yīng)區(qū)為 9.7mm×0.81mm,192×16陣列。電壓為2.5V時,工作在圖像采集模式下該傳感器的電流消耗為35mA;工作電壓為2.4～3.6V,壽命可達100萬次。傳感器還能夠每秒捕獲多達240幀圖像,分辨力為500ppi。多種接口方式,由IOSEL0和IOSEL1引腳決定所處的接口方式。并可自動檢測手指的狀態(tài)[4]。采用TMS320VC5507-200(BGA封裝)作為指紋識別的處理單元,TMS320VC5507-200是TI公司生產(chǎn)的高性能、低功耗DSP,最高時鐘頻率為200MHz,具有64K×16-Bit片內(nèi)RAM(64KB的DARAM+64KB的SARAM)和32K×16-Bit片內(nèi)ROM,最大可支持8M×16-Bit片外SDRAM和4M×16-Bit片外Flash擴展。C5507-200還具有豐富的片內(nèi)外設(shè),這些特點足以勝任指紋識別算法的高性能要求。當AES2510配置為192×16陣列、500ppi和4bit灰度等級時指紋采集圖像約1.5KB,考慮到諸如指紋考勤系統(tǒng)類型的應(yīng)用要求存儲指紋模板多的情況,應(yīng)擴展片外Flash進行存儲,本系統(tǒng)采用3片K8P1615UQB Nor Flash擴展3M×16-Bit片外Flash擴展,大約可以存儲4000個指紋模板。由于指紋識別算法的固件程序大約100KB左右,指紋圖像約為1.5KB, C5507-200有128KB片內(nèi)RAM故無需擴展片外SRAM或者SDRAM。指紋識別模塊電路原理圖如圖4所示。

指紋傳感器AES2510的IOSEL0和IOSEL1引腳接低電平,使其工作在并口模式下,C5507片選AES2510后對其進行復(fù)位或初始化操作,AES2510開始自動進行指

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紋檢測,當AES2510檢測到手指在傳感器有動作后就向C5507發(fā)出中斷,C5507通過低8位數(shù)據(jù)線對AES2510掃描的指紋信息進行采集,DSP獲取指紋信息后進行比對和身份認證,最后通過串口將身份認證信息傳給身份認證信息無線傳輸模塊。C5507對AES2510有指紋信息的讀取和狀態(tài)寄存器的配置操作,C5507的A0引腳與AES2510的A0引腳相連,當A0為0時C5507通過總線讀取AES2510掃描的指紋信息,當A0為1時C5507通過總線對AES2510的狀態(tài)寄存器進行讀取和配置。C5507對AES2510初始化主要包括對AES2510寄存器的初始化、傳感器采集方式、A/D、Gain等的設(shè)置。指紋識別模塊工作的軟件流程如圖5所示。

3.2.2 身份認證信息無線傳輸模塊

該模塊采用Microchip公司的PIC18LF4620單片機和MRF24J40無線收發(fā)器構(gòu)成,身份認證信息無線傳輸模塊硬件結(jié)構(gòu)如圖6所示。

如圖中所示,PIC18LF4620通過 SPI 總線和一些離散控制信號與RF收發(fā)器相連。PIC18LF4620充當SPI主控器件,MRF24J40收發(fā)器充當從動器件。控制器實現(xiàn)IEEE 802.15.4 MAC層和ZigBee協(xié)議層,MRF24J40和天線相連完成RF信號的收發(fā)。TMS320VC5507完成指紋信息比對后,向PIC18LF4620發(fā)送中斷(通過INT1),將比對信息通過串口發(fā)送到控制器后經(jīng)身份認證信息無線傳輸模塊傳送到上位機進行后處理。

3.2.3 指紋識別節(jié)點的軟件設(shè)計

無線指紋識別節(jié)點主要由DSP+ AES2510的指紋識別模塊和MCU+ MRF24J40的無線傳輸模塊的雙片系統(tǒng)構(gòu)成,以無線傳輸模塊作為主模塊,指紋識別模塊每獲得比對結(jié)果后就向無線傳輸模塊發(fā)送INT1中斷請求信號,無線傳輸模塊響應(yīng)中斷后將DSP比對指紋的認證信息取走,進而啟動無線傳輸將身份認證信息傳向下一個節(jié)點。無線傳輸模塊在收到上一個節(jié)點傳來的信息后由RF收發(fā)器通過向自己節(jié)點的控制器發(fā)出INT0中斷請求,控制器響應(yīng)后根據(jù)路由信息選擇下一個ZigBee節(jié)點并啟動無線傳輸,

直至將身份認證信息發(fā)送到上位機。其軟件工作流程如圖7所示。

4 結(jié)語

本文的基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的無線指紋識別系統(tǒng)采用雙片系統(tǒng)設(shè)計。由TMS320VC5507+AES2510構(gòu)成的指紋識別模塊進行指紋信息的采集、比對等,本系統(tǒng)的AES2510采集圖像約1.5KB共可以存儲4000多個指紋模板,適合采集人員多和采集地點分散的情形,指紋認證信息經(jīng)由PIC18LF4620+MRF24J40構(gòu)成的無線傳輸模塊在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中傳輸,ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)具有低成本和低功耗的特點,傳輸距離最大可達100米,適合人員多和采集地點分散的應(yīng)用場合。故本系統(tǒng)可以作為大中型企事業(yè)單位考勤系統(tǒng)的解決方案。

[參考文獻]

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無線傳輸技術(shù)論文范文5

關(guān)鍵詞：ATMEGA16，溫度，監(jiān)控系統(tǒng)，DS18B20，NRF905

 

1 引言

溫度是物聯(lián)網(wǎng)家居系統(tǒng)中一個十分重要的物理量，對它的測量與控制有十分重要的意義。隨著各類物聯(lián)網(wǎng)家居的監(jiān)控日益改善，各類器件的溫度控制有了更高的要求，為了滿足人們對溫度監(jiān)控與控制，本文設(shè)計了物聯(lián)網(wǎng)家居系統(tǒng)中基于NRF905的多路無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)

隨著信息科學與微電子技術(shù)的發(fā)展，溫度的監(jiān)控可以利用現(xiàn)代技術(shù)使其實現(xiàn)自動化和智能化。多路無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)就是朝著這一目標進行設(shè)計的。本次設(shè)計要求利用單片機及無線傳輸模塊實現(xiàn)無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)。其中溫度數(shù)據(jù)無線傳輸利用Nordic VLSI公司生產(chǎn)的NRF905無線傳輸模塊實現(xiàn)。要求完成整體方案設(shè)計及硬件和相關(guān)軟件設(shè)計，并完成無線傳輸模塊的調(diào)試，要求能實現(xiàn)多路溫度信號的遠距離傳輸，并且實現(xiàn)溫控范圍調(diào)節(jié)及其超溫范圍報警。

2 溫度采集監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)要點

由于本系統(tǒng)是一個實時監(jiān)控的系統(tǒng)，對溫度的采集控制是實時的，所以溫度采集的時間間隔，數(shù)據(jù)發(fā)送接收的時間差，單片機與PC機之間數(shù)據(jù)的傳送速度以及上位機程序?qū)?shù)據(jù)的分析處理是本系統(tǒng)的關(guān)鍵。通過對溫度傳感器，無線模塊的優(yōu)化選擇，實現(xiàn)單片機與PC機通過高速USB接口進行通信及對上位機代碼的優(yōu)化實現(xiàn)本系統(tǒng)的實時監(jiān)控功能，同時還要考慮的是溫度傳感器的各個參數(shù)，無線模塊的參數(shù)，以及硬件電路的優(yōu)化搭建問題。

3 硬件電路的搭建及軟件設(shè)計

為了使系統(tǒng)能夠最優(yōu)化的工作，系統(tǒng)的硬件器件選擇將是十分重要的問題。

（1）溫度傳感器的選用：

系統(tǒng)是做溫度監(jiān)控的，首要的工作就是如何選取溫度傳感器，正確的選擇溫度傳感器對系統(tǒng)的性能和價格有著重大的影響。就溫度傳感器的溫度測量范圍、精度、響應(yīng)時間、穩(wěn)定性、線性度和靈敏度.等幾個因素的比較分析，本系統(tǒng)選用的是美國DALLAS半導體公司生產(chǎn)的DS18B20溫度傳感器。選用該傳感器的原因有：

①DS18B20與微處理器僅需要一條線即可實現(xiàn)雙向通訊，簡化連接難度；

②無需其他的AD轉(zhuǎn)化器件，降低成本，也減少了硬件制板的費用；

③可供使用電壓范圍大：3.0V到5.5V都可以使用，器件的功耗較低；

④測溫分辨率高，最高可達0.125度，便于溫度精確控制；

⑤支持多點測試，多個DS18B20可以并聯(lián)在一根線上，實現(xiàn)多點測溫;

（2）無線模塊的選用：

本系統(tǒng)是多點監(jiān)控，同時他的數(shù)據(jù)傳輸是通過無線傳輸?shù)模詿o線傳輸模塊的需要支持多點的數(shù)據(jù)的傳送。考慮穩(wěn)定性，傳輸數(shù)據(jù)的速度，錯誤率等方面，本系統(tǒng)選用的是NRF905無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，選擇該模塊的原因有：

①433MHZ開放ISM頻段免許可證使用，無需額外申請頻段；

②傳輸速率高，最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達50KB，滿足實時監(jiān)控的需要；

③自帶有CRC糾錯功能，抗干擾能力強。所需電壓僅3.3V，功耗低；

④125個頻道，支持多點通信，滿足系統(tǒng)多點監(jiān)控的需要；

（3）主控芯片選用

ATmega16是ATMEL公司推出的一款基于AVR RISC構(gòu)架的低功耗CMOS的8位單片機。ATmega16在16MHz時有16MIPS的運算速度，具有兩周期硬件乘法器，從而使得設(shè)計人員可以在功耗和執(zhí)行速度之間取得平衡，且非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器資源較大能滿足程序代碼設(shè)計需要。外設(shè)資源豐富：2個具有獨立預(yù)分頻器和比較器功能的8位定時/計數(shù)器；一個獨立預(yù)分頻器和比較/捕捉功能的16位定時/計數(shù)器；支持4路PWM輸出、8路10位ADC。支持TWI接口、USART、SPI接口多機通信滿足擴展功能的需要。（4）其他外圍器件

USB與PC機通信中USB控制芯片PDUSBD12,顯示模塊1602，報警蜂鳴器等。。

3.1 系統(tǒng)的硬件連接方法

硬件方面主要由兩部分組成，溫度采集發(fā)送部分和數(shù)據(jù)接受分析控制部分。

3.1.1 溫度采集發(fā)送部分

主要的連接器件有NRF905無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，DS18B20溫度傳感器采集模塊，1602顯示模塊，報警模塊，及溫度異常處理模塊。其連接方法如圖3.1.1所示。主控芯片M16通過SPI總線協(xié)議向無線模塊發(fā)送配置信息，使其工作初始化。溫度傳感器與M16的連接使用的是單總線協(xié)議，來采集溫度。顯示芯片1602來顯示采集到得溫度，同時使用蜂鳴器作為報警裝置，當溫度有異常時單片機會控制加熱設(shè)備或降溫設(shè)備來對異常進行處理。

3.1.2 數(shù)據(jù)接收分析控制部分

主要的連接器件有無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，USB傳送模塊，和PC機構(gòu)成。其電路連接如圖3.1.2所示。同樣主控芯片M16通過SPI總線協(xié)議向無線模塊發(fā)送配置信息，使其工作初始化。接收到溫度后通過PDUSBD12芯片利用USB協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)送到PC機上，可以直接在VC界面上顯示。PC機可以自動分析數(shù)據(jù)是否存在異常，當存在異常時，PC發(fā)送控制信號來遠程控制加熱或降溫設(shè)備對異常進行處理，同時發(fā)出報警信號，這樣可以將危險降到最低，實現(xiàn)自動化與智能化。

3.2 軟件程序的設(shè)計

由于系統(tǒng)由兩個模塊構(gòu)成，所以軟件程序的設(shè)計也分為溫度采集發(fā)送模塊程序設(shè)計和數(shù)據(jù)接受分析控制模塊程序設(shè)計。

3.2.1 溫度采集發(fā)送模塊

主要需要設(shè)計的程序有NRF905的內(nèi)部寄存器配置，溫度傳感器溫度采集程序，液晶顯示模塊程序，報警系統(tǒng)程序。。程序流程圖如圖3.2.1：

3.2.2 數(shù)據(jù)接受分析控制模塊

主要需要設(shè)計的程序有NRF905的內(nèi)部寄存器配置，USB模塊的驅(qū)動編寫，上位機程序的建立，由于篇幅有限，源代碼及流程圖不再給出。

4 系統(tǒng)的工作流程

本系統(tǒng)主要由兩個模塊組成，溫度采集發(fā)送模塊和數(shù)據(jù)接收監(jiān)控模塊。

4.1 數(shù)據(jù)采集發(fā)送模塊

該模塊的主要功能是采集溫度和發(fā)送數(shù)據(jù)。主控單片機發(fā)出命令開始有DS18B20進行溫度采集，溫度傳感器將采集到的溫度傳回主控芯片，在1602上進行顯示，然后主控芯片通過SPI總線將數(shù)據(jù)傳送給無線發(fā)送模塊NRF905，由無線發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。同時主控芯片會檢測溫度是否異常，當溫度出現(xiàn)異常時會發(fā)出報警信號，同時啟動異常處理模塊。。具體工作流程如圖4.1.1：

4.2 數(shù)據(jù)接收監(jiān)控模塊

該模塊的主要功能是接收和處理數(shù)據(jù)，由單片機控制無線模塊接收數(shù)據(jù)，同時控制USB模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到PC機上去，PC機接收到溫度后會對溫度進行分析處理，當溫度由異常時，會發(fā)出報警信號，同時通過將控制指令發(fā)送至單片機，通過無線模塊來遠程控制異常處理模塊執(zhí)行工作，從而實現(xiàn)異常自動處理和雙報警，從而最大限度的確保被監(jiān)控地的預(yù)警和安全。具體工作流程如圖4.2.1：

5 硬件調(diào)試結(jié)果及結(jié)束語

對本系統(tǒng)進行遠距離具體溫度測試有，經(jīng)數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)實地溫度采集與上位機顯示數(shù)據(jù)完全吻合，且能實現(xiàn)實時溫度監(jiān)控。同時可以通過PC機對單片機進行遠程控制，性能穩(wěn)定。

本系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)傳輸是通過無線技術(shù)實現(xiàn)的，不僅僅可以用在物聯(lián)網(wǎng)家居上，還可以在很多環(huán)境條件惡劣，且不容易鋪設(shè)電纜的地方使用，同時移動起來比較方便，在不久的將來會有更大的利用價值。

6 參考文獻

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無線傳輸技術(shù)論文范文6

【關(guān)鍵詞】單片機；能量傳輸；LC諧振；數(shù)據(jù)傳輸

1.引言

電能的傳輸長期以來主要是由導線直接接觸進行傳輸，電器設(shè)備通過插頭和插座、開關(guān)、繼電器等接觸器獲得電能。隨著用電設(shè)備對供電品質(zhì)、安全性、可靠性、方便性、及時性等要求的不斷提高，還有特殊場合、特殊地理環(huán)境的供電，使得接觸式電能傳輸方式，越來越不能滿足實際需要。因此無線電能傳輸越來越受到人們的關(guān)注，并被美國《技術(shù)評論》雜志評選為未來十大科研方向之一。

2.論文目標

本設(shè)計要實現(xiàn)能量的無線傳輸，主要由主控單片機模塊、電源控制模塊、發(fā)射模塊、接收模塊組成。發(fā)射模塊和接收模塊通過電磁感應(yīng)實現(xiàn)能量的無線傳輸。改變電源模塊的輸出電壓，使發(fā)射模塊得到不同的輸入電壓，從而改變接收模塊上5個LED燈的亮度。

3.總體方案設(shè)計

本系統(tǒng)主要由發(fā)射模塊和接收模塊組成，發(fā)射模塊如圖1所示，它包含了電源處理電路，發(fā)射電路電壓控制模塊，發(fā)射電路，解調(diào)電路，顯示模塊等電路。接收模塊如圖2所示，它包含了LC諧振電路，濾波電路，穩(wěn)壓電路等模塊。

圖1 能量發(fā)射模塊

圖2 能量接收模塊

4.硬件電路設(shè)計

4.1 主控單片機模塊

該設(shè)計采用兩款單片機，PIC16F877單片機和AT89C2051單片機，PIC單片機可對采樣電阻進行實時電壓檢測，送給單片機進行AD轉(zhuǎn)換，并且通過計算即可得出功率，最后顯示在液晶屏上。通過改變lm317的輸出電壓，為發(fā)射模塊提供不同的電壓值，從而使接收端可以得到不同的電壓，進而改變LED燈的亮度。通過UART對解調(diào)回來的波形進行解調(diào)，識別，從而實現(xiàn)發(fā)射模塊和接收模塊的相互通信。ATC2051作為載波發(fā)射器輸出184k載波送給發(fā)射模塊，用這種方式產(chǎn)生的載波穩(wěn)定性較好。

4.2 調(diào)制發(fā)射電路

由于近距離無線通信采用線圈諧振的方式傳遞能量、發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，調(diào)制我們采用ASK的調(diào)制方式，這種方式在電路上較容易實現(xiàn)而且硬件電路相對來說比較簡單，由此該模塊電路主要由驅(qū)動電路和檢波放大電路組成。AT89C2051單片機輸出的信號經(jīng)驅(qū)動電路后加到LC諧振回路上，實際使用中需調(diào)整LC的諧振頻率與AT89C2051單片機產(chǎn)生的信號頻率一致。在L與C聯(lián)接端得到30V左右的諧振電壓，使電感線圈L產(chǎn)生較高的電磁場，為接收模塊提供能量。

LC諧振電路頻率計算公式：

（5-1）

高頻載波驅(qū)動電路如圖所示，ATC2051產(chǎn)生184KhzPWM方波作為輸入信號CLK，經(jīng)U1A和U1B（7404數(shù)字集成電路）的緩沖，Q1（IRF9640）和Q2（IRF640）組成乙類功率放大器，為LC串聯(lián)諧振回路提供激勵信號。Q1、Q2選用MOS管。利用開關(guān)二極管D1對載波信號進行整流，以便得到正半周信號。

圖3 載波驅(qū)動電路原理圖

4.3 接收檢波放大電路設(shè)計

接收模塊通過通訊線圈回路的通斷實現(xiàn)對發(fā)射模塊諧振回路衰減系數(shù)的調(diào)制，從而將數(shù)據(jù)信號傳送給發(fā)射模塊，因此在發(fā)射模塊，需要由檢波電路將調(diào)制信號進行解調(diào)。信號檢波放大模塊電路如圖所示，C3、R1和D1組成二極管包絡(luò)檢波，濾掉載波信號，得到一定的直流電平及微弱的包絡(luò)信號。為了提高檢波性能，RC的取值依據(jù)系統(tǒng)通訊的最高波特率確定，同時載波對檢波電路的要求，即滿足的條件。考慮到檢波對諧振回路的衰減，C2的取值不可過大，最終確定最終取R1為1M，C為100pF的電容。

（5-2）

RC=1×106×100×10-12

=100×10-6（s）>>0.24×10-6（s） （5-3）

由于解調(diào)后的信號幅值很小，需經(jīng)多級放大后，才能將電平輸出給單片機處理。C6、C5、R2、R3、U1C、U1D對包絡(luò)信號進行放大。R4和C7組成一階RC低通濾波，濾掉高頻雜波（主要為通訊的載波）后，再由C8、R5、U1E放大后，經(jīng)U1F整形后的調(diào)制信號，送給閱讀器主控單片機進行解碼。

圖4 檢波放大電路原理圖

4.4 供電模塊

供電電源為+12V，總共分兩路輸出：一路供給PIC單片機模塊，用LM7805把它降成5V；一路為發(fā)射模塊供電；發(fā)射模塊采用LM317外接電路，通過IO口控制三極管的通斷來產(chǎn)生不同的電壓為發(fā)射模塊供電。

如圖5所示：LM317輸出的電壓是1.2V到3.7V，負載電流最大為1.5V。它的使用非常簡單，僅需兩個外接電阻來設(shè)置輸出電壓。此外它的線性調(diào)整率和負載調(diào)整率也比標準的固定穩(wěn)壓器好。LM317內(nèi)置有過載保護、安全區(qū)保護等多種保護電路。

圖5 供電模塊原理圖

4.5 Nokia 5110液晶顯示模塊

該液晶具有以下特點：

（1）84*48的點陣LCD，可以顯示4行漢字。

（2）采用串行接口與主處理器進行通信，接口信號線數(shù)量大幅度減少，包括電源和地在內(nèi)的信號線僅8條。

（3）采用低電壓供電，正常顯示時的工作電流在200Ua以下。

（4）可以顯示漢字，使要顯示的信息更直觀明了。

4.6 電流采樣電路

電流采樣電路采用一個1歐的電阻，然后經(jīng)lm358放大電壓，最后送到主控單片機進行AD轉(zhuǎn)換，經(jīng)過換算就可得能量發(fā)射模塊的總電流。

4.7 接收模塊電路

接收模塊由LC組成并聯(lián)諧振回路，無線接收發(fā)送端傳送的能量，然后經(jīng)1N5817二極管整流再通過電容濾波，再用7533-1穩(wěn)壓管進行穩(wěn)壓，最后再經(jīng)過電容濾波，給然后給5個并聯(lián)的LED燈供電。

4.8 接收模塊的調(diào)制電路

調(diào)制電路由AT89C2051的TXD腳控制三極管的通斷進而控制接收模塊線圈的通斷。這樣就實現(xiàn)了通過耦合改變能量發(fā)射模塊的諧振回路的Q值，從而實現(xiàn)了發(fā)射模塊和接收模塊之間的通信（數(shù)據(jù)傳輸和調(diào)制）。

5.軟件設(shè)計

無線能量傳輸主要是由發(fā)射模塊和接收模塊組成。

圖6 發(fā)射模塊工作流程圖

圖7 接收模塊工作流程圖

6.調(diào)試

系統(tǒng)的調(diào)試過程一共可以分為三大部分：硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。

6.1 硬件調(diào)試

在硬件調(diào)試過程中，我們采用分模塊調(diào)試的方法，給各小模塊上電，先用萬用表測出供電模塊的兩路電壓值，看是否正常。然后把其中的一路供給lm317，一路供給MCU。接著結(jié)合PIC單片機的按鍵控制lm317的輸出電壓值并加在LC振蕩電路的兩端，看LED燈是否能顯示不同等級亮度。接收模塊則直接用萬用表的電流檔串聯(lián)接入LED，得出電流值。

通信方面，則采用ATC2051的串口和PIC的uart直接相連的方法，先測試看能不能相互通信，最后再加上調(diào)制電路和解調(diào)電路，看能否正常通信。

6.2 軟件調(diào)試

軟件的編寫主要是nokia5110液晶的顯示和兩個按鍵的使用和PIC16F877中A/D的使用。在調(diào)試過程中，我們先把能量發(fā)送模塊和能量接收模塊直接連接，一塊MCU用uart發(fā)送類似紅外的編碼，另一塊MCU進行接收解析數(shù)據(jù)包，調(diào)試系統(tǒng)的通信模塊。最后再加上調(diào)制電路和解調(diào)電路，實現(xiàn)發(fā)送模塊和接收模塊的無線通信。

7.系統(tǒng)測試

7.1 測試的方法

在測試中，按照設(shè)計的要求進行測試，首先上電，改變LM317調(diào)節(jié)端的電阻值，給發(fā)射模塊提供不同的電壓，然后接上電流檢測模塊，再連接MCU，最后在接收模塊進行相關(guān)數(shù)據(jù)的檢測和記錄。對于電流和功耗的檢測我們采用萬用表串聯(lián)檢測的方法。

7.2 測試數(shù)據(jù)

表1 測得的系統(tǒng)數(shù)據(jù)

發(fā)射電壓（V） 發(fā)射模塊功率（W） 接收模塊功率（W） 傳輸效率 傳輸距離（mm）

12 8.032 4.996 62.2% 10

8.032 4.120 51.3% 20

8.032 3.157 39.3% 30

7 7.342 4.464 60.8% 10

7.342 3.465 47.2% 20

7.342 2.849 38.8% 30

5 6.722 4.013 59.7% 10

6.722 2.933 43.6% 20

6.722 2.278 33.9% 30

8.結(jié)論

本設(shè)計通過電磁感應(yīng)實現(xiàn)了電能的無線傳輸，通過無線供電方式使接收模塊的5個LED燈正常發(fā)光，在10mm時每個LED電流可以達到12mA，在30mm時每個LED電流可以達到10.5mA。液晶能夠很好的顯示發(fā)射模塊的功耗和接收模塊上5個LED的亮度等級，具有良好的界面，功耗誤差也不超過±5%。通過按鍵可以切換LED不同等級的亮度。

本設(shè)計進一步完善之后可以用于醫(yī)學檢測，具有較高的商用價值。

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