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無線傳輸技術論文范文1

[論文摘要]3G的時代已經來臨,其主要技術標準WCDMA和CDMA2000誰優誰劣自然引起了我們的關注。本文從各個方面對兩個技術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的雙工FDMA模擬調頻系統,但由于模擬系統固有的先天缺陷,在90年代初被以TDMA為基礎的第二代數字蜂窩移動通信系統所取代,相對FDMA系統有諸多優點,如頻譜利用率高,系統容量大、保密性好等。與此同時產生了以CDMA為基礎的數字蜂窩通信系統,相比TDMA系統具有低發射功率、信道容量大、軟容量、軟切換、采用多種分集技術等優點。

隨著網絡的廣泛普及,圖像、話音和數據相結合的多媒體和高速率數據業務的業務量大大增加,人們對通信業務多樣化的要求也與日俱增,而一代二代系統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,它能夠處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式,提供包括網頁瀏覽、電話會議、電子商務等多種信息服務。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這兩種技術都是將CDMA技術用于蜂窩系統,許多的思想都是源于CDMA系統,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提出的技術要求,支持高速多媒體業務、分組數據和IP接入等。但它們在技術實現、規范標準化、網絡演進等方面都存在較大差異。

WCDMA和CDMA2000各有優勢和缺點。WCDMA技術較成熟,能同廣泛使用的GSM系統兼容;相比第二代通信系統能提供更加靈活的服務;而且WCDMA能靈活處理不同速率的業務。其缺點是只能共用現有GSM系統的核心網部分,無線側設備可以共用的很少。

CDMA2000的優勢是可以和窄帶CDMA的基站設備很好地兼容,能夠從窄帶CDMA系統平滑升級,只需增加新的信道單元,升級成本較低,核心網和大部分的無線設備都可用。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系統無法和GSM系統兼容。

1.WCDMA與CDMA2000的物理層技術比較

WCDMA和CDMA2000物理層技術細節上有相似也有差異,由于考慮出發點不同,造成了不同的技術特點。WCDMA技術規范充分考慮了與第二代GSM移動通信系統的互操作性和對GSM核心網的兼容性;CDMA2000的開發策略是對以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相似點可以歸納為以下幾點:

①內環均采用快速功率控制。CDMA系統是干擾受限系統,因此為了提高系統容量,應盡可能的降低系統的干擾。功率控制技術可以減少一系列的干擾,這意味著同一小區內可容納更多的用戶數,即小區的容量增加。因此CDMA系統中引入功率控制技術是非常必要的。

②系統都支持開環發射分集,信道編碼采用卷積碼和Turbo碼。

③系統均采用軟切換技術。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系,而不是先切斷與原基站的聯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、TDMA系統不具有這種功能。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ITU關于5MHz信道基本帶寬的劃分規則,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系統可支持話音、分組數據等業務,并且可實現QoS的協商。室內最高數據速率達2Mbit/s,步行環境384kb/s,車載環境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支持不同的核心網標準。WCDMA要求實現與GSM網絡的兼容,所以它把GSMMAP協議作為上層核心網絡議;CDMA2000要求兼容窄帶CDMA,因此它把ANSI-41作為自己的核心網絡協議。

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

④為了使支持基于GSM的GPRS業務而部署的所有業務也支持WCDMA業務,為了完善新的數據話音網絡,CDMA2000-1x需要添加額外的網元或進行功能升級。

2.WCDMA與CDMA2000網絡接口的比較

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的無線接入數據速率。為多個用戶提供可變的無線接入數率是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,兩系統可以兼容。WCDMA的碼片速率為3.84Mcps,顯然WCDMA系統中低速率用戶或語音用戶的移動臺成本會大幅上升,在CDMA2000系統中則不會如此。

WCDMA的接口標準規范、制定嚴謹、組織嚴密,而CDMA2000的接口標準嚴謹性有待加強。IS-95廠家設備難以互通,給運營商設備選型帶來了較大問題;3G許諾的高速無線數據服務必須可以和話音一樣實現無縫的漫游,這是至關重要的。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問題,更重要的是商業利益。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網絡演進的比較

(1)WCDMA的網絡演進技術

現有的GSM系統利用單一時隙可提供9.6kbit/s的數據服務。如果復用多個時隙就能升級為HSCSD(高速電路交換數據)方式;此后出現了GPRS(通用分組無線業務),首次在核心網中引入了分組交換的方式,可提供144kbit/s的數據速率。接著繼續升級采用8PSK調制,這樣傳輸速率可以上升至384kbit/s這就是EDGE;WCDMA的數據傳輸速率將高達2M/s。

(2)CDMA2000網絡演進技術

主要的CDMA2000運營商將來自現在的窄帶CDMA運營商。窄帶CDMA向CDMA2000過渡的方式為IS-95AIS95BIS-95CIMT2000。IS-95A的數據傳輸速率為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系統向CDMA2000系統的演進分為空中接口、網絡接口及核心網絡演進等方面。

①目前窄帶CDMA系統的空中接口是基于IS295A,其支持的數據速率為14.4kbit/s,由IS295A升級到IS295B,可支持64kbit/s。

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

③窄帶CDMA的核心網在美國經過多年發展后,從IS241A到IS241B到IS241C,我國CDMA試驗網和紅皮書以IS241C為基礎,IS241D規范在1999年底,目前IS241E規范還未正式。

三、WCDMA和CDMA2000在我國的前景

對3G標準的選擇不僅要看其技術原理及成熟程度,還要結合本國國情、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網絡已形成巨大的規模,歐洲標準的WCDMA在網絡上充分考慮到與第二代的GSM的兼容性,在技術上也考慮了與GSM的雙模切換兼容,向WCDMA體制的第三代系統演進,從一開始就解決了全網覆蓋的問題。而且CDMA2000采用GPS系統,對GPS依賴較大;在小區站點同步方面,CDMA2000基站通過GPS實現同步,將造成室內和城市小區部署的困難,而WCDMA設計可以使用異步基站,運營者獨立性強;對于電信設備制造行業,我國在GSM蜂窩移動通信方面發展成熟,而窄帶CDMA系統尚未形成規模和產業。

WCDMA采用全新的CDMA多址技術,并且使用新的頻段及話音編碼技術等。因此GSM網絡雖然可采用一些臨時的替代方案提供中等速率的數據服務,卻不能提供一種相對平滑的路徑以過渡到WCDMA。而CDMA2000的設計是以IS-95系統的豐富經驗為依據的,因此窄帶CDMA向CDMA2000的演進無論從無線還是網絡部分都更為平滑。在基站方面只需更新信道板,并將系統軟件升級,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.北京:人民郵電出版社.

無線傳輸技術論文范文2

藍牙計劃基本上是一個無線傳輸的計劃，不需要透過實質線路，在一定的距離范圍內，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十公里內皆可傳達，而是數十至數百公尺內的短距離無線傳輸。此外可傳輸的裝置不限于手機，只要有裝設藍牙收發模塊的裝置都可以使用藍牙傳輸，眼前的構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、接收的技術規格。

二、淺談藍牙技術

藍牙計劃雖是1998年開始，但是藍牙的技術根基卻來自1997年制訂完成的無線局域網絡通訊協議：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、科學、醫療（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，因此藍牙規格被設計成可跳頻通訊，能夠在一秒鐘內進行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的數據封包不能太長，否則不能滿足如此頻繁的跳頻次數，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、更穩定通信。

藍牙規格已經正式公布v1.0版，規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，追加設計藍牙功能即可，以節省開發時間與成本，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計地更精小、更便宜中。

三、藍牙技術的應用

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

另外對于小公司、小環境等，也可以省去布設實質線路的成本，以及后續線路維護的困擾。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環境、小族群通訊環境。

四、藍牙技術的展望

（一）藍牙收發話器對健康的好處。由于手機有高功率的電磁波，據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，然后把收發話器戴在你的耳朵(由于藍牙應用的是低功率，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，甚至按下收發話器上的按鈕就可以直接接聽來電。

（二）比一般傳統式紅外線傳輸更快，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下，還能夠以無線的方式傳送數據。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據。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。藍牙的數據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。只要將來手表有內建藍牙且有Mp3撥放功能，這樣一來將可自動設定為標準時間，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，只要現在是要接線的，都有可能會被藍牙所應用。藍牙技術一旦普及，相信對通訊方式、產品設計、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。在公司內外務人員趕時間，只要在藍牙收發范圍內都可以傳送數據，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，倉庫內設有藍牙基地臺，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、結束語

藍牙技術一定會飛速發展，但仍然有一些應用的細節問題需要解決，如相鄰設備之間為防止信息誤傳和被截取，必須要用戶提前設置對應頻段等，嚴重影響藍牙技術產品面市的速度。但相信隨著一個不斷完善的發展過程，藍牙技術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.電子工業出版社。

[3]井雅，徐曉東，呂志虎.藍牙協議模型及應用.現代通信技術，2001.3。

無線傳輸技術論文范文3

關鍵詞：實時監測；環境參數；控制臺

1 引言

隨著可再生能源技術的發展，在最近幾年太陽能光伏發電系統得到了比較廣泛的應用。但是目前影響太陽能系統輸出參數的因素很多，主要的外部環境參數為溫度、表面風速和照度。溫度是光伏系統的重要參數之一，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 檢測在光伏發電系統中顯得尤為重要。光伏發電系統的環境風速會影響到光伏發電組件的表面熱量散發，因此對風速的采集和監控也是需要的。對于照度的監控，能很好的監控組件工作狀況，防止“熱點效應” [2]的產生。

本文設計了一種自動的、可以實時檢測、記錄以及傳輸的太陽能光伏發電系統的數據檢測裝置，該裝置不僅可以實時檢測光伏發電組件的環境參數，而且可以把采集到的參數通過無線傳輸發送到遠程的控制臺，進行記錄處理分析。

2 系統構成及硬件部分

2.1 系統構成

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

2.2 硬件結構及工作過程

數據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將外部溫度信號轉換為模擬電流信號，接著信號放大器將電流信號轉換成電壓信號并自動調整信號的增益大小。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、質量小、原理簡單，同時能夠將風速模擬量直接轉換成電子脈沖數。

數據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據進行A/D轉換，并經行數據比較和BCD碼轉換，最后可以在顯示模塊上顯示出當前的溫度、風速以及照度的數值。微處理器還可以控制采樣的周期，設定報警的上限，一旦采集到的數據超過報警的上限時，即發出報警信號。該微處理器還可以按照用戶定義的數據格式打包，并發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和報警上限的設定。

無線通信模塊采用索尼愛立信公司的G64無線傳輸模塊，G64可以將數據處理模塊發送過來的數據包封裝，通過GPRS接入Internet，傳入監控中心。監控中心的終端對接收來的數據包解析，還原，并由PC機執行相關的處理，如記錄下一周期內的溫度，風速，照度的變化曲線，定期進行數據庫更新等等。監控中心的終端還可以通過Internet和無線網絡對太陽能光伏發電系統的數據監測裝置經行遠程設定。

數據采集模塊采集太陽能光伏發電系統的溫度、風速、照度參數，并且把這些參數傳送到數據處理模塊，數據處理模塊對這些參數濾波，A/D轉換后打包發送到無線通信模塊的緩存中，無線通信模塊把這些數據包通過現有的無線網絡羅如GSM，CDMA，WCDMA，TDSCDMA發送到各個基站，進而再傳送到控制臺，對這些數據進行記錄分析，當采集到的數據超過所設定的參數時，還可以發出報警信號。

3 軟件設計

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

4 總結

本論文設計了一種太陽能電站使用的太陽能光伏發電系統的數據監測裝置，該裝置包括數據采集模塊，數據處理模塊，無線通信模塊，電源模塊。本裝置可以把數據監測由原來人工手持式監測為自動實時監測，大大提高效率，采集的數據可以通過無線網絡發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電系統的工作狀況，對于產生的問題可以及時處理，符合國家職能電網建設中，免維護、可控、可視等要素的要求。

參考文獻：

[1] 趙 為.太陽能光伏并網發電系統的研究[J].合肥工業大學學報，2010（4）：101-103.

無線傳輸技術論文范文4

[關鍵詞]指紋傳感芯片指紋識別系統ZigBee無線網絡

[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

目前廣泛應用的嵌入式指紋識別系統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、分析和比對來實現身份認證,進而通過串口與上位機通信實現身份認證信息的綜合管理,是一種集中式指紋采集系統。本文將提出一種基于ZigBee無線網絡的指紋識別系統的設計與實現,其原理如圖1所示[1]。本系統每個節點為一個獨立的嵌入式指紋識別設備,各個節點通過ZigBee協議進行無線網絡連接,每個節點的指紋身份認證信息通過ZigBee無線網絡傳到ZigBee中心節點最后通過RS232由上位機進行身份認證信息的綜合處理。本系統適合于指紋采集分散的場合,例如人數多和采集地點分散的考勤系統可以采用這種模式。

2 ZigBee無線網絡協議

ZigBee是一種新興的短距離、低功耗、低數據傳輸率、低成本、低復雜度的無線網絡技術。ZigBee網絡包含協調器、路由器和終端設備三種協議設備,可構成網狀網絡,最多可支持65536個節點,ZigBee網狀網絡如圖2所示[2]。ZigBee網絡可以工作在2.4GHz、915MHz和868MHz三個工作頻帶,工作在2.4GHz頻帶的數據傳輸率為250Kb/S,節點間傳輸距離可以達到100米的范圍。與其他無線協議相比,ZigBee無線協議的復雜度低,降低了資源要求,ZigBee協議棧一般為4KB-32kB,由網絡協調器節點

容納網絡內所有節點的設備信息、數據包轉發表、設備關聯表、與安全有關的密鑰存儲等,各節點可由8位微控制器實現ZigBee協議層。對于指紋采集系統的身份認證信息可由ZigBee節點以接力方式傳送到ZigBee中心節點進而傳給上位機進行綜合處理。

3 指紋識別節點的設計

3.1 指紋識別節點的工作原理

本系統的指紋識別節點采用雙片結構[3],是由兩片嵌入式處理器構成的兩個小系統結合而成。一個系統是以高性DSP為核心配以存儲器、指紋傳感器構成,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;另一個系統以MCU為核心配以ZigBee RF無線收發器和天線構成的身份認證信息無線傳輸模塊,MCU通過SPI總線和ZigBee RF收發器連接,MCU作為SPI主控器件實現ZigBee協議層,ZigBee RF收發器作為從動器件和天線共同實現節點間信號的傳輸。兩個系統間以串行接口來完成狀態和信息的傳輸,其結構如圖3所示。

3.2 指紋識別節點的硬件結構與軟件設計

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,其感應區為 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[4]。采用TMS320VC5507-200(BGA封裝)作為指紋識別的處理單元,TMS320VC5507-200是TI公司生產的高性能、低功耗DSP,最高時鐘頻率為200MHz,具有64K×16-Bit片內RAM(64KB的DARAM+64KB的SARAM)和32K×16-Bit片內ROM,最大可支持8M×16-Bit片外SDRAM和4M×16-Bit片外Flash擴展。C5507-200還具有豐富的片內外設,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類型的應用要求存儲指紋模板多的情況,應擴展片外Flash進行存儲,本系統采用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發出中斷,C5507通過低8位數據線對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無線收發器構成,身份認證信息無線傳輸模塊硬件結構如圖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收發器相連。PIC18LF4620充當SPI主控器件,MRF24J40收發器充當從動器件?？刂破鲗崿FIEEE 802.15.4 MAC層和ZigBee協議層,MRF24J40和天線相連完成RF信號的收發。TMS320VC5507完成指紋信息比對后,向PIC18LF4620發送中斷(通過INT1),將比對信息通過串口發送到控制器后經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 指紋識別節點的軟件設計

無線指紋識別節點主要由DSP+ AES2510的指紋識別模塊和MCU+ MRF24J40的無線傳輸模塊的雙片系統構成,以無線傳輸模塊作為主模塊,指紋識別模塊每獲得比對結果后就向無線傳輸模塊發送INT1中斷請求信號,無線傳輸模塊響應中斷后將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點。無線傳輸模塊在收到上一個節點傳來的信息后由RF收發器通過向自己節點的控制器發出INT0中斷請求,控制器響應后根據路由信息選擇下一個ZigBee節點并啟動無線傳輸,

直至將身份認證信息發送到上位機。其軟件工作流程如圖7所示。

4 結語

本文的基于ZigBee網絡的無線指紋識別系統采用雙片系統設計。由TMS320VC5507+AES2510構成的指紋識別模塊進行指紋信息的采集、比對等,本系統的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,指紋認證信息經由PIC18LF4620+MRF24J40構成的無線傳輸模塊在ZigBee網絡中傳輸,ZigBee無線網絡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用場合。故本系統可以作為大中型企事業單位考勤系統的解決方案。

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無線傳輸技術論文范文5

關鍵詞：ATMEGA16，溫度，監控系統，DS18B20，NRF905

 

1 引言

溫度是物聯網家居系統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。隨著各類物聯網家居的監控日益改善，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控與控制，本文設計了物聯網家居系統中基于NRF905的多路無線溫度監控系統

隨著信息科學與微電子技術的發展，溫度的監控可以利用現代技術使其實現自動化和智能化。多路無線溫度監控系統就是朝著這一目標進行設計的。本次設計要求利用單片機及無線傳輸模塊實現無線溫度監測系統。其中溫度數據無線傳輸利用Nordic VLSI公司生產的NRF905無線傳輸模塊實現。要求完成整體方案設計及硬件和相關軟件設計，并完成無線傳輸模塊的調試，要求能實現多路溫度信號的遠距離傳輸，并且實現溫控范圍調節及其超溫范圍報警。

2 溫度采集監控系統的技術要點

由于本系統是一個實時監控的系統，對溫度的采集控制是實時的，所以溫度采集的時間間隔，數據發送接收的時間差，單片機與PC機之間數據的傳送速度以及上位機程序對數據的分析處理是本系統的關鍵。通過對溫度傳感器，無線模塊的優化選擇，實現單片機與PC機通過高速USB接口進行通信及對上位機代碼的優化實現本系統的實時監控功能，同時還要考慮的是溫度傳感器的各個參數，無線模塊的參數，以及硬件電路的優化搭建問題。

3 硬件電路的搭建及軟件設計

為了使系統能夠最優化的工作，系統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：

系統是做溫度監控的，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、響應時間、穩定性、線性度和靈敏度.等幾個因素的比較分析，本系統選用的是美國DALLAS半導體公司生產的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雙向通訊，簡化連接難度；

②無需其他的AD轉化器件，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可以并聯在一根線上，實現多點測溫;

（2）無線模塊的選用：

本系統是多點監控，同時他的數據傳輸是通過無線傳輸的，所以無線傳輸模塊的需要支持多點的數據的傳送?？紤]穩定性，傳輸數據的速度，錯誤率等方面，本系統選用的是NRF905無線數據傳輸模塊，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，最高數據傳輸速率可達50KB，滿足實時監控的需要；

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，滿足系統多點監控的需要；

（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，從而使得設計人員可以在功耗和執行速度之間取得平衡，且非易失性程序和數據存儲器資源較大能滿足程序代碼設計需要。外設資源豐富：2個具有獨立預分頻器和比較器功能的8位定時/計數器；一個獨立預分頻器和比較/捕捉功能的16位定時/計數器；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 系統的硬件連接方法

硬件方面主要由兩部分組成，溫度采集發送部分和數據接受分析控制部分。

3.1.1 溫度采集發送部分

主要的連接器件有NRF905無線數據傳輸模塊，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總線協議向無線模塊發送配置信息，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備或降溫設備來對異常進行處理。

3.1.2 數據接收分析控制部分

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

3.2 軟件程序的設計

由于系統由兩個模塊構成，所以軟件程序的設計也分為溫度采集發送模塊程序設計和數據接受分析控制模塊程序設計。

3.2.1 溫度采集發送模塊

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

3.2.2 數據接受分析控制模塊

主要需要設計的程序有NRF905的內部寄存器配置，USB模塊的驅動編寫，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 系統的工作流程

本系統主要由兩個模塊組成，溫度采集發送模塊和數據接收監控模塊。

4.1 數據采集發送模塊

該模塊的主要功能是采集溫度和發送數據。主控單片機發出命令開始有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總線將數據傳送給無線發送模塊NRF905，由無線發送模塊將數據發送出去。同時主控芯片會檢測溫度是否異常，當溫度出現異常時會發出報警信號，同時啟動異常處理模塊。。具體工作流程如圖4.1.1：

4.2 數據接收監控模塊

該模塊的主要功能是接收和處理數據，由單片機控制無線模塊接收數據，同時控制USB模塊將數據發送到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，會發出報警信號，同時通過將控制指令發送至單片機，通過無線模塊來遠程控制異常處理模塊執行工作，從而實現異常自動處理和雙報警，從而最大限度的確保被監控地的預警和安全。具體工作流程如圖4.2.1：

5 硬件調試結果及結束語

對本系統進行遠距離具體溫度測試有，經數據對比發現實地溫度采集與上位機顯示數據完全吻合，且能實現實時溫度監控。同時可以通過PC機對單片機進行遠程控制，性能穩定。

本系統采用的數據傳輸是通過無線技術實現的，不僅僅可以用在物聯網家居上，還可以在很多環境條件惡劣，且不容易鋪設電纜的地方使用，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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無線傳輸技術論文范文6

【關鍵詞】單片機；能量傳輸；LC諧振；數據傳輸

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，電器設備通過插頭和插座、開關、繼電器等接觸器獲得電能。隨著用電設備對供電品質、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注，并被美國《技術評論》雜志評選為未來十大科研方向之一。

2.論文目標

本設計要實現能量的無線傳輸，主要由主控單片機模塊、電源控制模塊、發射模塊、接收模塊組成。發射模塊和接收模塊通過電磁感應實現能量的無線傳輸。改變電源模塊的輸出電壓，使發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.總體方案設計

本系統主要由發射模塊和接收模塊組成，發射模塊如圖1所示，它包含了電源處理電路，發射電路電壓控制模塊，發射電路，解調電路，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，穩壓電路等模塊。

圖1 能量發射模塊

圖2 能量接收模塊

4.硬件電路設計

4.1 主控單片機模塊

該設計采用兩款單片機，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對解調回來的波形進行解調，識別，從而實現發射模塊和接收模塊的相互通信。ATC2051作為載波發射器輸出184k載波送給發射模塊，用這種方式產生的載波穩定性較好。

4.2 調制發射電路

由于近距離無線通信采用線圈諧振的方式傳遞能量、發送和接收數據，調制我們采用ASK的調制方式，這種方式在電路上較容易實現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動電路和檢波放大電路組成。AT89C2051單片機輸出的信號經驅動電路后加到LC諧振回路上，實際使用中需調整LC的諧振頻率與AT89C2051單片機產生的信號頻率一致。在L與C聯接端得到30V左右的諧振電壓，使電感線圈L產生較高的電磁場，為接收模塊提供能量。

LC諧振電路頻率計算公式：

（5-1）

高頻載波驅動電路如圖所示，ATC2051產生184KhzPWM方波作為輸入信號CLK，經U1A和U1B（7404數字集成電路）的緩沖，Q1（IRF9640）和Q2（IRF640）組成乙類功率放大器，為LC串聯諧振回路提供激勵信號。Q1、Q2選用MOS管。利用開關二極管D1對載波信號進行整流，以便得到正半周信號。

圖3 載波驅動電路原理圖

4.3 接收檢波放大電路設計

接收模塊通過通訊線圈回路的通斷實現對發射模塊諧振回路衰減系數的調制，從而將數據信號傳送給發射模塊，因此在發射模塊，需要由檢波電路將調制信號進行解調。信號檢波放大模塊電路如圖所示，C3、R1和D1組成二極管包絡檢波，濾掉載波信號，得到一定的直流電平及微弱的包絡信號。為了提高檢波性能，RC的取值依據系統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?？紤]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）

由于解調后的信號幅值很小，需經多級放大后，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U1F整形后的調制信號，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；一路為發射模塊供電；發射模塊采用LM317外接電路，通過IO口控制三極管的通斷來產生不同的電壓為發射模塊供電。

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置輸出電壓。此外它的線性調整率和負載調整率也比標準的固定穩壓器好。LM317內置有過載保護、安全區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，接口信號線數量大幅度減少，包括電源和地在內的信號線僅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lm358放大電壓，最后送到主控單片機進行AD轉換，經過換算就可得能量發射模塊的總電流。

4.7 接收模塊電路

接收模塊由LC組成并聯諧振回路，無線接收發送端傳送的能量，然后經1N5817二極管整流再通過電容濾波，再用7533-1穩壓管進行穩壓，最后再經過電容濾波，給然后給5個并聯的LED燈供電。

4.8 接收模塊的調制電路

調制電路由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。這樣就實現了通過耦合改變能量發射模塊的諧振回路的Q值，從而實現了發射模塊和接收模塊之間的通信（數據傳輸和調制）。

5.軟件設計

無線能量傳輸主要是由發射模塊和接收模塊組成。

圖6 發射模塊工作流程圖

圖7 接收模塊工作流程圖

6.調試

系統的調試過程一共可以分為三大部分：硬件調試、軟件調試和系統聯調。

6.1 硬件調試

在硬件調試過程中，我們采用分模塊調試的方法，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，最后再加上調制電路和解調電路，看能否正常通信。

6.2 軟件調試

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。在調試過程中，我們先把能量發送模塊和能量接收模塊直接連接，一塊MCU用uart發送類似紅外的編碼，另一塊MCU進行接收解析數據包，調試系統的通信模塊。最后再加上調制電路和解調電路，實現發送模塊和接收模塊的無線通信。

7.系統測試

7.1 測試的方法

在測試中，按照設計的要求進行測試，首先上電，改變LM317調節端的電阻值，給發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數據的檢測和記錄。對于電流和功耗的檢測我們采用萬用表串聯檢測的方法。

7.2 測試數據

表1 測得的系統數據

發射電壓（V） 發射模塊功率（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.結論

本設計通過電磁感應實現了電能的無線傳輸，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。

本設計進一步完善之后可以用于醫學檢測，具有較高的商用價值。

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