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无线传输技术论文范文1
[论文摘要]3G的时代已经来临,其主要技术标准WCDMA和CDMA2000谁优谁劣自然引起了我们的关注。本文从各个方面对两个技术标准做了全面的对比研究。
一、引言
上世纪70年代末,诞生了被称为第一代蜂窝移动通信系统的双工FDMA模拟调频系统,但由于模拟系统固有的先天缺陷,在90年代初被以TDMA为基础的第二代数字蜂窝移动通信系统所取代,相对FDMA系统有诸多优点,如频谱利用率高,系统容量大、保密性好等。与此同时产生了以CDMA为基础的数字蜂窝通信系统,相比TDMA系统具有低发射功率、信道容量大、软容量、软切换、采用多种分集技术等优点。
随着网络的广泛普及,图像、话音和数据相结合的多媒体和高速率数据业务的业务量大大增加,人们对通信业务多样化的要求也与日俱增,而一代二代系统远远不能满足用户的这些需求,所以诞生了第三代移动通信技术,它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式,提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。国际上承认的3G标准有三个:CDMA2000、WCDMA以及TD-SCDMA,这里主要从各个方面做WCDMA和CDMA2000的对比研究。
二、WCDMA和CDMA2000的综合比较
由于WCDMA和CDMA2000这两种技术都是将CDMA技术用于蜂窝系统,许多的思想都是源于CDMA系统,因此WCDMA和CDMA2000有许多相试之处:从双工方式上看,WCDMA和CDMA2000属于FDD模式。WCDMA和CDMA2000都满足IMT-2000提出的技术要求,支持高速多媒体业务、分组数据和IP接入等。但它们在技术实现、规范标准化、网络演进等方面都存在较大差异。
WCDMA和CDMA2000各有优势和缺点。WCDMA技术较成熟,能同广泛使用的GSM系统兼容;相比第二代通信系统能提供更加灵活的服务;而且WCDMA能灵活处理不同速率的业务。其缺点是只能共用现有GSM系统的核心网部分,无线侧设备可以共用的很少。
CDMA2000的优势是可以和窄带CDMA的基站设备很好地兼容,能够从窄带CDMA系统平滑升级,只需增加新的信道单元,升级成本较低,核心网和大部分的无线设备都可用。容量也比IS-95A增加了两倍,手机待机时间也增加了两倍。缺点是CDMA2000系统无法和GSM系统兼容。
1.WCDMA与CDMA2000的物理层技术比较
WCDMA和CDMA2000物理层技术细节上有相似也有差异,由于考虑出发点不同,造成了不同的技术特点。WCDMA技术规范充分考虑了与第二代GSM移动通信系统的互操作性和对GSM核心网的兼容性;CDMA2000的开发策略是对以IS-95标准为蓝本的窄带CDMA的平滑升级。
(1)这两个标准的物理层技术相似点可以归纳为以下几点:
①内环均采用快速功率控制。CDMA系统是干扰受限系统,因此为了提高系统容量,应尽可能的降低系统的干扰。功率控制技术可以减少一系列的干扰,这意味着同一小区内可容纳更多的用户数,即小区的容量增加。因此CDMA系统中引入功率控制技术是非常必要的。
②系统都支持开环发射分集,信道编码采用卷积码和Turbo码。
③系统均采用软切换技术。所谓软切换是指移动台需要切换时,先与新的基站连通再与原基站切断联系,而不是先切断与原基站的联系再与新的基站连通。软切换只能在同一频率的信道间进行,因此模拟系统、TDMA系统不具有这种功能。软切换可以有效地提高切换的可靠性,大大减少切换造成的掉话。
④WCDMA工作频段:1900~2025MHz频段分配给FDD上行链路使用,2110~2170MHz频段分配给FDD下行链路使用,2110~2170MHz频段分配给TDD双工方式使用。其中WCDMA和CDMA2000利用1900~2025MHz频段(上行),2110~2170MHz(下行)。
(2)两个标准的物理层技术差异可以归纳为以下几点:
①扩频码片速率和射频带宽。WCDMA根据ITU关于5MHz信道基本带宽的划分规则,将基本码片速率定为3.84Mcps。WCDMA使用带宽和码片速率是CDMA2000-1X的3倍以上,能提供更大的多路径分集、更高的中继增益和更小的信号开销。CDMA2000分两个方案,即CDMA2000-1X和CDMA2000-3X两个阶段。CDMA2000系统可支持话音、分组数据等业务,并且可实现QoS的协商。室内最高数据速率达2Mbit/s,步行环境384kb/s,车载环境144kb/s。CDMA2000在前向和反向CDMA信道在单载波上采用码片速率1.2288Mcps的直接序列扩频,射频带宽为1.25MHz。
②支持不同的核心网标准。WCDMA要求实现与GSM网络的兼容,所以它把GSMMAP协议作为上层核心网络议;CDMA2000要求兼容窄带CDMA,因此它把ANSI-41作为自己的核心网络协议。
③WCDMA进行功率控制的速度是CDMA2000的2倍,能保证更好的信号质量,并支持多用户。
④为了使支持基于GSM的GPRS业务而部署的所有业务也支持WCDMA业务,为了完善新的数据话音网络,CDMA2000-1x需要添加额外的网元或进行功能升级。
2.WCDMA与CDMA2000网络接口的比较
3G标准的基本目标是能在车载、步行和静止各种不同环境下为多个用户分别提供最高为144kbit/s、384kbit/s和2048kbit/s的无线接入数据速率。为多个用户提供可变的无线接入数率是3G标准的核心要求。CDMA2000可分别用于900MHZ和2GHZ两个频段CDMA2000的码片速率与IS-95相同,两系统可以兼容。WCDMA的码片速率为3.84Mcps,显然WCDMA系统中低速率用户或语音用户的移动台成本会大幅上升,在CDMA2000系统中则不会如此。
WCDMA的接口标准规范、制定严谨、组织严密,而CDMA2000的接口标准严谨性有待加强。IS-95厂家设备难以互通,给运营商设备选型带来了较大问题;3G许诺的高速无线数据服务必须可以和话音一样实现无缝的漫游,这是至关重要的。多媒体信息要漫游、视频通话也要漫游,没有这些基本要素,3G就不能称其为3G。漫游涉及到的不仅仅是技术问题,更重要的是商业利益。在这方面WCDMA显然更胜一筹,它支持全球漫游,全球移动用户均有唯一标识,而CDMA2000尚不能很好做到这一点。
3.WCDMA和CDMA2000网络演进的比较
(1)WCDMA的网络演进技术
现有的GSM系统利用单一时隙可提供9.6kbit/s的数据服务。如果复用多个时隙就能升级为HSCSD(高速电路交换数据)方式;此后出现了GPRS(通用分组无线业务),首次在核心网中引入了分组交换的方式,可提供144kbit/s的数据速率。接着继续升级采用8PSK调制,这样传输速率可以上升至384kbit/s这就是EDGE;WCDMA的数据传输速率将高达2M/s。
(2)CDMA2000网络演进技术
主要的CDMA2000运营商将来自现在的窄带CDMA运营商。窄带CDMA向CDMA2000过渡的方式为IS-95AIS95BIS-95CIMT2000。IS-95A的数据传输速率为14.4kbit/s,为了提供更高的速率,1999年部分厂商开始采用IS-95B标准,理论上支持115.2kbit/s的速率。IS-95C进一步使容量加倍,最后升级为CDMA2000。
窄带CDMA系统向CDMA2000系统的演进分为空中接口、网络接口及核心网络演进等方面。
①目前窄带CDMA系统的空中接口是基于IS295A,其支持的数据速率为14.4kbit/s,由IS295A升级到IS295B,可支持64kbit/s。
②窄带CDMA网络接口的演进主要指窄带CDMA系统A接口的升级和演进。对于窄带CDMA系统,以前其A接口不是规范接口(即不是开放接口),窄带CDMA和GSM的A接口的规范相比较,GSM是先有A接口标准,然后厂家依据标准开发;窄带CDMA是厂家各自开发,然后广泛宣传,最后凭借自身影响修改标准。
③窄带CDMA的核心网在美国经过多年发展后,从IS241A到IS241B到IS241C,我国CDMA试验网和红皮书以IS241C为基础,IS241D规范在1999年底,目前IS241E规范还未正式。
三、WCDMA和CDMA2000在我国的前景
对3G标准的选择不仅要看其技术原理及成熟程度,还要结合本国国情、市场运作状况等因素进行考虑。按目前的进展来看,两种标准最后不能融合成一种,但可以共存。
在我国,GSMMAP网络已形成巨大的规模,欧洲标准的WCDMA在网络上充分考虑到与第二代的GSM的兼容性,在技术上也考虑了与GSM的双模切换兼容,向WCDMA体制的第三代系统演进,从一开始就解决了全网覆盖的问题。而且CDMA2000采用GPS系统,对GPS依赖较大;在小区站点同步方面,CDMA2000基站通过GPS实现同步,将造成室内和城市小区部署的困难,而WCDMA设计可以使用异步基站,运营者独立性强;对于电信设备制造行业,我国在GSM蜂窝移动通信方面发展成熟,而窄带CDMA系统尚未形成规模和产业。
WCDMA采用全新的CDMA多址技术,并且使用新的频段及话音编码技术等。因此GSM网络虽然可采用一些临时的替代方案提供中等速率的数据服务,却不能提供一种相对平滑的路径以过渡到WCDMA。而CDMA2000的设计是以IS-95系统的丰富经验为依据的,因此窄带CDMA向CDMA2000的演进无论从无线还是网络部分都更为平滑。在基站方面只需更新信道板,并将系统软件升级,即可将IS-95基站升级为CDMA2000基站。
由此可见,WCDMA和CDMA2000还将长时间在我国共存,鹿死谁手?尚未分晓。
参考文献:
[1]TeroOjanpera,RamjeePrasad.朱旭红译.宽带CDMA:第三代移动通信技术.北京:人民邮电出版社.
无线传输技术论文范文2
蓝牙计划基本上是一个无线传输的计划，不需要透过实质线路，在一定的距离范围内，可以传输可观的资料量，当然这种无线传输并不像行动电话那样数十公里内皆可传达，而是数十至数百公尺内的短距离无线传输。此外可传输的装置不限于手机，只要有装设蓝牙收发模块的装置都可以使用蓝牙传输，眼前的构想即是让其它的行动装置都可以使用蓝牙传输，包括PDA、笔记型计算机、车用装置等等。蓝牙计划的发起，主要是1998年5月，由Ericsson（爱立信，瑞典）、Intel（英特尔，美国）、NOKIA（诺基亚，芬兰）、IBM（国际商务机器，美国）、TOSHIBA（东芝，日本）等五家公司，共同组织一个“特别参与组织（SIG，SpecialInterestGrou）”称为BluetoothSIG，以此组织来制定一套短距离的无线传送、接收的技术规格。
二、浅谈蓝牙技术
蓝牙计划虽是1998年开始，但是蓝牙的技术根基却来自1997年制订完成的无线局域网络通讯协议：IEEE-802.11。
蓝牙基本上也是运用射频（RF）方式进行无线通讯，至于使用的频带范围，则是使用2.45GHz，这个无线电频带是全世界共同开放、不受法令限制的频带，举凡工业、科学、医疗（ISM，Industrial/Scientific/Medical）、甚至微波炉等都是使用2.45GHz的频带。
由于这个频带被广泛使用了，那么使用此频带进行通讯，绝对是很容易收到干扰的，因此蓝牙规格被设计成可跳频通讯，能够在一秒钟内进行1,600次的跳频动作，此这样的动作避免其它通讯的干扰。由于每秒1,600次的快速跳频，这也使得蓝牙无线收发的数据封包不能太长，否则不能满足如此频繁的跳频次数，所以蓝牙短封包、快速跳频的特性，也使其无线传输能抗干扰、更稳定通信。
蓝牙规格已经正式公布v1.0版，规格方面算是踏出成熟的第一步，接下来就是商品化、投入实际制造的阶段。而要让蓝牙迅速普及，就是在既有的用途装置上，追加设计蓝牙功能即可，以节省开发时间与成本，为此蓝牙射频模块就成为非常重要的一项零组件。
蓝牙射频模块一方面要够便宜，才可能快速普及，另一方面也要够小巧，才能适用于所有的需求装置上，目前专家推估射频模块的成本必须低于5美元才能普及，而各家公司也正加紧将射频模块设计地更精小、更便宜中。
三、蓝牙技术的应用
蓝牙由于具有1-2Mbps、10-100公尺的无线通讯能力，因此蓝牙技术可以舒缓若干问题，例如可以直接利用蓝牙的高速数据传输率来传输语音，等于是把蓝牙通讯当成无线电话的功能。
另外对于小公司、小环境等，也可以省去布设实质线路的成本，以及后续线路维护的困扰。还有蓝牙可以指定隔绝与通行的通信功能，也等于可以建立无线的LAN环境、小族群通讯环境。
四、蓝牙技术的展望
（一）蓝牙收发话器对健康的好处。由于手机有高功率的电磁波，据报导证实电磁波会对人体造成伤害，所以有了蓝牙，你将可以把一个小小的蓝牙附件装在你的大哥大，然后把收发话器戴在你的耳朵(由于蓝牙应用的是低功率，所以不会对人体有任何伤害)。准备好了以后，你就把你的大哥大放在口袋里讲电话，不必把电话紧贴的脸，甚至按下收发话器上的按钮就可以直接接听来电。
（二）比一般传统式红外线传输更快，且不用对准两个传输端口成一直线。蓝牙科技在传输方面的好处就是，它能够允许两个装置，在不排成一直线的状态下，还能够以无线的方式传送数据。不像红外线传输最大的缺点是，你必须对准两个传输端口成一直线才有办法传送数据。蓝牙传输甚至无视于墙壁、口袋、或公文包的存在而可以顺利进行。蓝牙的数据传输速度比红外线传输还要快，每秒钟高达1MB
（三）手表可自动对时间，无线下载Mp3。只要将来手表有内建蓝牙且有Mp3拨放功能，这样一来将可自动设定为标准时间，且可很方便的随时从计算机传输歌曲。
（四）其它还有很多很多，只要现在是要接线的，都有可能会被蓝牙所应用。蓝牙技术一旦普及，相信对通讯方式、产品设计、生活方式等都会有巨幅的冲击，甚至很难想象冲击的程度。不过就现阶段而言，蓝牙可能带来的便利却是可以想象的，各位可以想象家里安装一个蓝牙收发基地台，家中的计算机、电话、传真机都不用实际接线，就可以互通或连外。在公司内外务人员赶时间，只要在蓝牙收发范围内都可以传送数据，例如咖啡厅、车站等都可以。此外仓库的盘点盘查，只要带个PDA，仓库内设有蓝牙基地台，马上可以跟全省各地的仓库进行盘点加总，当然，蓝牙基地台后面有接往Internet，或是以公司专线，或VPN方式连接。另外数字相机拍完的相片，只要接近笔记型计算机就可以回传，省去记忆卡的插拔，既有计算机外设装置也都可以无线化，无线打印机、无线键盘、鼠标、摇杆。还有家中、公司都设有蓝牙基地台，则一支具有蓝牙功能的手机，在家就可以跟居家无线电话一样使用，而且是付居家电话费，在公司则变成自己的办公分机，公司替您付电话费，而在外出时就跟一般行动手机一样使用，这样真正落实一人一机终生用的理想，这种方式也被人称为三合一电话，即是居家、办公、行动电话三者合一。
五、结束语
蓝牙技术一定会飞速发展，但仍然有一些应用的细节问题需要解决，如相邻设备之间为防止信息误传和被截取，必须要用户提前设置对应频段等，严重影响蓝牙技术产品面市的速度。但相信随着一个不断完善的发展过程，蓝牙技术会为我们的未来家居和办公带来不仅仅是方便一点的革命。
参考文献：
[1]NathanJ.MullerBluetoothDemystified（影印本）.人民邮电出版社。
[2]金纯，许光辰，孙睿.蓝牙技术.电子工业出版社。
[3]井雅，徐晓东，吕志虎.蓝牙协议模型及应用.现代通信技术，2001.3。
无线传输技术论文范文3
关键词：实时监测；环境参数；控制台
1 引言
随着可再生能源技术的发展，在最近几年太阳能光伏发电系统得到了比较广泛的应用。但是目前影响太阳能系统输出参数的因素很多，主要的外部环境参数为温度、表面风速和照度。温度是光伏系统的重要参数之一，在给定光强下，光伏电池工作温度的升高影响电池的输出功率[1]。因此对温度的采集和 检测在光伏发电系统中显得尤为重要。光伏发电系统的环境风速会影响到光伏发电组件的表面热量散发，因此对风速的采集和监控也是需要的。对于照度的监控，能很好的监控组件工作状况，防止“热点效应” [2]的产生。
本文设计了一种自动的、可以实时检测、记录以及传输的太阳能光伏发电系统的数据检测装置，该装置不仅可以实时检测光伏发电组件的环境参数，而且可以把采集到的参数通过无线传输发送到远程的控制台，进行记录处理分析。
2 系统构成及硬件部分
2.1 系统构成
系统主要包括电源模块、数据采集模块、数据处理模块、显示模块、无线通信模块，系统框图如图1所示。太阳能光伏发电系统的数据采集模块使用多个传感器采集太阳能光伏发电系统的光伏发电组件的温度、风速、照度；数据处理模块，控制多个传感器进行数据采集并处理传感器采集的数据；无线通信模块，执行太阳能光伏发电系统的数据检测装置与通信基站的无线通信，传输采集的数据；电源模块为上述各模块提供电源。
2.2 硬件结构及工作过程
数据采集模块包括温度传感器，风速传感器和照度传感器。温度传感器包括美国AD公司生产的集成接触式传感器芯片AD590信号放大器，AD590的测温范围为-55℃～+150℃。AD590将外部温度信号转换为模拟电流信号，接着信号放大器将电流信号转换成电压信号并自动调整信号的增益大小。风速传感器采用了脉冲式风速传感器，脉冲式风速传感器体积小、质量小、原理简单，同时能够将风速模拟量直接转换成电子脉冲数。
数据处理模块采用德州仪器（TI）公司的LM3S1138微处理器，该微处理器可以对采集来的温度和照度数据进行A/D转换，并经行数据比较和BCD码转换，最后可以在显示模块上显示出当前的温度、风速以及照度的数值。微处理器还可以控制采样的周期，设定报警的上限，一旦采集到的数据超过报警的上限时，即发出报警信号。该微处理器还可以按照用户定义的数据格式打包，并发送到无线通信模块的缓存中去。显示包括四个键，这4个按键可以对微处理器进行参数和报警上限的设定。
无线通信模块采用索尼爱立信公司的G64无线传输模块，G64可以将数据处理模块发送过来的数据包封装，通过GPRS接入Internet，传入监控中心。监控中心的终端对接收来的数据包解析，还原，并由PC机执行相关的处理，如记录下一周期内的温度，风速，照度的变化曲线，定期进行数据库更新等等。监控中心的终端还可以通过Internet和无线网络对太阳能光伏发电系统的数据监测装置经行远程设定。
数据采集模块采集太阳能光伏发电系统的温度、风速、照度参数，并且把这些参数传送到数据处理模块，数据处理模块对这些参数滤波，A/D转换后打包发送到无线通信模块的缓存中，无线通信模块把这些数据包通过现有的无线网络罗如GSM，CDMA，WCDMA，TDSCDMA发送到各个基站，进而再传送到控制台，对这些数据进行记录分析，当采集到的数据超过所设定的参数时，还可以发出报警信号。
3 软件设计
在采集过程中，传感器的输入模拟信号经前段信号处理之后送至C8015F320的引脚上，经过ADC转换为数字信号。单片机片外有8个45DB321C芯片组成一个32MB的Data flash 存储器，采集到的数据不断地通过SPI接口送到45DB321C芯片中存储。
4 总结
本论文设计了一种太阳能电站使用的太阳能光伏发电系统的数据监测装置，该装置包括数据采集模块，数据处理模块，无线通信模块，电源模块。本装置可以把数据监测由原来人工手持式监测为自动实时监测，大大提高效率，采集的数据可以通过无线网络发送到各个计算机终端，进行记录分析，使得工作人员可以在任意地方都能随时了解到太阳能光伏发电系统的工作状况，对于产生的问题可以及时处理，符合国家职能电网建设中，免维护、可控、可视等要素的要求。
参考文献：
[1] 赵 为.太阳能光伏并网发电系统的研究[J].合肥工业大学学报，2010（4）：101-103.
无线传输技术论文范文4
[关键词]指纹传感芯片指纹识别系统ZigBee无线网络
[中图分类号]TP39[文献标识码]A[文章编号]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
目前广泛应用的嵌入式指纹识别系统主要由指纹识别传感器和嵌入式处理器完成指纹信息的采集、分析和比对来实现身份认证,进而通过串口与上位机通信实现身份认证信息的综合管理,是一种集中式指纹采集系统。本文将提出一种基于ZigBee无线网络的指纹识别系统的设计与实现,其原理如图1所示[1]。本系统每个节点为一个独立的嵌入式指纹识别设备,各个节点通过ZigBee协议进行无线网络连接,每个节点的指纹身份认证信息通过ZigBee无线网络传到ZigBee中心节点最后通过RS232由上位机进行身份认证信息的综合处理。本系统适合于指纹采集分散的场合,例如人数多和采集地点分散的考勤系统可以采用这种模式。
2 ZigBee无线网络协议
ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据传输率、低成本、低复杂度的无线网络技术。ZigBee网络包含协调器、路由器和终端设备三种协议设备,可构成网状网络,最多可支持65536个节点,ZigBee网状网络如图2所示[2]。ZigBee网络可以工作在2.4GHz、915MHz和868MHz三个工作频带,工作在2.4GHz频带的数据传输率为250Kb/S,节点间传输距离可以达到100米的范围。与其他无线协议相比,ZigBee无线协议的复杂度低,降低了资源要求,ZigBee协议栈一般为4KB-32kB,由网络协调器节点
容纳网络内所有节点的设备信息、数据包转发表、设备关联表、与安全有关的密钥存储等,各节点可由8位微控制器实现ZigBee协议层。对于指纹采集系统的身份认证信息可由ZigBee节点以接力方式传送到ZigBee中心节点进而传给上位机进行综合处理。
3 指纹识别节点的设计
3.1 指纹识别节点的工作原理
本系统的指纹识别节点采用双片结构[3],是由两片嵌入式处理器构成的两个小系统结合而成。一个系统是以高性DSP为核心配以存储器、指纹传感器构成,完成指纹信息采集、算法处理、模板存储等需要较大运算量和存储量的功能的指纹识别模块;另一个系统以MCU为核心配以ZigBee RF无线收发器和天线构成的身份认证信息无线传输模块,MCU通过SPI总线和ZigBee RF收发器连接,MCU作为SPI主控器件实现ZigBee协议层,ZigBee RF收发器作为从动器件和天线共同实现节点间信号的传输。两个系统间以串行接口来完成状态和信息的传输,其结构如图3所示。
3.2 指纹识别节点的硬件结构与软件设计
3.2.1 指纹识别模块
采用AuthenTec公司的AES2510为指纹传感器,该传感器采用超小型48脚BGA封装。其体积仅为13. 5mm×5mm×1.3mm,其感应区为 9.7mm×0.81mm,192×16阵列。电压为2.5V时,工作在图像采集模式下该传感器的电流消耗为35mA;工作电压为2.4～3.6V,寿命可达100万次。传感器还能够每秒捕获多达240帧图像,分辨力为500ppi。多种接口方式,由IOSEL0和IOSEL1引脚决定所处的接口方式。并可自动检测手指的状态[4]。采用TMS320VC5507-200(BGA封装)作为指纹识别的处理单元,TMS320VC5507-200是TI公司生产的高性能、低功耗DSP,最高时钟频率为200MHz,具有64K×16-Bit片内RAM(64KB的DARAM+64KB的SARAM)和32K×16-Bit片内ROM,最大可支持8M×16-Bit片外SDRAM和4M×16-Bit片外Flash扩展。C5507-200还具有丰富的片内外设,这些特点足以胜任指纹识别算法的高性能要求。当AES2510配置为192×16阵列、500ppi和4bit灰度等级时指纹采集图像约1.5KB,考虑到诸如指纹考勤系统类型的应用要求存储指纹模板多的情况,应扩展片外Flash进行存储,本系统采用3片K8P1615UQB Nor Flash扩展3M×16-Bit片外Flash扩展,大约可以存储4000个指纹模板。由于指纹识别算法的固件程序大约100KB左右,指纹图像约为1.5KB, C5507-200有128KB片内RAM故无需扩展片外SRAM或者SDRAM。指纹识别模块电路原理图如图4所示。
指纹传感器AES2510的IOSEL0和IOSEL1引脚接低电平,使其工作在并口模式下,C5507片选AES2510后对其进行复位或初始化操作,AES2510开始自动进行指
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纹检测,当AES2510检测到手指在传感器有动作后就向C5507发出中断,C5507通过低8位数据线对AES2510扫描的指纹信息进行采集,DSP获取指纹信息后进行比对和身份认证,最后通过串口将身份认证信息传给身份认证信息无线传输模块。C5507对AES2510有指纹信息的读取和状态寄存器的配置操作,C5507的A0引脚与AES2510的A0引脚相连,当A0为0时C5507通过总线读取AES2510扫描的指纹信息,当A0为1时C5507通过总线对AES2510的状态寄存器进行读取和配置。C5507对AES2510初始化主要包括对AES2510寄存器的初始化、传感器采集方式、A/D、Gain等的设置。指纹识别模块工作的软件流程如图5所示。
3.2.2 身份认证信息无线传输模块
该模块采用Microchip公司的PIC18LF4620单片机和MRF24J40无线收发器构成,身份认证信息无线传输模块硬件结构如图6所示。
如图中所示,PIC18LF4620通过 SPI 总线和一些离散控制信号与RF收发器相连。PIC18LF4620充当SPI主控器件,MRF24J40收发器充当从动器件。控制器实现IEEE 802.15.4 MAC层和ZigBee协议层,MRF24J40和天线相连完成RF信号的收发。TMS320VC5507完成指纹信息比对后,向PIC18LF4620发送中断(通过INT1),将比对信息通过串口发送到控制器后经身份认证信息无线传输模块传送到上位机进行后处理。
3.2.3 指纹识别节点的软件设计
无线指纹识别节点主要由DSP+ AES2510的指纹识别模块和MCU+ MRF24J40的无线传输模块的双片系统构成,以无线传输模块作为主模块,指纹识别模块每获得比对结果后就向无线传输模块发送INT1中断请求信号,无线传输模块响应中断后将DSP比对指纹的认证信息取走,进而启动无线传输将身份认证信息传向下一个节点。无线传输模块在收到上一个节点传来的信息后由RF收发器通过向自己节点的控制器发出INT0中断请求,控制器响应后根据路由信息选择下一个ZigBee节点并启动无线传输,
直至将身份认证信息发送到上位机。其软件工作流程如图7所示。
4 结语
本文的基于ZigBee网络的无线指纹识别系统采用双片系统设计。由TMS320VC5507+AES2510构成的指纹识别模块进行指纹信息的采集、比对等,本系统的AES2510采集图像约1.5KB共可以存储4000多个指纹模板,适合采集人员多和采集地点分散的情形,指纹认证信息经由PIC18LF4620+MRF24J40构成的无线传输模块在ZigBee网络中传输,ZigBee无线网络具有低成本和低功耗的特点,传输距离最大可达100米,适合人员多和采集地点分散的应用场合。故本系统可以作为大中型企事业单位考勤系统的解决方案。
[参考文献]
[1] 顺舟科技Z-BEE无线产品技术手册.
[2] AN965 Microchip ZigBeeTM协议栈.
[3] 张春晖.《DSP平台小型嵌入式指纹识别系统》.吉林大学硕士研究生论文,2006.
无线传输技术论文范文5
关键词：ATMEGA16，温度，监控系统，DS18B20，NRF905
1 引言
温度是物联网家居系统中一个十分重要的物理量，对它的测量与控制有十分重要的意义。随着各类物联网家居的监控日益改善，各类器件的温度控制有了更高的要求，为了满足人们对温度监控与控制，本文设计了物联网家居系统中基于NRF905的多路无线温度监控系统
随着信息科学与微电子技术的发展，温度的监控可以利用现代技术使其实现自动化和智能化。多路无线温度监控系统就是朝着这一目标进行设计的。本次设计要求利用单片机及无线传输模块实现无线温度监测系统。其中温度数据无线传输利用Nordic VLSI公司生产的NRF905无线传输模块实现。要求完成整体方案设计及硬件和相关软件设计，并完成无线传输模块的调试，要求能实现多路温度信号的远距离传输，并且实现温控范围调节及其超温范围报警。
2 温度采集监控系统的技术要点
由于本系统是一个实时监控的系统，对温度的采集控制是实时的，所以温度采集的时间间隔，数据发送接收的时间差，单片机与PC机之间数据的传送速度以及上位机程序对数据的分析处理是本系统的关键。通过对温度传感器，无线模块的优化选择，实现单片机与PC机通过高速USB接口进行通信及对上位机代码的优化实现本系统的实时监控功能，同时还要考虑的是温度传感器的各个参数，无线模块的参数，以及硬件电路的优化搭建问题。
3 硬件电路的搭建及软件设计
为了使系统能够最优化的工作，系统的硬件器件选择将是十分重要的问题。
（1）温度传感器的选用：
系统是做温度监控的，首要的工作就是如何选取温度传感器，正确的选择温度传感器对系统的性能和价格有着重大的影响。就温度传感器的温度测量范围、精度、响应时间、稳定性、线性度和灵敏度.等几个因素的比较分析，本系统选用的是美国DALLAS半导体公司生产的DS18B20温度传感器。选用该传感器的原因有：
①DS18B20与微处理器仅需要一条线即可实现双向通讯，简化连接难度；
②无需其他的AD转化器件，降低成本，也减少了硬件制板的费用；
③可供使用电压范围大：3.0V到5.5V都可以使用，器件的功耗较低；
④测温分辨率高，最高可达0.125度，便于温度精确控制；
⑤支持多点测试，多个DS18B20可以并联在一根线上，实现多点测温;
（2）无线模块的选用：
本系统是多点监控，同时他的数据传输是通过无线传输的，所以无线传输模块的需要支持多点的数据的传送。考虑稳定性，传输数据的速度，错误率等方面，本系统选用的是NRF905无线数据传输模块，选择该模块的原因有：
①433MHZ开放ISM频段免许可证使用，无需额外申请频段；
②传输速率高，最高数据传输速率可达50KB，满足实时监控的需要；
③自带有CRC纠错功能，抗干扰能力强。所需电压仅3.3V，功耗低；
④125个频道，支持多点通信，满足系统多点监控的需要；
（3）主控芯片选用
ATmega16是ATMEL公司推出的一款基于AVR RISC构架的低功耗CMOS的8位单片机。ATmega16在16MHz时有16MIPS的运算速度，具有两周期硬件乘法器，从而使得设计人员可以在功耗和执行速度之间取得平衡，且非易失性程序和数据存储器资源较大能满足程序代码设计需要。外设资源丰富：2个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时/计数器；一个独立预分频器和比较/捕捉功能的16位定时/计数器；支持4路PWM输出、8路10位ADC。支持TWI接口、USART、SPI接口多机通信满足扩展功能的需要。（4）其他外围器件
USB与PC机通信中USB控制芯片PDUSBD12,显示模块1602，报警蜂鸣器等。。
3.1 系统的硬件连接方法
硬件方面主要由两部分组成，温度采集发送部分和数据接受分析控制部分。
3.1.1 温度采集发送部分
主要的连接器件有NRF905无线数据传输模块，DS18B20温度传感器采集模块，1602显示模块，报警模块，及温度异常处理模块。其连接方法如图3.1.1所示。主控芯片M16通过SPI总线协议向无线模块发送配置信息，使其工作初始化。温度传感器与M16的连接使用的是单总线协议，来采集温度。显示芯片1602来显示采集到得温度，同时使用蜂鸣器作为报警装置，当温度有异常时单片机会控制加热设备或降温设备来对异常进行处理。
3.1.2 数据接收分析控制部分
主要的连接器件有无线数据传输模块，USB传送模块，和PC机构成。其电路连接如图3.1.2所示。同样主控芯片M16通过SPI总线协议向无线模块发送配置信息，使其工作初始化。接收到温度后通过PDUSBD12芯片利用USB协议将数据发送到PC机上，可以直接在VC界面上显示。PC机可以自动分析数据是否存在异常，当存在异常时，PC发送控制信号来远程控制加热或降温设备对异常进行处理，同时发出报警信号，这样可以将危险降到最低，实现自动化与智能化。
3.2 软件程序的设计
由于系统由两个模块构成，所以软件程序的设计也分为温度采集发送模块程序设计和数据接受分析控制模块程序设计。
3.2.1 温度采集发送模块
主要需要设计的程序有NRF905的内部寄存器配置，温度传感器温度采集程序，液晶显示模块程序，报警系统程序。。程序流程图如图3.2.1：
3.2.2 数据接受分析控制模块
主要需要设计的程序有NRF905的内部寄存器配置，USB模块的驱动编写，上位机程序的建立，由于篇幅有限，源代码及流程图不再给出。
4 系统的工作流程
本系统主要由两个模块组成，温度采集发送模块和数据接收监控模块。
4.1 数据采集发送模块
该模块的主要功能是采集温度和发送数据。主控单片机发出命令开始有DS18B20进行温度采集，温度传感器将采集到的温度传回主控芯片，在1602上进行显示，然后主控芯片通过SPI总线将数据传送给无线发送模块NRF905，由无线发送模块将数据发送出去。同时主控芯片会检测温度是否异常，当温度出现异常时会发出报警信号，同时启动异常处理模块。。具体工作流程如图4.1.1：
4.2 数据接收监控模块
该模块的主要功能是接收和处理数据，由单片机控制无线模块接收数据，同时控制USB模块将数据发送到PC机上去，PC机接收到温度后会对温度进行分析处理，当温度由异常时，会发出报警信号，同时通过将控制指令发送至单片机，通过无线模块来远程控制异常处理模块执行工作，从而实现异常自动处理和双报警，从而最大限度的确保被监控地的预警和安全。具体工作流程如图4.2.1：
5 硬件调试结果及结束语
对本系统进行远距离具体温度测试有，经数据对比发现实地温度采集与上位机显示数据完全吻合，且能实现实时温度监控。同时可以通过PC机对单片机进行远程控制，性能稳定。
本系统采用的数据传输是通过无线技术实现的，不仅仅可以用在物联网家居上，还可以在很多环境条件恶劣，且不容易铺设电缆的地方使用，同时移动起来比较方便，在不久的将来会有更大的利用价值。
6 参考文献
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无线传输技术论文范文6
【关键词】单片机；能量传输；LC谐振；数据传输
1.引言
电能的传输长期以来主要是由导线直接接触进行传输，电器设备通过插头和插座、开关、继电器等接触器获得电能。随着用电设备对供电品质、安全性、可靠性、方便性、及时性等要求的不断提高，还有特殊场合、特殊地理环境的供电，使得接触式电能传输方式，越来越不能满足实际需要。因此无线电能传输越来越受到人们的关注，并被美国《技术评论》杂志评选为未来十大科研方向之一。
2.论文目标
本设计要实现能量的无线传输，主要由主控单片机模块、电源控制模块、发射模块、接收模块组成。发射模块和接收模块通过电磁感应实现能量的无线传输。改变电源模块的输出电压，使发射模块得到不同的输入电压，从而改变接收模块上5个LED灯的亮度。
3.总体方案设计
本系统主要由发射模块和接收模块组成，发射模块如图1所示，它包含了电源处理电路，发射电路电压控制模块，发射电路，解调电路，显示模块等电路。接收模块如图2所示，它包含了LC谐振电路，滤波电路，稳压电路等模块。
图1 能量发射模块
图2 能量接收模块
4.硬件电路设计
4.1 主控单片机模块
该设计采用两款单片机，PIC16F877单片机和AT89C2051单片机，PIC单片机可对采样电阻进行实时电压检测，送给单片机进行AD转换，并且通过计算即可得出功率，最后显示在液晶屏上。通过改变lm317的输出电压，为发射模块提供不同的电压值，从而使接收端可以得到不同的电压，进而改变LED灯的亮度。通过UART对解调回来的波形进行解调，识别，从而实现发射模块和接收模块的相互通信。ATC2051作为载波发射器输出184k载波送给发射模块，用这种方式产生的载波稳定性较好。
4.2 调制发射电路
由于近距离无线通信采用线圈谐振的方式传递能量、发送和接收数据，调制我们采用ASK的调制方式，这种方式在电路上较容易实现而且硬件电路相对来说比较简单，由此该模块电路主要由驱动电路和检波放大电路组成。AT89C2051单片机输出的信号经驱动电路后加到LC谐振回路上，实际使用中需调整LC的谐振频率与AT89C2051单片机产生的信号频率一致。在L与C联接端得到30V左右的谐振电压，使电感线圈L产生较高的电磁场，为接收模块提供能量。
LC谐振电路频率计算公式：
（5-1）
高频载波驱动电路如图所示，ATC2051产生184KhzPWM方波作为输入信号CLK，经U1A和U1B（7404数字集成电路）的缓冲，Q1（IRF9640）和Q2（IRF640）组成乙类功率放大器，为LC串联谐振回路提供激励信号。Q1、Q2选用MOS管。利用开关二极管D1对载波信号进行整流，以便得到正半周信号。
图3 载波驱动电路原理图
4.3 接收检波放大电路设计
接收模块通过通讯线圈回路的通断实现对发射模块谐振回路衰减系数的调制，从而将数据信号传送给发射模块，因此在发射模块，需要由检波电路将调制信号进行解调。信号检波放大模块电路如图所示，C3、R1和D1组成二极管包络检波，滤掉载波信号，得到一定的直流电平及微弱的包络信号。为了提高检波性能，RC的取值依据系统通讯的最高波特率确定，同时载波对检波电路的要求，即满足的条件。考虑到检波对谐振回路的衰减，C2的取值不可过大，最终确定最终取R1为1M，C为100pF的电容。
（5-2）
RC=1×106×100×10-12
=100×10-6（s）>>0.24×10-6（s） （5-3）
由于解调后的信号幅值很小，需经多级放大后，才能将电平输出给单片机处理。C6、C5、R2、R3、U1C、U1D对包络信号进行放大。R4和C7组成一阶RC低通滤波，滤掉高频杂波（主要为通讯的载波）后，再由C8、R5、U1E放大后，经U1F整形后的调制信号，送给阅读器主控单片机进行解码。
图4 检波放大电路原理图
4.4 供电模块
供电电源为+12V，总共分两路输出：一路供给PIC单片机模块，用LM7805把它降成5V；一路为发射模块供电；发射模块采用LM317外接电路，通过IO口控制三极管的通断来产生不同的电压为发射模块供电。
如图5所示：LM317输出的电压是1.2V到3.7V，负载电流最大为1.5V。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。LM317内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。
图5 供电模块原理图
4.5 Nokia 5110液晶显示模块
该液晶具有以下特点：
（1）84*48的点阵LCD，可以显示4行汉字。
（2）采用串行接口与主处理器进行通信，接口信号线数量大幅度减少，包括电源和地在内的信号线仅8条。
（3）采用低电压供电，正常显示时的工作电流在200Ua以下。
（4）可以显示汉字，使要显示的信息更直观明了。
4.6 电流采样电路
电流采样电路采用一个1欧的电阻，然后经lm358放大电压，最后送到主控单片机进行AD转换，经过换算就可得能量发射模块的总电流。
4.7 接收模块电路
接收模块由LC组成并联谐振回路，无线接收发送端传送的能量，然后经1N5817二极管整流再通过电容滤波，再用7533-1稳压管进行稳压，最后再经过电容滤波，给然后给5个并联的LED灯供电。
4.8 接收模块的调制电路
调制电路由AT89C2051的TXD脚控制三极管的通断进而控制接收模块线圈的通断。这样就实现了通过耦合改变能量发射模块的谐振回路的Q值，从而实现了发射模块和接收模块之间的通信（数据传输和调制）。
5.软件设计
无线能量传输主要是由发射模块和接收模块组成。
图6 发射模块工作流程图
图7 接收模块工作流程图
6.调试
系统的调试过程一共可以分为三大部分：硬件调试、软件调试和系统联调。
6.1 硬件调试
在硬件调试过程中，我们采用分模块调试的方法，给各小模块上电，先用万用表测出供电模块的两路电压值，看是否正常。然后把其中的一路供给lm317，一路供给MCU。接着结合PIC单片机的按键控制lm317的输出电压值并加在LC振荡电路的两端，看LED灯是否能显示不同等级亮度。接收模块则直接用万用表的电流档串联接入LED，得出电流值。
通信方面，则采用ATC2051的串口和PIC的uart直接相连的方法，先测试看能不能相互通信，最后再加上调制电路和解调电路，看能否正常通信。
6.2 软件调试
软件的编写主要是nokia5110液晶的显示和两个按键的使用和PIC16F877中A/D的使用。在调试过程中，我们先把能量发送模块和能量接收模块直接连接，一块MCU用uart发送类似红外的编码，另一块MCU进行接收解析数据包，调试系统的通信模块。最后再加上调制电路和解调电路，实现发送模块和接收模块的无线通信。
7.系统测试
7.1 测试的方法
在测试中，按照设计的要求进行测试，首先上电，改变LM317调节端的电阻值，给发射模块提供不同的电压，然后接上电流检测模块，再连接MCU，最后在接收模块进行相关数据的检测和记录。对于电流和功耗的检测我们采用万用表串联检测的方法。
7.2 测试数据
表1 测得的系统数据
发射电压（V） 发射模块功率（W） 接收模块功率（W） 传输效率 传输距离（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.结论
本设计通过电磁感应实现了电能的无线传输，通过无线供电方式使接收模块的5个LED灯正常发光，在10mm时每个LED电流可以达到12mA，在30mm时每个LED电流可以达到10.5mA。液晶能够很好的显示发射模块的功耗和接收模块上5个LED的亮度等级，具有良好的界面，功耗误差也不超过±5%。通过按键可以切换LED不同等级的亮度。
本设计进一步完善之后可以用于医学检测，具有较高的商用价值。
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