毕业论文：矿井无线传输模块的设计(编辑修改稿)

毕业论文：矿井无线传输模块的设计(编辑修改稿)内容摘要：

计算机技术和无线通信技术的融合，大大缩短了人和自然之间的距离。 无线传感器网络在军事侦察、环境监测、医疗护理、智能家居、工业生产控制以及商业等领域有着广阔的应用前景。 在传感器网络中，传感器节点具有端节点和路由的功能：一方面实现数据的采集和处理；另一方面实现数据的融合和路由，对本身采集的数 据和收到的其他节点发送的数据进行综合，转发路由到网关节点。 网关节点往往个数有限，而且常常能量能够得到补充；网关通常使用多种方式 (如 Iniemct、卫星或移动通信网络等 )与外界通信。 而传感器节点数目非常庞大，通常采用不能补充的电池提供能量；传感器节点的能量一旦耗尽，那么该节点就不能进行数据采集和路由的功能，直接影响整个传感器网络的健壮性和生命周期。 因此，传感器网络主要研究的是传感器网络节点。 具体应用不同，传感器网络节点的设计也不尽相同，但是其基本结构是一样的。 传感器网络节点一般由处理器单元、无线传输单元、传 感器单元和电源模块单元 4部分组成。 本论文设计思想就是基于无线传感器网络的。 图 7 传感器网络结构图 本模块的通信方式属于点对点的通信方式，点对点无线通信是无线通信中最基本的通信方式，是点到多点无线通信以及无线网络的基础。 本模块的通信设计属于短距离无线通信范畴。 短距离无线数据通信的标准简介 短距离无线通信相比有线通信有以下主要特征：无线发射功率从几 181。 W 到小于100181。 W；通信距离范围从几厘米到几百米；主要在房间内使用；使用全向天线和传感器 电源 电源 无线传输 电源 处理器 8 线路板天线；不 需要申请无线频道；高频操作；电池供电的无线发射器和无线接收器。 图 10 短距离无线通信系统示意图 典型的短距离无线通信系统如图 10 所示 ，它由一个无线发射器和一个无线接收器组成。 发射器的数据通过无线发射出去，接收器天线接收后，进行处理，得到正确的经过校验的数据。 本设计就是基于短距离无线通信系统的工作原理研究设计的，矿井人员配戴该模块通过数据的发送与接收，方便井上监控系统确定人员的位置。 在进行短距离无线通信时，现已有多种技术方案可供选择，最流行的关于 短距离无线数据通信的 3 个标准是蓝牙 (Bluetooth)， (Wi 一 Fi)标准和IrDA，另外最近还出现了 UWB， ZigBee 与 GPRs 数据通信技术。 以下是几种技术简介： 蓝牙 1998 年蓝牙技术的出现主要用于通信与信息设备的无线连接。 蓝牙技术是一种用于各种固定与移动的数字化硬件设备之间的低成本、近距离的无线通一讯连接技术。 这种连接是稳定的、无缝的，其程序写在一个 9X9mm 的微型芯片上，可以方便地嵌入设备之中。 这项技术能够非常广泛地应用于我们的日常生活中。 蓝牙的工作频率为 ，有效范围大约 在 10m 半径内，在此范围内作为一种电缆替代技术，它可把内嵌有蓝牙芯片的计算机、手机和多种便携通信终端联起来，以约 1Mb/s 的速率相互传递数据，为其提供语音和数字接入服务，实现信息的自格式化数据包（ CRC16） 格式化数据包（ CRC16） 发送端 接收端 9 动交换和处理，并能方便的接入互联网。 蓝牙产品涉及 PC、笔记本电脑、移动电话等信息设备和 A/V设备、汽车电子、家用电器和工业设备领域。 蓝牙的支持者们预言说，一旦支持蓝牙的芯片变得非常便宜，蓝牙将置身于几乎所有产品之中。 目前蓝牙技术开发的重点是多点连接。 (Wi 一 Fi) WiFi (Wireless Fidelity,无线高保真 )也是一种无线通信协议，正式名称是 ，与蓝牙一样，同属于短距离无线通信技术。 Wi Fi 速率最高可达 11 Mb/s。 虽然在数据安全性方面比蓝牙技术要差一些，但在电波的覆盖范围方面却略胜一筹，可达 100 m 左右 ,不用说家庭、办公室 ,就是小一点的整栋大楼也可使用。 最初的 规范是在 1997 年提出的，称为 ,主要目的是提供 WLAN接入，也是目前 WLAN的主要技术标准，他的工作频率也是 GHZ，与无绳电话、蓝牙等许多不需频率使用许可证的无线设备共享同一频 段。 起先，Wi Fi 元件昂贵，兼容性不好，安全性也不能令人满意。 随着时间推移 ,这些问题逐步得到解决，且随着 Wi Fi 协议新版本，越来越广泛。 IrDA 是一种利用红外线进行点对点通信的技术，目前它的软硬件技术都很成熟，在小型移动设备，如 PDA、手机上广泛使用。 它利用红外光的通断表示计算机中的 01 逻辑。 IrDA 的主要优点是无须申请频率的使用权，在当前频率使用资源匿乏，频道使用费用增加的背景下的 IrDA 具有价格优势。 红外线具有功耗低、连接方便、简单易用的优点。 它具有数据传输率较高，适于传输大容量的文件和多媒 体数据。 此外，红外线发射角度较小，传输上安全性高。 IrDA 的不足在于它是一种视距传输，相互通信的设备之间必须对准，中间不能被其他物体阻隔，只能实现点对点的连接，无法实现点对多点的连接，因而该技术用于 2 台 (非多台 )设备的连接，通信设备的位置需要相对固定，无法用于移动设备。 IrDA 目前的研究方向是如何解决视距传输问题及提高数据传输率。 UWB 超宽带技术 UWB(Ultra wide eBand)是一种新发展起来的极具潜力的无线通信技术，出现在 60 年代， uwB 是指信号带宽大于 500MHZ 或者是信号带宽与中心频率 之比大于 25%。 与常见的通信方式使用连续的载波不同， UWB 通过基带极端的脉冲信号作用于天线的方式发送数据。 UWB 被允许在 一 的波段内 10 工作。 超宽带技术具有对信道衰落不敏感，发射信号功率谱密度低、低截获能力、系统复杂度低、能提供数厘米的定位精度等优点，非常适合应用在无线传感器网络中。 对它主要应用在小范围、高分辨率、能够穿透墙壁、地面和身体的雷达和图像系统中。 除此之外，这种新技术使用于对速率要求非常高 (大于 100Mb/s)的LANs 或 PANs。 目前，英特尔公司正在进行研究和研发，以便将 UWB 集成 到个人电脑芯片组中，将其作为 10m 以内的近距离高速无线传输接口使用。 英特尔将UWB定位于“无线 ”，当前 UWB的传输速率己达到 100Mbt/s，其下一个目标是 500Mbt/s。 然而， UWB 作为民用还是一项新技术，还有一些实际问题， UWB系统占用的带宽很大， UWB 系统可能会干扰其他无线通信系统， UWB 系统的频率许可问题一直还在争论中，另外 UWB 的干扰问题等有待解决。 ZigBee 是一组基于 IEEE 批准通过的 无线标准研发的，有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。 IEEE 无线个人 区域网工作组的 技术标准是 ZigBee 技术的基础。 ZigBee 技术主要应用于短距离内数据传输速率不高的各种电子设备之间，适用于家电和小型电子设备的无线控制指令传输。 zigBee技术的主要特点是功耗低、成本低；网络容量大；延时短；有效范围比较小；使用频段无须申请。 zigBee 的应用还是比较多的如：空调系统、遥控器、无线传感器、 RFID 标签等。 下面 （表 1） 是几种通信技术的比较 ： 表 1 通信技术的比较 11 无线传感器网络结构 线传感器网络 (WSN)由大量的节点根据自组织网络的方式 构成 ,一般节点通过各种方式大量部署在被感知对象内部或者附近。 些节点通过无线自组织传输网络 ,以协作的方式感知 ,采集和处理网络覆盖区域中的信息 ,可以实现对任意地点的信息在任意时间的采集 ,处理和分析。 线传感器网络结构如图 1所示 (。