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无线传感网络节点设计数字通信课程设计.doc

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.61M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    前 言
    第一章 设计目的与任务
    1.1 设计目的
    1.2 设计任务
    1)充分论证的基础上，确定整机总体方案图；
    1.3 使用说明
    第二章 总方案设计及论证
    2.1系统构架总框图
    2.2遥控系统设计
    2.3 电源系统设计
    第三章 整机原理
    3.1 整机原理图
    3.2 整机原理说明
    第四章 系统调试
    4.1 遥控输入输出对应关系表
    第五章 总结
    参考资料
    数字通信课程设计 —无线传感网络节点设计 目 录 前 言 ............................................................................................................................................ 2 第一章 设计目的与任务.................................................................................................................. 3 1.1 设计目的 .......................................................................................................................... 3 1.2 设计任务 .......................................................................................................................... 3 1.3 使用说明 .......................................................................................................................... 4 第二章 总方案设计及论证 .............................................................................................................. 4
    2.1 系统构架总框图................................................................................................................. 4 2.2 遥控系统设计..................................................................................................................... 5 2.3 电源系统设计 .................................................................................................................. 10 第三章 整机原理 ............................................................................................................................ 12 3.1 整机原理图 .................................................................................................................... 12 3.2 整机原理说明 ................................................................................................................ 13 第四章 系统调试 ............................................................................................................................ 14 4.1 遥控输入输出对应关系表..............................................................................................15 第五章 总结 .................................................................................................................................. 15 参考资料 .......................................................................................................................................... 16 前 言 随着电子科学技术迅猛发展，各种新型器件，智能化电器及产品在国民紧经 济各个领域和人民生活各个方面得到了日益广泛的应用。 为了给费者提供更多的方便，我们设计了一款无线遥控节能灯，可以实现中 远程控制。当按下遥控 A 键时一盏灯亮，再按一次灯灭，当按下遥控 B 键时两盏 灯亮，再按一次灯灭，以此类推。 本次设计的基于 AT89C2051 多路无线遥控节能灯控制器分别由电源部分，发 射部分，接收部分，控制部分和驱动部分组成。电路具有高保密度遥控距离员工 性能稳定可靠和静态功耗低等特点，实现对多路等的开关进行控制，遥控价格低 廉，工作稳定可靠，且空间体积小外形美观，共有四个按键。 通过本次的设计使学生能够全面的巩固和应用数字电路和模拟电路的基本 2
    理论知识，设计简单使用的电力电子控制器件，解决生活中的实际问题。培养学 生独立思考问题，解决问题和分析问题的能力。根据提出的问题，探索不一样的 设计方案。优化并选择较好的方案，为个人今后探索问题界却问题起到启蒙作用。 通过查找资料使学生了解电子技术发展的动向，启迪思维，开拓视野。 此设计具有一定的实用性 ，广泛应用于日常生活中，有一定的节能功能. 无线传感器网络是由多个带有传感器、数据处理单元和通信模块的节点组 织而成的网络，因为在军事、工业、医疗、农业等领域的巨大应用前景而成为近 年来的研究热点。由于无线传感器节点通常工作在人们难以触及的环境中，并且 节点能量有限，难以补充，所以降低功耗、延长使用寿命成为无线传感器网络设 计的核心问题。因此，传感器网络的体系结构、通信协议、算法、电路和感知都 必须满足能量有效性。就降低单个无线传感器节点功耗而言，除在硬件设计时采 用低功耗元件外，动态功率管理(Dynamic Power Management，DPM)和动态电压 调节(Dynamic Voltage Supply，DVS)都能有效地降低系统功耗。DPM 的基本原 理是传感器节点内部各个设备根据需求在不同工作状态下进行转换，减少节点不 必要的开支，DPM 能尽可能使系统各部分运行在节能模式下，从而降低系统功耗。 本文从低功耗设计的角度出发，介绍了无线传感器节点系统组成，分析了 DPM 原 理及其算法，研究了混合自动控制并对其进行改进，最后通过在 MSP430 和 nRF905 无线加速度传感器系统中介绍了改进的混合自动控制算法的应用。 第一章 设计目的与任务 1.1 设计目的 1) 使学生能够全面的巩固和应用数字电路和模拟电路的基本理论知识，设计 简单使用的电力电子控制器件，解决生活中的实际问题。 2) 培养学生独立思考问题，解决问题和分析问题的能力。根据提出的问题， 探索不一样的设计方案。优化并选择较好的方案，为个人今后探索问题界却问题 起到启蒙作用。 1.2 设计任务 本次设计应完成《多路无线遥控灯节能控制器》电路系统设计，主要包括无 线遥控收发，编码，转换，驱动以及电源电路等，变传统的拉式，按键等开关用 3
    线，施工麻烦等缺点，可以方便使用者的控制。为此要求： 1) 充分论证的基础上，确定整机总体方案图； 2) 设计单元电路,并在保证各单元电路的前提下,优化技术指标,减少成本; 3) 绘制整机电路原理图,并叙述其工作原理过程; 4) 关键元器件的虚悬则说明和计算,列出元器件目录; 5) 根据个人情况,收发电路可使用 F05,编辑电路使用 1.3 使用说明 本设计由四个按键遥控器和四个继电器的接受组件两部分组成，电路采用高 稳定无线电收发模块和遥控专用解码电路，不受方向限制，具有保密度高，遥控 距离远，性能稳定可靠和静电功耗低等特点，实现里对四路灯的开关控制，遥控 价格低廉，遥控器体积小，外观优美共有四个按键。 第二章 总方案设计及论证 2.1 系统构架总框图 我们将系统划分为四大系统：单片机控制系统、遥控系统、驱动系统和电 源系统模块，其总框图如图 1 所示。为实现各模块的功能，分别做了几种不同的 设计方案进行论证，以便选取较好方案来实现。 4
    图 1 系统构架总框图 2.2 遥控系统设计 遥控系统设计主要分为：发射部分、接收部分设计。 在第一章课题分析中，我们已经决定采用无线电收发的方式来进行遥控，下 面我们将针对无线电收发的方式来设计遥控系统。 发射部分： （1）遥控系统设方框图： （2）编码发射 编码发射部分电路原理图： 5
    编码芯片采用 CCS2520 芯片 CCS2520 发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的 码字，解码芯片 CCS2520 接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT 脚才输 出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯 片也会连续 发射。当发射机没有按键按下时，CCS2520 不接通电源，其 17 脚为低电平，所以 315MHz 的高频发射电路不工作，当有按键按下时，CCS2520 得电工作，其第 17 脚输出经调 制的串行数据信号，当 17 脚为高电平期间 315MHz 的高频发射电路起振并发射等幅高 频信号，当 17 脚为低平期间 315MHz 的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完 全收控于 CCS2520 的 17 脚输出的数字信号。 编码芯片 CCS2520 特点:  CMOS 工艺制造，低功耗  外部元器件少  RC 振荡电阻  工作电压范围宽：2.6-15v  数据最多可达 6 位  地址码最多可达 531441 种 编码器采用 CCS2520 振荡电阻取 3.3M 效果较好。17 脚无信号输出时，FO5B 不工作发射电流为零 ；当 14 脚为低电平时，17 脚输出已设定的编码脉冲对 6
    FO5B 进行调制发射，通过测试 F05B 工作电流可大致判断 F05B 是否处于正常 发射状态,空码时加天线时发射电流约 6mA 左右，调整 R2 可调整发射电流， 在具体的应用中，外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节，阻值越大振荡 频率越慢，编码的宽度越大，发码一帧的时间越长. CCS2520 是台湾普城公司生产的一种 CMOS 工艺制造的低功耗低价位通用编 解码 电路，cc2520 最多可有 12 位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平, 接低电平),任意组合可提供 531441 地址码, CCS2520 最多可有 6 位(D0-D5) 数据端管脚,设定的地址码和数据码从 17 脚串行输出，可用于无线遥控发射 电路。 发射模块 发射部分电路主要由无线电数据发射模块 F05B 和编码芯片 CCS2520 组成. 7
    发射模块采用 F05B 的理由： 在满足接收单元主要技术参数要求下有如下优点： ◆频率一致性较好，又免调试， ◆具有较宽的工作电压范围及低功耗特性 ◆具有较好的发射效果，发射电流约 5-8mA 发射模块 F05B 性能参数： ◆发射频率：315M 300M 433M ◆工作电压：3-12V ◆发射电流：2-10mA ◆发射功率：10mW ◆频率稳定度：10-5 (声表稳频) ◆工作温度：-40℃-+60℃ ◆体 积 ：8×32×6mm（高×宽×厚) 应用发射模块 F05B 应注意事项： FO5B 是采用声表谐振器稳频，SMT 树脂封装，频率一致性较好，免调试，一 般的 LC 振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。F05B 具有较宽的工作电压范围 及低功耗特性，当发射电压为 3V 时，发射电流约 2mA，发射功率较小，12V 为最 佳工作电压，具有较好的发射效果，发射电流约 5-8mA，大于 l2V 直流功耗增大， 有效发射功率不再明显提高。FO5B 采用 AM 方式调制以降低功耗，数据信号停止， 8
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