无线数传技术在物位检测系统中的应用

论文摘要

物位测量在实际的生产过程和科学实验中具有举足轻重的作用，尤其现代工业中，物位的检测及自动控制就更为至关重要。例如：洗煤厂料位自动监测；化工企业的原料自动控制；大型粮仓储粮自动检测等。而传统物位测量系统的有线传输模式存在很多缺陷：安装繁琐，布局结构复杂，户外监测站还需要投入大量人力物力进行施工。针对这些缺陷，本文研究并设计了新型无线数据传输物位检测系统。本文综合大量参考文献，深入分析了国内外各种物位检测系统的资料，从功能、可靠性、低功耗上进行研究，找到其不足。与此同时对现有的无线通讯技术进行了分析，找到一种适合于物料位检测系统的无线通讯技术，最终提出一种把无线传输技术应用于物位检测系统的设计方案，并设计出无线数传物位检测系统。文章详细介绍了无线物位检测系统的可行性研究、系统方案的确定、系统硬件设计和系统软件开发流程，完成的工作主要包括以下内容：(1)无线数传物位检测系统实际应用价值的分析及系统设计方案的提出。(2)系统控制电路的设计。分别选用了MSP430Fxxx系列的16位微控制器来进行控制，实现数据采集、射频数据发送、射频数据接收、动态显示、异常报警、数据存储等功能。(3)射频电路的硬件设计。选用单片射频收发芯片nRF905，实现对传感器输出的信号实时传输，发送、接收或转发网络中其他节点发送的信号。(4)组网通讯协议的设计。实现一点对多点的无线连接，实现数据的可靠收发。并且通过键盘设置，实现各个测点以巡检等方式工作。(5)基于硬件电路的软件设计。包括MCU基本功能的设计，MCU与射频电路通讯的软件设计，通讯协议的软件设计，数据现场显示的软件设计等。(6)系统的测试及需要改进的地方。鉴于可靠性的要求，还提出了在制作电路板和天线设计中应该注意的一些问题。整套系统具有性能先进、使用方便灵活、信息传输快速准确、安全可靠等特点。系统包括数据采集、系统控制、无线收发、无线传感器网络、上位机数据监控等几个主要部分。将无线通讯技术应用于物位检测系统，可以大大减少施工的人力物力的投入，降低工作人员直接接触有害原料的机率，通过传感器网络还可以实现集中监测单独控制，极大的增强了对系统的监控力度。该系统对实现工业监测信息化，促进工业现代化的建设起到了重要的作用，为人们提供了一种全新的获取信息、处理信息的途径。本课题的研究将无线通信技术及传感器网络技术应用于物位检测系统中，实现了网络化监测及信息管理自动化，对于工业监测系统的改革和发展具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 课题国内外研究物位检测发展状况
• 1.3 现有的无线数据传输及组网方式
• 1.4 课题的提出
• 1.5 本课题完成的工作
• 1.6 本文文章的结构
• 第二章 无线数传物位检测系统设计方案
• 2.1 整体系统设计结构图
• 2.2 物位检测系统的研究
• 2.3 物位检测系统的无线通信技术应用方案
• 2.3.1 无线通信技术理论研究
• 2.3.2 无线射频识别技术的应用
• 2.4 无线传感器网络技术的理论研究
• 第三章 系统硬件设计
• 3.1 系统控制电路的设计方案
• 3.1.1 微控制器的选型
• 3.1.2 主控制电路设计的特点
• 3.2 射频电路设计方案
• 3.2.1 射频电路设计思路
• 3.2.2 射频电路的设计特点
• 3.3 系统硬件设计原理图
• 3.4 射频电路的设计
• 3.5 主控制电路及外围电路设计
• 3.5.1 主控制电路的设计
• 3.5.2 电源模块设计
• 3.5.3 复位电路
• 3.5.4 键盘设计
• 3.5.5 显示功能设计
• 3.5.6 串行通信模块
• 3.5.7 微控制器与传感器的硬件连接
• 3.6 天线设计
• 3.7 射频电路印刷电路板设计
• 第四章 无线数据传输与控制系统的软件设计
• 4.1 无线收发模式的软件设计
• 4.1.1 发射模式软件设计
• 4.1.2 接收模式软件设计
• 4.2 MCU与无线模块的数据通讯软件设计实现
• 4.2.1 nRF905初始化的配置
• 4.2.2 nRF905的数据读写时序
• 4.3 控制电路与上位机的通信软件设计
• 4.4 无线通讯协议的软件设计
• 4.5 外围键盘控制与显示软件设计
• 第五章 总结与展望
• 5.1 系统性能测试与改进
• 5.1.1 通讯距离测试
• 5.1.2 传输可靠性
• 5.1.3 系统功耗
• 5.1.4 系统的改进
• 5.2 总结
• 5.3 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文