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遠程多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)數據傳輸系統的研制
目 錄
中文摘要………………………………………………………………………………………1
前 言……………………………………………………………………………………………1
1緒論…………………………………………………………………………………………………………1
１.１研究背景與意義……………………………………………………………………………………1
１.２無(wú)線(xiàn)通信及其應用…………………………………………………………………………………2
１.２.１無(wú)線(xiàn)通信的發(fā)展………………………………………………………………………………2
１.２.２無(wú)線(xiàn)通信的特點(diǎn)………………………………………………………………………………2
１.３本文的主要工作……………………………………………………………………………………2
2 遠程多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)………………………………………………………………………………3
２.１系統組成……………………………………………………………………………………………3
２.２多址接入方式………………………………………………………………………………………4
3 遠程多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)通信系統的設計與實(shí)現……………………………………………………………6
３.１系統設計面臨的問(wèn)題………………………………………………………………………………6
３.２設計要求……………………………………………………………………………………………6
３.３系統硬件的分析選擇………………………………………………………………………………7
３.３.１單片機性能分析……………………………………………………………………………7
３.３.２射頻收發(fā)模塊性能分析…………………………………………………………………9
３.４無(wú)線(xiàn)接入沖突的解決………………………………………………………………………………10
３.４.１權重篩選機制的系統結構…………………………………………………………………11
３.４.２權重篩選機制的實(shí)現………………………………………………………………………11
4 應用系統的實(shí)現………………………………………………………………………………………14
４.１系統概述……………………………………………………………………………………………14
４.２系統設計……………………………………………………………………………………………14
４.２.１硬件電路設計…………………………………………………………………………………14
４.２.２軟件設計……………………………………………………………………………………14
４.２.３通信協(xié)議……………………………………………………………………………………16
４.２.４軟件編程……………………………………………………………………………………16
４.３測試與分析…………………………………………………………………………………………18
結論……………………………………………………………………………………………18
參考文獻……………………………………………………………………………………………………19
英文摘要……………………………………………………………………………………………………19
致謝…………………………………………………………………………………………………………19
遠程多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)數據傳輸系統的研制
摘要： 近年來(lái)，隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通信的迅猛發(fā)展，各式各樣的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )己經(jīng)進(jìn)入了我們的日常生活。與有線(xiàn)通信系統相比，無(wú)線(xiàn)通信系統主要有建網(wǎng)快速、移動(dòng)方便、省去布線(xiàn)煩惱等優(yōu)點(diǎn)，可以為移動(dòng)用戶(hù)提供各種服務(wù)，因此當系統的可靠性達到要求并且建設成本可以接受時(shí)，無(wú)線(xiàn)技術(shù)成為人們的首選。
本文介紹的遠程多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)數據傳輸系統是以PC機為中心控制，用多個(gè)單片機作為下位機通過(guò)無(wú)線(xiàn)數傳模塊進(jìn)行通信。具體介紹了多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)數據傳輸的系統結構，講述了無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊與單片機和PC機的硬件接口設計、點(diǎn)對多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)通信系統軟件設計和實(shí)現方法以及ActiveX控件的使用方法，為無(wú)線(xiàn)通信系統的軟硬件設計提供了可靠的解決方案。為實(shí)現各種不同具體要求單片機之間的通訊提供了1種新的方法。
在遠程多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)數據傳輸系統的應用上，本文針對無(wú)線(xiàn)接入沖突的問(wèn)題提出了1種全新的解決遠程多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)接入沖突的方法。該機制基于無(wú)線(xiàn)跳頻技術(shù)和TDMA (Time Division Multiple Access)的思想，根據體現設備地址差異的權重不同來(lái)篩選無(wú)線(xiàn)接入的子站。
關(guān)鍵詞： 無(wú)線(xiàn)通信；單片機；串行總線(xiàn)；軟件設計；射頻技術(shù)
The Development Of Long-distance Multi-point Wireless Data Transfer System
Abstract： In recent years, with the rapid development of the wireless communication, diverse wireless networks emerge and win a great favor in our daily life. When compared with wire networks, the wireless ones show a great many merits, such as rapidly construct net, conveniently mobiled and avoiding the trouble of wiring , while providing all kinds of convenient and instant services to the mobile service customers. The wireless technology will become the first choice when the requirements to the system reliability have been achieved and the constructing cost has been reasonable.
The principle sketch of the multi-point wireless data transfer system of introducing in this article , the information of the hard interfaces among the wireless data transfer modules、the SCM (single chip machine) and PC were discussed, the designs of point to point wireless communication software and hardware were given,the use way of control was given too, and the solve project of wireless communication system design and a new method for the communication between SCMs that have various demands was provided.
In the more remote wireless data transmission system applications, this wireless access to the conflict made a new long-range multi-point wireless access solution to the conflict.The mechanism based on wireless forms of frequency hopping technology and TDMA (Time Division Multiple Access) and，according to the weight of different equipment to address differences in the selection of a wireless access point.
Key words: Wireless communication; SCM; Serial-bus; Software design; Radio technology
前言
近年來(lái)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信的方式傳遞數據發(fā)展特別快，它與有線(xiàn)相比主要有便于移動(dòng)、攜帶方便、可快速部署等特點(diǎn)。而本文研究的遠程多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)數據傳輸系統其實(shí)是1種無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)的結合，其中子站到基站之間的通信是無(wú)線(xiàn)的，而從基站到主站之間的通信是有線(xiàn)的。
[1]遠程多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)數據傳輸系統是以PC機作為中心控制站，控制數據的采集和現場(chǎng)環(huán)境的監控，完成命令的收發(fā)和數據信息的處理；而現場(chǎng)則以單片機和無(wú)線(xiàn)數傳模塊為核心構成現場(chǎng)數據采集系統，PC 機則通過(guò)有線(xiàn)和基站進(jìn)行數據通信。在中心控制站，采用在Windows環(huán)境下,通過(guò)VC++6.0中的MSComm控件實(shí)現軟件編程，單片機則采用運行效率較高的51 匯編語(yǔ)言，整個(gè)系統充分利用了單片機和PC 機的各自?xún)?yōu)勢，靈活的采用了無(wú)線(xiàn)數傳模塊,從而實(shí)現PC機和單片機之間的無(wú)線(xiàn)數據傳輸。
而本文就是通過(guò)對遠程多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)數據傳輸系統的研究來(lái)研發(fā)1種用于城市公交車(chē)系統的無(wú)線(xiàn)通訊平臺。雖然目前已經(jīng)有這樣的1個(gè)平臺了，但是它是基于GPRS的無(wú)線(xiàn)通訊系統,這對于我國絕大部分的地區城市來(lái)說(shuō)并不是1個(gè)好的選擇，因為這種產(chǎn)品的成本太高不適合我們是實(shí)際情況。因此本文的任務(wù)就是要研究1種運行成本低、工作可靠、容易實(shí)現的無(wú)線(xiàn)通信系統，給智能化公交管理系統提供1種新的通信平臺�；诔鞘泄卉�(chē)系統的固定線(xiàn)路的特殊性質(zhì)，我們使用單片機，PTR2000射頻模塊通過(guò)串口接口，軟件編程來(lái)實(shí)現單片機之間的無(wú)線(xiàn)通訊。使之用于城市公交車(chē)系統。
1 緒論
1．1 研究背景與意義
近年來(lái)，隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通信的迅猛發(fā)展，各式各樣的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )己經(jīng)進(jìn)入了我們的日常生活。與有線(xiàn)通信系統相比，無(wú)線(xiàn)通信系統主要有建網(wǎng)快速、移動(dòng)方便、省去布線(xiàn)煩惱等優(yōu)點(diǎn)，可以為移動(dòng)用戶(hù)提供各種服務(wù)，因此當系統的可靠性達到要求并且建設成本可以接受時(shí)，無(wú)線(xiàn)技術(shù)成為人們的首選。
遠程多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)數據傳輸系統是以PC機為中心控制，用多個(gè)單片機作為下位機通過(guò)無(wú)線(xiàn)數傳模塊進(jìn)行通信。具體介紹了多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)數據傳輸的系統結構，講述了無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊與單片機和PC機的硬件接口設計、點(diǎn)對多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)通信系統軟件設計以及ActiveX控件的使用方法，為無(wú)線(xiàn)通信系統的軟硬件設計提供了1種可靠的解決方案。
目前,雖然移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展很快，各種無(wú)線(xiàn)通信已發(fā)展很成熟，但是用于公交車(chē)系統的無(wú)線(xiàn)通信平臺都是基于GPRS的，這樣的話(huà)成本太高,不適合推廣。因此本文要通過(guò)研究基于單片機的射頻通信來(lái)完成1個(gè)無(wú)線(xiàn)通訊平臺，替代以前的高價(jià)的無(wú)線(xiàn)通信平臺。以達到穩定，快速，安全，價(jià)格便宜的目的。
１.２ 無(wú)線(xiàn)通信及其應用
１.２.１ 無(wú)線(xiàn)通信的發(fā)展 1897年Marconi在英格蘭海峽的1艘拖船與1個(gè)固定站之間完成了無(wú)線(xiàn)通信實(shí)驗，當時(shí)的距離為18海里。自那以后，全世界的人們都在不斷探索和研究無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信的方法和途徑。20世紀70年代己有少數的短距離無(wú)線(xiàn)射頻應用，控制車(chē)庫門(mén)的開(kāi)關(guān)就是其中之1。1個(gè)LC振蕩電路構成的發(fā)射機和1個(gè)接收機便組成了1個(gè)短距離的無(wú)線(xiàn)控制系統。但是這樣的系統頻率容易漂移，接口非常敏感，從而導致車(chē)庫門(mén)的開(kāi)關(guān)顯得10分隨機，控制不夠精確。同樣功能的系統至今還在使用，但是無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)已今非昔比�，F在我們可以利用無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)來(lái)實(shí)現遠程多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)數據的傳輸。而且這比起以前的利用GPRS的無(wú)線(xiàn)通信系統來(lái)說(shuō)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：穩定，快速，安全，價(jià)格便宜。
１.２.２ 無(wú)線(xiàn)通信的特點(diǎn) 無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )被看作是傳統有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的延伸，與之相比較，無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )有顯而易見(jiàn)的益處：
（1）移動(dòng)性：在無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )的有效范圍內，用戶(hù)可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )信息，不需要指定明確的訪(fǎng)問(wèn)地點(diǎn)，因此用戶(hù)可以在網(wǎng)絡(luò )中漫游。
（2）便捷性：設備安裝快速、簡(jiǎn)單、靈活，因為沒(méi)有線(xiàn)纜的限制，消除了大量安放線(xiàn)纜的繁瑣工作，用戶(hù)可以靈活地增加工作站或更改工作站的配置，而且無(wú)線(xiàn)通信的傳輸范圍可以到達許多線(xiàn)纜不能到達的地方。
（3）降低成本，減少投資：使用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )可以避免安裝線(xiàn)纜的高成本費用、租用線(xiàn)路的費用以及當設備需要移動(dòng)時(shí)所增加的相關(guān)費用，因此在頻繁移動(dòng)和變化的動(dòng)態(tài)環(huán)境中，投資回報很高。
（4）擴展能力強：無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )可組成多種拓撲結構，容易從少數用戶(hù)的對等網(wǎng)絡(luò )模式擴展到大量用戶(hù)的結構化網(wǎng)絡(luò )。
遠程多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)通信實(shí)質(zhì)上是定位在幾10米范圍內的無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )，因此它不僅具有典型的無(wú)線(xiàn)通信的所有特點(diǎn)，而且具有自身的1些特點(diǎn)：
(1) RF模塊的輸出功率最多只達20dBm（100mw）；
(2) 有效的通信敏感區范圍最遠只達100米；
(3) 因為多數用于手持設備，所以通常采用電池供電；
(4) 1般采用全方向的固定天線(xiàn)；
(5) 短距離無(wú)線(xiàn)通信使用無(wú)需授權的ISM(Industrial Scientific Medical)頻段來(lái)傳輸信號；
１.３ 本文的主要工作
本文通過(guò)深入地討論遠程多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，全面地分析遠程多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)通信系統，設計了1種適合于短距離無(wú)線(xiàn)通信應用的協(xié)議。該設計基于無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)，有效地抑制了遠程多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)通信中的多種頻率干擾并且在不可避免的情況下進(jìn)行了完善的差錯控制。而且替代了以往的基于GPRS的無(wú)線(xiàn)通信系統，為公交車(chē)行業(yè)提供1種新的選擇。在這里所說(shuō)的遠程是指子站到基站再到主站是遠程的，其中子站到基站之間的通信是無(wú)線(xiàn)的，而從基站到主站之間的通信是有線(xiàn)的，所以說(shuō)本文的遠程多點(diǎn)無(wú)線(xiàn)數據的通信其實(shí)是由無(wú)線(xiàn)部分和有線(xiàn)部分所組成的。
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