基于arm的无线数据采集系统

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1、南华大学电气工程学院毕业设计引言在现代工业、农业、医药等生产过程中，温度、湿度、酸碱度、气体含量等环境参数的实时监测极为重要，环境参数的变化将极大地影响产品、农作物、医药等的质量，必须将检测到的现场环境参数及时无误地传到控制中心，而且对于大范围、大面积、大数目的现场环境监控而言，传感设备的布线和系统维护，以及对移动设备的实时监控，存在巨大的成本和技术问题。随着无线通信技术、计算机技术的高速发展并应用到传感器技术中，传感器数据的无线数据采集成为可能，其特有的性能比传统数据采集系统更具优势。它可应用于布线和电源供给困难

2、的区域、人员不能到达的区域(如高温、严寒、高湿的区域，受到污染的区域或环境被破坏的区域)和一些临时场合等，实现了传感系统的远程测试，这也是信息时代测试的必然趋势。现在市面上的现场无线采集设备多为一对一采集模式，且存在传输距离短，传输速度慢，抗干扰能力差，可靠性和稳定性都不够高等问题。在本设计中针对这些问题展开思考与研究，本设计能应用于供水、石化、环保、煤气、电力等各个行业，能为众多系统集成商、自动化公司和研究所提供一种具有极高性价比、稳定可靠的无线数据采集产品设计方案。在本设计中采用了ARM7处理内核微控制器，提高

3、数据处理的能力，使用高性能的单片RF收发IC加大了无线传输距离与抗干扰能力，采用优于RS-232通信接口的RS-485通信接口完成与PC机的连接，并可由PC通过LAN完成大范围建网。系统设计还设计安全可靠的隔离电源，使系统的稳定性和可靠性得到很好的保障。1设计要求在设计中，模拟使用环境为工业现场。其中使用环境温度：0℃～50℃，存储温度：﹣40℃～﹢80℃，大气压力：86KPa～106KPa，相对湿度：10%R～90%R。表1.1.1为在以上环境中具体的系统设计要求。第56页共90页南华大学电气工程学院毕业设计表1

4、.1.1无线数据采集系统设计要求整机部分项目单位指标工作电源V24VDC±10%环境温度对输出影响ppm/℃≤200绝缘强度V≥1000(无击穿/无飞弧)绝缘电阻MΩ≥100误码率≤10E-4数据刷新周期s≤1通信频段MHz≥315无线传输速率bps≥9600有效传输距离m空旷＞100，室内＞20被测控制数≥8通信协议支持MODBUSASCII，波特率和奇偶校验可软件设置通信接口方式RS-485接口或RS-232接口安装方式卡式导轨安装或者底部螺丝固定上位机部分项目单位指标上位机平均功率mW≤1000发射功率dBm

5、≥5控制信号频率次/S≥2接收数据频率次/S≥16与PC通信速率bps≥9600下位机部分项目单位指标下位机平均功率mW≤800接受灵敏度dBm≤–100采样频率次/S≥1采集分辨率位≥16第56页共90页南华大学电气工程学院毕业设计发送数据频率次/S≥1下位机采集通道数≥2采集输入信号V0～5精度0.2%FS±1字2系统方案论证与设计2.1控制器方案论证由表2.1.1可知ARM处理器丰富的资源和优越的性能，都是单片机无法比拟的。单片机因其功能有限，只能应用于简单的控制电路或辅助控制电路，其处理大量数据的能力不强。

6、在本设计中选择ARM处理器来处理多台下位机的同时通信，不仅能加大系统容量，还能提高上位机数据刷新速度。ARM微处理器与单片机接口资源对比见图2.1.1。表2.1.1系统控制器方案对比控制器优点缺点单片机实现简单，开发成本低，周期短。处理能力不强，被控对象少，易被干扰。ARM资源丰富，处理能力强，扩展简单。开发成本、周期比单片机要高、要长。单片机ARM71路串行输入2路外部中断输入8位数据/地址输入2路计数输入8位数据/地址输出1路串行输出2路定时器输出32位数据/地址输入4路以上串行输入8路12位ADC输入32位数

7、据/地址输出4路以上串行输入LCD信号输入1路以上PWM通道1路10位DAC输出9路以上外部中断输入8路定时器输出图2.1.1ARM微处理器与单片机接口资源对比第56页共90页南华大学电气工程学院毕业设计2.2无线通信方案论证GPRS无线模块，适合于地区范围内外的无线数据传输，但其受到GPRS网络的限制，而且需要支出运营费用，图2.2.1为GPRS采集方式原理方框图。2.4GHz无线传输模块抗干扰能力强，稳定可靠，但其电路复杂，调试困难。从表2.2.1中可以看出，920MHz以下无线通信模块即可满足系统的设计要求，

8、其在业界的应用方案也比较多，而且电路简单，不需要调试即可使用。表2.2.1系统无线通信方案对比无线模块传输距离信道数传输速率采集对象数成本920MHz以下模块50-300m1-10道300－19200bps1-100较低2.4GHz模块50-5000m12-120道1Mbps以上1-100较高GPRS模块受网络限制受网络限制受网络限制受网络限制很高GPRS传