数据采集及无线通信系统设计

论文摘要

本文根据靶场试验的要求,设计了适合靶场试验的数据采集及无线通信系统,该系统由三个分站和一个基站组成,分站完成数据采集及存储,基站通过无线通信进行远程控制。分站数据采集及存储模块以FPGA为控制核心,对四路模拟信号进行完全同步的数据采集,并存储到Flash存储器上,同时提供串口和USB口进行对外通信和数据交换。串口通信的结构和协议简单,直接由FPGA实现控制,用于和无线通信模块通信;USB接口协议复杂,但是数据传输速率非常高,用来读取采集模块中存储的数据,USB协议由内置单片机的专用USB接口芯片实现。分站和基站之间通过无线模块进行通信,无线通信模块以CC2430为核心,并通过内置单片机实现了通信协议。在计算机上编写驱动程序和应用程序。控制程序通过串口来控制和操作无线通信模块,从而和分站进行通信,控制采集过程;采集完成后,计算机通过USB口读取存储器中的数据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 国内外发展状况
• 1.2.1 基于互联网的测控系统
• 1.2.2 基于移动通信网络的测控系统
• 1.2.3 基于无线电台的测控系统
• 1.3 本论文研究内容
• 2 系统方案设计
• 2.1 系统设计原则
• 2.2 靶场试验特点
• 2.3 系统方案
• 2.3.1 布局结构
• 2.3.2 分站设计
• 2.3.3 基站设计
• 2.4 关键模块
• 3 数据采集及存储模块设计
• 3.1 数据采集及存储模块功能及指标
• 3.1.1 数据采集及存储模块功能要求
• 3.1.2 数据采集及存储模块性能指标
• 3.2 数据采集及存储模块组成框图
• 3.3 前端调理电路
• 3.4 A/D模块
• 3.5 Flash模块
• 3.5.1 存储器的选择
• 3.5.2 Flash芯片的操作
• 3.6 FPGA模块
• 3.6.1 FPGA介绍
• 3.6.2 FPGA程序设计流程
• 3.6.3 FPGA的工作模式
• 3.6.4 分频器实现
• 3.6.5 数据采集控制实现
• 3.6.6 FIFO实现
• 3.7 USB接口
• 3.7.1 USB总线的特点
• 3.7.2 USB接口的电气特性
• 3.7.3 USB编码方式
• 3.7.4 USB数据传输方式
• 3.7.5 USB传输管理
• 3.7.6 USB接口芯片选择
• 3.7.7 USB固件程序设计
• 3.8 RS232接口
• 4 无线通信模块设计
• 4.1 无线通信要求及发展现状
• 4.1.1 系统中无线通信要求
• 4.1.2 短距离无线传输发展现状
• 4.2 硬件电路设计
• 4.2.1 无线收发芯片的选择
• 4.2.2 CC2430无线单片机
• 4.2.3 硬件连接
• 4.3 网络协议
• 4.3.1 网络拓扑结构
• 4.3.2 MAC协议
• 4.3.3 信道清洁评估（CCA）
• 4.3.4 CSMA理论分析
• 4.3.5 握手协议
• 4.4 软件设计
• 4.4.1 CC2430内部的异步USRT
• 4.4.2 CC2430射频部分的数据收发过程
• 4.4.3 CSMA/CA选通处理器
• 4.4.4 无线通信模块的配置和查询
• 4.5 通信距离的扩展
• 4.5.1 无线射频通信距离的计算
• 4.5.2 天线选择
• 4.5.3 馈线的选择
• 4.5.4 功率放大电路
• 5 上位机程序设计
• 5.1 无线通信模块配置程序
• 5.2 采集控制程序
• 5.3 数据读取程序
• 5.3.1 USB驱动程序
• 5.3.2 应用程序设计
• 6 结束语
• 致谢
• 参考文献