近距离高速无线数据传输系统研究

摘要

当前冲击波测试的常用方法为引线电测法和存储测试法，它们都是基于有线连接的数据传输方式，在使用时存在弊端。引线电测法中，长电线会成为整个测试系统中的薄弱环节；存储测试法则无法实时监测系统状态，数据读取不方便。爆炸结束后，必须正确回收测试装置，并插上专用的读数电缆才能读取测试数据。随着近距离无线通信技术的迅速发展，将无线传输技术应用于冲击波测试已成为趋势。本文将传统的存储测试技术与新兴的无线通信技术相结合，设计了应用于冲击波测试的无线数据传输系统，力图以现场设备的无线化来解决有线电缆带来的诸多问题。 论文根据冲击波测试的设计要求，选择微功率无线通信技术为冲击波测试无线连接方式的解决方案。为满足测试数据高速传输的需要，本文选取nRF24L01为系统的高速无线收发芯片、USB为与计算机通信的接口、PIC单片机为中央控制单元，进而确定了系统的总体设计方案。整个无线传输系统由从控系统和主控系统两部分组成，其中从控系统与存储测试系统连接，主控系统与计算机连接，根据两者的结构特点，分别进行了射频电路设计、控制电路设计、接口电路设计以及供电电路设计。同时，为满足冲击波测试对通信距离的要求，又设计了功放电路。系统无线传输功能的实现离不开软件系统，本文分别对从控系统和主控系统进行了控制程序设计，设计了测试系统连接、上电、参数设定、测压自检、测速自检、调平衡、读取测试数据等子程序，并提出了两种对测试数据处理的方案。论文最后将设计的无线传输系统与存储测试系统联调，进行了控制指令以及测试数据的无线传输实验，同时还对系统的平均传输率和传输距离进行了测试。测试结果表明：设计的近距离无线数据传输系统能够应用在小当量的冲击波测试中，可实现200米范围内测试数据的可靠无线传输，传输率为450Kbps。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1本课题的研究背景及意义

1.2近距离无线通信技术的现状与发展趋势

1.3本文所研究的内容及主要工作

1.4本章小结

2无线通信系统的基本结构

2.1 FSK调制的相关理论

2.1.1 2FSK调制原理

2.1.2 2FSK调制系统的误码率

2.2发射机和接收机

2.2.1发射机

2.2.2接收机

2.3主要结构单元

2.3.1放大器

2.3.2混频器

2.3.3振荡器

2.3.4滤波器

2.4本章小结

3冲击波测试的无线数据传输方案设计

3.1设计要求分析

3.2设计方案分析

3.2.1高速率数据传输方案

3.2.2延伸通信距离方案

3.2.3无线通信协议方案

3.3总体设计方案

3.3.1系统总体结构设计

3.3.2系统工作原理

3.4本章小结

4系统硬件电路设计

4.1射频电路设计

4.1.1 nRF24L01

4.1.2电路设计

4.1.3工作时序分析

4.2功率放大电路设计

4.3微处理器控制电路设计

4.3.1微处理器

4.3.2 SPI通信原理

4.3.3控制电路设计

4.4接口电路设计

4.4.1存储测试系统与从控系统接口电路设计

4.4.2主控系统与PC机的USB接口电路设计

4.5电源设计

4.5.1从控系统电源设计

5系统软件设计

5.1主程序设计

5.2子程序设计

5.2.1连接测试系统模块

5.2.2测试系统上电模块

5.2.3工作参数设定模块

5.2.4测压自检模块

5.2.5测速自检模块

5.2.6调平衡模块

5.2.7静标读值模块

5.2.8等待时间设定模块

5.2.9无线部分下电模块

5.2.10读取测试数据模块

5.3本章小结

6系统调试与测试

6.1系统调试

6.2实验测试

6.3速度与距离测试

6.3.1传输速度测试

6.3.2传输距离测试

6.4本章小结

7论文总结及工作展望

7.1论文总结

7.2工作展望

参考文献

攻读硕士期间发表学术论文及参与课题情况

致谢