温度无线遥测系统及其应用研究毕业论文

论 文 题 目 姓 名 焦作大学机电工程系 温度无线遥测系统及其应用研究 专业名称：电气自动化技术学生姓名： 导师姓名： 职 称：讲师 焦作大学机电工程系2012年 12 月 温度无线遥测系统及其应用研究Research on Wireless Temperature System and Application姓 名 学制3年专 业电气自动化技术研究方向自动化技术导 师 职称讲师论文提交日期2012-12-28论文答辩日期2013-01-04 焦作大学机电工程系.焦作大学机电工程学院毕业论文 摘要摘 要在工农业领域和日常生活中，温度是最常用的参数之一，温度无线遥测是针对温度的一种无线远程测量的一种定义。无线温度遥测系统主要由温度信号采集模块、核心控制模块、无线收发模块、供电模块组成。该系统传送距离远，测试准确，工作效率高，能够高速实时的反映测试点温度，在工业、农业、家居等方面需要采集温度时，能够发挥重要的作用。系统能自动采集监测点温度、并通过GPRS或短信的方式发送实时温度数据到监控中心，从而能有效的监控监测点的温度。本论文说阐述的温度无线遥测系统核心以采用ARM公司推出的LPC2103嵌入式微处理器，信号采集模块选用温度传感器LM35，无线收发模块选用云佳科技公司生产的nrf24L01无线收发模块为例来实现温度无线遥测的目的关键词：温度遥测；无线通讯； nrf24L01无线收发模块。1焦作大学机电工程学院毕业论文 目录目录引言11无线测温系统概述21.1 无线温度遥测系统概述21.2温度无线遥测的特点21.3温度无线系统的介绍21.4 温度无线遥测定义31.5课题研究内容及意义41.6国内外研究现状52无线网络62.1无线技术的简介和种类62.2无线网络的原理及主要标准62.3无线网络的优点82.4无线网络的主要标准93遥测技术153.1遥测的发展及原理153.2主要技术参数153.3遥测系统的应用164温度无线遥测系统174.1系统各组成部分介绍174.1.1温度采集前端：174.1.2数据采集HUB：174.1.3中继器174.1.4温度采集器174.2无线测温系统结构的种类184.3无线测温系统结构的选择184.4无线温度遥测系统主要应用184.5无线温度遥测系统结构184.6无线温度遥测系统主要功能184.6.1温度采集器184.6.2中心软件185温度无线遥测主流方案195.1 系统框图195.2 LPC2103简介195.3 温度测量方案205.4 数据无线传输方案226温度无线遥测应用研究256.1工作原理256.2系统的组成256.3系统的特点266.4系统与传统监测间的对比266.5监控功能276.6国内外现状277温度无线遥测前景28参考文献29致谢303焦作大学机电工程学院毕业论文 引言引言人类的日常生活、生产活动和科学实验都离不开测试和信息采集。信息采集就是获取信息，是对实际工作中物理、化学、工程技术等方面的参量和数值信息进行提取的过程。由于信息本身不具备处理、传输的功能，只能通过一定的手段和方法将信息转化为可知的信号，并进行传输。数据采集就是将外界或现场的被测对象中各种参量（可以是物理量，也可以是化学量 、生物量等）通过各种传感元件进行适当的转换后，在经过采样、量化、编码、传输等步骤，最后送到控制器进行数据处理或存储记录的过程。在数据采集系统中，控制器一般由微处理器、计算机承担，是数据采集系统的核心，它对整个系统进行控制，完成对数据的采集，并对采集数据进行处理。在数据采集和处理过程中，CPU 对采集的控制和数据的传送都是通过总线或接口来实现的。数据采集系统涉及到传感器技术、模拟信号处理技术、模数转换和数模转换技术、信号处理技术、数据采集系统抗干扰技术、误差分析与处理、人机接口技术、数据存储与打印、数据传输技术、虚拟仪器技术等相关技术。随着科学技术的发展，尤其是计算机技术的发展与普及，数据采集技术将具有广阔的发展前景。在日常生活、生产活动中，环境中的温度指标在许多场合中都是重要的参数，需要对其进行采集和控制。温度参数很多时候用于对工业工场、仓库管理、粮食蔬菜大棚、花卉温室、医疗制药等领域，需要对其监控，以达到生产生活需要，并及时对测试结果做出相应的处理。故研究温度数据采集系统具有很好的实际应用价值。随着科技的不断发展，传感器技术已成为国内外优先发展的科技领域之一，应用越来越广。温度数据采集的实现需要从对现场温度数据的有效获取开始，采用温度传感器能够实现对温度数据的有效采集及简单处理。随着集成芯片及各种无线技术的发展，针对一些现场环境比较复杂的地方，有线传输方式的布线会比较繁琐且不适宜在偏远、环境恶劣的情况下使用，而无线传输方式可以避免以上的问题，且在采集点较多和需更换采集位置的场合显得更为方便简单。1焦作大学机电工程学院毕业论文 1无线测温系统概述1无线测温系统概述1.1 无线温度遥测系统概述温度无线遥测系统是为满足对温度记录的最新要求（高精度、自动控制、经济实用），实现了对现场环境的不间断温度测量与监控，通过监控中心可以直观看到温度实时变化，做到足不出户即可了解各被测点的温度。无线温度遥测系统由若干无线温度采集器和监控中心组成。在那些需要对温度监控和测量的地方放置无线温度采集器，然后由监控中心通过软件对无线采集器进行控制，代替过去由人工来完成的温度数据采集任务；同时监控中心对无线温度采集器传输来的温度数据进行存储和查询统计。本系统能自动采集监测点温度、并通过GPRS或短信的方式发送实时温度数据到监控中心，从而能有效的监控监测点的温度。本系统使用方便，操作简捷，且具有万年历显示、温度显示等功能，已经在许多领域中广泛的使用。无线温度采集器是一款让您足不出户就可以监测到监测点温度的带有显示的温度采集器设备，本设备由一个温度采集器和一套终端控制软件实现，工作原理是在监测点放置温度采集设备，通过GPRS的方式将采集的数据传输到控制中心，同时监控中心对无线温度采集器传输来的温度数据进行存储和查询统计。可以自由设置采集时间间隔 ，本设备及系统可以实现高低温报警，让您准确的掌握温度的变化。软件可对返回的温度数据以温度曲线的形式显示出来以供管理人员分析。1.2温度无线遥测的特点数字化传输控制：采用光纤或者无线数字化信号传输数据, 距离长，抗电磁干扰，可升 级与IEC61850兼容；无线测温：无线传输技术，独特的绝缘性能，使用安全可靠；方案灵活：温度无线方案支持各种组网方式可灵活选择；安装简单：自动传感器识别， 无连线，安装简便；工作频率免申请：4335MHz免申请频段1.3温度无线系统的介绍在现在的工业领域中，温度都是一个非常重要的一个测量参数。温度的自动监测已经成为各行业进行安全生产和减少损失的重要措施之一。传统的温度测量方式 测量周期长，施工复杂，不便于管理等，而在有些特定场合（比如：环境封闭，高压等场合）根本无法测量。但是往往这些场合容易引起很大的事故。因而温度的无线传输则显的越来越重要。 系统组成：1 无线温度传感器，2 测温通信终端（温度显示仪），3 温度监测预警工作站。 无线温度传感器由控制单元、无线传输单元及温度测量三部分组成，主要安装在容易发热的地方（比如：电缆的终端头连接处、变压器与电缆的连接处，高压开关的表面等）。无线温度传感器每隔一定时间（时间可调）自动发射一次温度数据给温度显示仪，当发现温度异常，立即报警，不受发射周期限制。 测温通信终端主要用来显示无线温度传感器发送来的温度数据，并通过总线连接，把数据上传到温度监测工作站计算机，并响应管理软件发出的各种命令。 温度监测预警工作站从测温通信终端采集各监测点的温度数据并进行保存，实时显示各监测点的温度变化曲线，并进行分析，如果某一点超过预置温度值则立即报警。还可以通过软件调节测温通信终端和无线温度传感器的温度报警预置值，和测量时间（发射数据的时间）。另外还可以接入网络进行WEB 发布。 与其他测温方式的比较： 普通测温方式：常规的热电偶，热电阻，半导体温度传感器都需要金属导线传输信号，在某些高压环境下绝缘性能无法保障。 无线测温方式无线测温方式无线测温方式无线测温方式:可直接安装到高压触点上测量运行温度，通过无线方式传输温度数据，完全绝缘，绝缘性能有保障。 红外测温方式：有些设备运行时必须关闭柜门，而这时红外测温方式则不能透过金属柜门测量内部温度。 无线测温方式无线测温方式无线测温方式无线测温方式:可安装在封闭的柜体内，温度仪无线的方式发出。 光纤测温方式：光纤式测温仪采用光纤传输温度信号，起温度传感器安装在带电物体表面，测温仪与温度传感器间用光纤连接。但是，光纤易折、易断、不耐高温、积累灰尘后绝缘性能降低，且布线难度大，造价高。 无线测温方式无线测温方式无线测温方式无线测温方式:没有复杂的引线，完全绝缘，造价低廉1.4 温度无线遥测定义 在科学研究和生产过程中,经常需要测量运动物体的温度等参数,如汽车的轮胎温度、电动机的转轴温度、传动机构的温度监测等。在被测对象运动的情况下,无法采用传统的有线的方式进行测量,需要采用无线遥测系统。温度无线遥测是针对温度的一种无线远程测量的一种定义，温度无线遥测系统是由测量站和主控站俩部分组成。测量站固定在运动体上随被测对象一起运动；主控站则由PC机和无线数据传输模块构成。系统工作时，由主控站发送测量控制命令，测量站根据命令完成现场温度的实时测量，并通过无线数模块将测量数据发送给主控站；主控站接收、保存测量数据，并对其进行平滑、滤波等实时数据处理。无线遥测是对被测量对象的参数进行远距离测量的一种技术。 遥测是通过遥测系统进行的。遥测系统由三部分组成：（1）输入设备，包括传感器和变换器。传感器把被测参数变成电信号，变换器把电信号变换成适合于多路传输设备输入端要求的信号。（2）传输设备，是一种多路通信设备。它可以是有线通信或无线电通信，既可传输模拟信号也可传输数字信号。目的是把输入设备输入的信号不失真地传到终端。（3）终端设备，它的功能是接收信号，对信号进行记录，显示和处理，以获得测量结果。 遥测不仅为了获得数据，而是要为遥控目标物体提供实时数据，常和遥控结合在一起。遥测作为一门综合技术，随着电子技术的发展而迅速发展，应用十分广泛。 在宇宙探索中，遥测技术帮助了解太阳系遥远天体上的气温、大气构成和表面情况；投放在敌方的遥测仪器能传回许多情报；取得导弹和飞机的飞行数据；收集核试验情况也要靠遥测技术。在工业上遥测技术使许多庞大的系统高效安全运行，如电力、输油、输气系统、城市自来水、煤气和供暖系统等。在研究动物的生活习性中，遥测技术也是有力的手段，动物带上有传感器的发报机后，在实验室就可研究野外动物的动态。遥测技术也用在医学上，如测定宇航员和登山队员身体情况。医术高明的大夫利用遥测技术能为偏僻地区的病人服务。1.5课题研究内容及意义 温度在很多工业场合或生产生活坏境中具有重要的意义，这些环境中的温度指标或多或少的影响着生产的质量和产量，故研究温度数据采集系统具有很好的现实意义。在温室中进行温度数据的采集、测量及监控具有重要的意义。原始的温度测控系统一般是将所测得的温度数据通过有线的方式传输到监测房或上位 PC 机，这样的有线传输方式虽然在传输速度和运行可靠温度性方面有一定的优势，但其也存在不便的地方，如在环境比较恶劣或较偏远的地方，通过有线布线就显得尤为困难，而在温室、粮仓、及大棚等较扩散和时常变更测试位置的地方，有线布线也会显得比较麻烦。而无线传输的方式就可以很好的解决这一问题。 目前无线传输有很多种方式，根据通信距离可以分为无线广域网（WAN）、无线局域网（WLAN）和无线个人网（WPAN）。GSM、CDMA 和第三代移动通信技术（3G）能实现远距离的通信，属于 WAN 领域；WLAN 和 WPAN 领域中，短距离无线通信技术有 UWB 无载波通信技术、ZigBee 技术、Wireless USB 技术、蓝牙、Wi-Fi 技术等。本文采用由无线射频收发芯片与 MCU 组成的无线通信模块进行温度数据的无线收发。射频收发芯片可工作在免费 2.4GHz 的 ISM 频段，无需向中国无线电申请频段，具有低功耗的优点从而能够免除布线的麻烦，提高设备的可移动性，方便移动测试位置和随时增减点采集数目。此种构成的无线的模块，在传输速度和可靠性等通信实现能力上能够基本达到有线通信的标准。本文单片射频收发芯片采用挪威公司的 nRF905，其可满足低功耗、开发周期短的要求且集成模块小便于嵌入其他设备中使用。1.6国内外研究现状数据采集是现代检测技术的基础，同时也是自动化测试中重要的组成部分，它为测试系统提供可供分析的数据。目前国外的数据采集系统的研制已经相当成熟，而且种类繁多，性能好，功能强大，并且以基于通用微型计算机的系统居多，这种系统的核心是可插入计算机标准插槽的高速数据采集卡。目前这类高速数据采集卡种类多，技术先进，市场主流的产品有：SPEC 公司的 SPl225、Signatec 公司的 PDAl2A 和 PDA500、Acquisition logic 公司的 AL51G 以及Ultraview 公司的 AD-1250DMA。其中 SPl225 是带有 lGS/s8b 精度数字化仪的超高速数据采集模块(HSDAM)PCI 卡，最高可进行 500 MHz 或 1GHz 的波形分析；PDAl2A 采样率为 125MS/s，分辨率为 12b，信号带宽由 DC50MHz。可通过 SAB 总线(Signatec Auxiliary Bus)以 250MB/s 的速率向其它处理、回放或存储器件传输数据；AL51G 基于 PCI 总线，采样率为 1GS/s8b，其存储深度为 64M、256M、1000M 可选；AD-1250DMA 也是基于 PCI 总线，采样率为 125GS/s8b，存储深度为 8GB，在 66MHz 和 64b 数据宽度下，PCI 总线 DMA 模式向主机传输数据速率可达 320MB/s。在国内，很多大学、科研机关、公司也从事着数据采集系统的研制。随着数据采集技术不断发展，市场上出现了很多新型的数据采集器。如北京中泰研创科技有限公司的数据采集系统 PCI-8344B，它具有 16 位 A/D，8 通道并行同时转换，每个通道的转换速率都可以达到 100KHz。北京康泰电子有限公司的 DAQ-1602/PCI 16 位 PCI 总线数据采集板，具有 16 位、250KHz 和 500KHz 的 A/D 输入、四种可编程增益选择、2048字节的数据缓存。对比国内外现有数据采集系统的性能、价格和功能，可以看出：国外的数据采集系统精度高、采样速度快、功能全，但是价格昂贵，并且体积较大，操作复杂。国内的数据采集系统虽然价格较为便宜，但与国外的相比无论精度和速度都存在一定的距离。30焦作大学机电工程学院毕业论文 2无线网络2无线网络2.1无线技术的简介和种类目前使用较广泛的近距无线通信技术是蓝牙(Bluetooth)，无线局域网802.11(Wi-Fi)和红外数据传输(IrDA)。同时还有一些具有发展潜力的近距无线技术标准，它们分别是：ZigBee、超宽频(Ultra WideBand)、和专用无线系统等。它们都有其立足的特点，或基于传输速度、距离、耗电量的特殊要求；或着眼于功能的扩充性；或符合某些单一应用的特别要求；或建立竞争技术的差异化等。但是没有一种技术可以完美到足以满足所有的需求。蓝牙技术 (bluetooth)蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范，其实质内容是为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的近距离无线接口，将通信技术与计算机技术进一步结合起来，使各种设备在没有电线或电缆相互连接的情况下，能在近距离范围内实现相互通信或操作。其传输频段为全球公众通用的2.4GHz ISM频段，提供1Mbps的传输速率和10m的传输距离。 蓝牙协议的标准版本为802.15.1，由蓝牙小组（SIG）负责开发。802.15.1的最初标准基于蓝牙1.1实现，后者已构建到现行很多蓝牙设备中。新版802.15.1a基本等同于蓝牙1.2标准，具备一定的QoS特性，并完整保持后向兼容性。 但蓝牙技术遭遇了最大的障碍是过于昂贵。突出表现在芯片大小和价格难以下调、抗干扰能力不强、传输距离太短、信息安全问题等等。这就使得许多用户不愿意花大价钱来购买这种无线设备。因此，业内专家认为，蓝牙的市场前景取决于蓝牙价格和基于蓝牙的应用是否能达到一定的规模。Wi-Fi技术 Wi-Fi(Wireless Fidelity,无线高保真)也是一种无线通信协议，正式名称是IEEE802.11b，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11Mb/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。 2.2无线网络的原理及主要标准无线网络是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它提供了使用无线多址信道的一种有效方法来支持计算机之间的通信，并为通信的移动化、个人化和多媒体应用提供了潜在的手段。一般而言，凡采用无线传输的计算机网络都可称为无线网。从WLAN到蓝牙、从红外线到移动通信，所有的这一切都是无线网络的应用典范。它不采用传统电缆线提供传统有线局域网的所有功能，网络所需的基础设施不需要埋在地下或隐藏在墙里，网络能够随着实际需要移动或变化。说得通俗点，就是局域网的无线连接形式，也就是无线局域网(Wireless Local-area Network，WLAN)。 无线局域网的传输原理和普通有线网络一样，也是采用了ISO/RM七层网络模型，只是在模型的最低两层“物理层”和“数据链路层”中，使用了无线的传输方式。尽管目前各类无线网络的标准和规范并不统一，但是就其传输方式来看肯定是以下两种之一：无线电波方式和红外线方式。其中红外线传输方式是目前应用最为广泛的一种无线网技术，现在家用电器中使用频繁的家电遥控器几乎都是采用红外线传输技术。作为无线局域网的传输方式，红外线传输的最大优点是不受无线电波的干扰，而且红外线的使用也不会被国家无线电管理委员会加以限制。但是，红外线传输方式的传输质量受距离的影响非常大，并且红外线对非透明物体的穿透性也非常差，这就直接导致了红外线传输技术很难成为计算机无线网络中的主角。相比之下，无线电波传输方式的应用则广泛得多。采用无线电波进行传输，不仅覆盖范围大、发射功率强，而且还具有隐蔽性、保密性等特点，不会干扰同频的系统，具有很高的可用性。以下介绍几种主要的无线电波调制方式。(1)扩频谱方式扩频通信的基本特征是使用比发送的信息数据速率高许多倍的伪随机码把载有信息数据的基带信号的频谱进行扩展，形成宽带的低功率频谱密度的信号来发射。增加带宽可以在较低的信噪比情况下以相同的信息传输率来可靠地传输信息。在信号被噪声淹没的情况下，只要相应地增加信号带宽，仍然能够保持可靠的通信，也就是可以用扩频方法以宽带传输信息来换取信噪比上的好处。这就是扩频通信的基本思想和理论依据。这一做法虽然牺牲了频带带宽，但却提高了通信系统的抗干扰能力和安全性。目前采用扩展频谱方式的无线局域网一般选择的都是ISM频段，这里ISM分别取于Industrial、Scientific及Medical的第一个字母。许多工业、科研和医疗设备的发射频率均集中于该频段。例如美国ISM频段由902MHz928MHz、2.4GHz2.48GHz、5.725GHz5.850GHz三个频段组成。如果发射功率及带宽辐射满足美国联邦通信委员会(FCC)的要求，则无须向FCC提出专门的申请即可使用ISM频段。实现扩频通信的基本工作方式有4种：直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum)工作方式(简称DSSS方式);跳变频率(Frequency Hopping)工作方式(简称FH方式);跳变时间(Time Hopping)工作方式(简称TH方式);线性调频(Chirp Modulation)工作方式(简称Chirp方式)。目前使用最多、最典型的扩频工作方式是直扩式(DSSS方式)，在无线网络的通信中，就是采用这种工作方式。(2)窄带调制方式顾名思义，在这种调制方式下，数据信号在不做任何扩展的情况下直接发射出去。与扩展频谱方式相比，窄带调试方式占用频带少，频带利用率高。不过，采用窄带调制方式的无线局域网要占用专用频段，在国内现有条件下需经过国家无线电管理部门的批准才能使用。2.3无线网络的优点与有线网络相比，无线局域网具备了如下主要优势：安装便捷：在网络的组建过程中，对周边环境影响最大的就是网络布线了。而无线局域网的组建则几乎不用考虑它对环境带来的影响，一般只需在该区域安放一个或多个无线接入(Access Point)设备即可建立网络覆盖。使用灵活：在有线网络中，网络设备的安放位置受网络信息点位置的限制。而无线局域网一旦建成后，在信号覆盖区域内的任何位置都可方便地接入网络，进行数据通信。经济节约：由于有线网络灵活性的不足，设计者往往要尽可能地考虑到未来扩展的需要，在网络规划时要预设大量利用率较低的接入点，造成资源浪费。而且一旦网络的发展超出了预期的规划，整体的改造也将是一笔不小的开支。无线局域网的出现，彻底解决了这一规划上的难题，充分保护了已有的投资，而且改造和维护起来也十分简便。易于扩展：同有线局域网一样，无线局域网具备了多种配置方式，能根据实际需要灵活选择、合理搭配，并能提供像漫游等有线网络无法提供的特性。目前，无线局域网的数据传输速率可达54Mbps，已经非常接近有线局域网的传输速率，而且其远至20km的传输距离也是有线局域网所望尘莫及的。作为有线局域网的一种补充和扩展，无线局域网使计算机具有了可移动性，能快速、方便地解决有线网络不易实现的网络连通问题。2.4无线网络的主要标准无线技术包括了无线局域网技术和以GPRS/3G为代表的无线上网技术，这些标准和技术发展到今天，已经出现了包括IEEE802.11、蓝牙技术和HomeRF等在内的多项标准和规范，以IEEE(电气和电子工程师协会)为代表的多个研究机构针对不同的应用场合，制定了一系列协议标准，推动了无线局域网的实用化。这些协议由Wi-Fi(Wi-Fi联盟是一家世界性组织，成立的目标是确保符合802.11标准的WLAN产品之间的相互协作性)组织制定和进行认证。我国早在2004 年7 月26 日向国际标准化组织提交了无线局域网中国国家标准WAPI(无线局域网鉴别与保密基本结构) 提案，这是中国拥有自主知识产权的无线局域网标准，该标准较好地解决了无线局域网的安全问题，但是由于种种原因它现在并没有得到执行。下面列出了一些主要无线局域网标准。(1) IEEE802.11系列协议作为全球公认的局域网权威，IEEE 802工作组建立的标准在过去二十年内在局域网领域独领风骚。这些协议包括了802.3 Ethernet协议、802.5 Token Ring协议、802.3z 100BASE-T快速以太网协议。在1997年，经过了7年的工作以后，IEEE发布了802.11协议，这也是在无线局域网领域内的第一个国际上被认可的协议。在1999年9月，他们又提出了802.11b“High Rate”协议，用来对802.11协议进行补充，802.11b在802.11的1Mbps和2Mbps速率下又增加了5.5Mbps和11Mbps两个新的网络吞吐速率。利用802.11b，移动用户能够获得同Ethernet一样的性能、网络吞吐率与可用性。这个基于标准的技术使管理员可以根据环境选择合适的局域网技术来构造自己的网络，满足他们的商业用户和其他用户的需求。802.11协议主要工作在ISO协议的最低两层上，并在物理层上进行了一些改动，加入了高速数字传输的特性和连接的稳定性。IEEE802.11工作组制订的具体协议包括以下几项。IEEE 802.11aIEEE 802.11a采用正交频分(OFDM)技术调制数据，使用5GHz的频带，避开了当前微波、蓝牙以及大量工业设备广泛采用的2.4GHz频段，因此其产品在无线数据传输过程中所受到的干扰大为降低，抗干扰性较IEEE 802.11b更为出色。高达54Mbps数据传输带宽，是IEEE 802.11a的真正意义所在。IEEE 802.11a已经为今后无线宽带网的进一步要求做好了准备，从长远的发展角度来看，其竞争力是不言而喻的。此外，IEEE 802.11a的无线网络产品较IEEE 802.11b有着更低的功耗，这对笔记本电脑以及PDA等移动设备来说也有着重大意义。IEEE 802.11a的普及也有其自身的诸多限制。首先，IEEE 802.11a面临的难题是来自厂商方面的压力。眼下，IEEE 802.11b已走向成熟，许多拥有IEEE 802.11b产品的厂商对IEEE 802.11a持谨慎态度。从目前的情况来看，由于这两种技术标准互不兼容，不少厂商为了均衡市场需求，直接将其产品做成了a+b的形式，这种做法固然解决了兼容问题，但也带来了成本增加的负面因素。其次，相关法律法规的限制，使5.2GHz频段无法在全球各个国家获得批准和认可。5.2GHz的高频虽然令IEEE 802.11a具有了低干扰的使用环境，但也带来了不利的一面太空中数以千计的人造卫星与地面站通信也恰恰使用5.2GHz频段。此外，欧盟也只允许将5.2GHz频率用于其自己制定的另一个无线标准HiperLAN。IEEE 802.11bIEEE 802.11b也被称为Wi-Fi技术，采用补码键控(CCK)调制方式，使用2.4GHz频带。从性能上看，IEEE 802.11b的带宽为11Mbps，实际传输速率在5Mbps左右，与普通的10Base-T规格有线局域网持平。无论是家庭无线组网还是中小企业的内部局域网，IEEE 802.11b都能基本满足使用要求。由于基于的是开放的2.4GHz频段，因此IEEE 802.11b的使用无需申请，既可作为对有线网络的补充，又可自行独立组网，灵活性很强。从工作方式上看，IEEE 802.11b的运作模式分为两种：点对点模式和基本模式。其中点对点模式是指无线网卡和无线网卡之间的通信方式，即一台装配了无线网卡的计算机可以与另一台装配了无线网卡的计算机进行通信，对于小型无线网络来说，这是一种非常方便的互联方案;而基本模式则是指无线网络的扩充或无线和有线网络并存时的通信方式，这也是IEEE 802.11b最常用的连接方式。此时，装载无线网卡的计算机需要通过接入点(无线AP)才能与另一台计算机连接，由接入点来负责频段管理及漫游等指挥工作。在带宽允许的情况下，一个接入点最多可支持1024个无线节点的接入。当无线节点增加时，网络存取速度会随之变慢。作为目前最普及、应用最广泛的无线标准，IEEE 802.11b的优势不言而喻。技术的成熟，使得基于该标准网络产品的成本得到了很好的控制，无论家庭还是企业用户，无需太多的资金投入即可组建一套完整的无线局域网。但IEEE 802.11b的缺点也是显而易见的，11Mbps的带宽并不能很好地满足大容量数据传输的需要，只能作为有线网络的一种补充。IEEE 802.11g2001年11月，在IEEE 802.11会议上形成了IEEE 802.11g标准草案，目的是在2.4GHz频段实现802.11a的速率要求。802.11g采用PBCC或CCK/OFDM调制方式，使用2.4GHz频段，对现有的IEEE 802.11b系统向下兼容。它既能适应传统的802.11b标准，也符合IEEE 802.11a标准，从而解决了对已有的802.11b设备的兼容。与IEEE 802.11a相同的是，IEEE 802.11g也使用了Orthogonal Frequency Division Multiplexing(正交分频多任务，OFDM)的模块设计，这是其54Mbps高速传输的秘诀。不同的是，IEEE 802.11g的工作频段并不是IEEE 802.11a的5.2GHz，而是坚守在和IEEE 802.11b一致的2.4GHz频段，这样一来，原先IEEE 802.11b使用者所担心的兼容性问题得到了很好的解决，IEEE 802.11g提供了一个平滑过渡的选择。除了具备高传输率以及兼容性上的优势外，IEEE 802.11g所工作的2.4GHz频段的信号衰减程度不像IEEE 802.11a的5.2GHz那么严重，并且IEEE 802.11g还具备更优秀的“穿透”能力，能适应更加复杂的使用环境。但是先天性的不足(2.4GHz工作频段)，使得IEEE 802.11g和它的前辈IEEE 802.11b一样极易受到微波、无线电话等设备的干扰。此外，IEEE 802.11g的信号比IEEE 802.11b的信号能够覆盖的范围要小得多，用户可能需要添置更多的无线接入点才能满足原有使用面积的信号覆盖。(2)蓝牙技术蓝牙技术将成为全球通用的无线技术，它工作在2.4GHz波段，采用的是跳频展频(FHSS)技术，数据速率为1Mbps，距离为10m。任一蓝牙技术设备一旦搜寻到另一个蓝牙技术设备，马上就可以建立联系，而无需用户进行任何设置。在无线电环境非常嘈杂情况下，其优势更加明显。蓝牙技术的主要优点是成本低、耗电量低以及支持数据/语音传输。(3)HomeRFHomeRF是专门为家庭用户设计的，它工作在2.4GHz，利用50跳/秒的跳频扩谱方式，通过家庭中的一台主机在移动设备之间实现通信，既可以通过时分复用支持语音通信;又能通过载波监听多重访问/冲突避免协议提供数据通信服务。同时，HomeRF提供了与TCP/IP良好的集成，支持广播、多播和48位IP地址。HomeRF最显著的优点是支持高质量的语音及数据通信，它把共享无线连接协议(SWAP)作为未来家庭内联网的几项技术指标，使用IEEE802.11无线以太网作为数据传输标准。(4)HyperLAN/HyperLAN2HyperLAN是ETSI制定的标准，分别应用在2.4GHz和5GHz不同的波段中。与IEEE 802.11最大的不同，在于HyperLAN不使用调变的技术而使用CSMA(Carrier Sense Multiple Access)的技术。HyperLAN2采用Wireless ATM的技术，因此也可以将HyperLAN2视为无线网络的ATM，采用5GHz射频频率，传输速率为54Mbps。(5)WiMAX作为宽带无线通信的推动者，美国电气和电子工程师协会(IEEE)于1999年设立IEEE 802.16工作组，工作内容主要是开发固定宽带无线接入系统标准，包括空中接口及其相关功能，标准涵盖266 GHz 的许可频段和免许可频段，解决最后一公里的宽带无线城域网的接入问题。随着研究的深入，IEEE相继推出了IEEE 802.16、IEEE 802.16a、IEEE 802.16d、8 IEEE 02.16e等一系列标准，该系列标准引起业界广泛关注，被认为是宽带无线城域网(WMAN)的理想解决方案。为了推广遵循IEEE802.16和ETSI HIPERMAN的宽带无线接入设备，并确保其兼容性及互用性，一些主要的通信部件及设备制造商结成了一个工业贸易联盟组织，即WiMAX，IEEE802.16标准又被称之为WiMAX技术。其最大传输速度为可达到75M bps，最大传输距离可达50km。(6)GPRS技术GPRS的英文全称为General Packet Radio Service，中文含义为通用分组无线服务，它是利用“包交换”(Packet-Switched)的概念发展出的一套无线传输方式。所谓的包交换就是将Date封装成许多独立的封包，再将这些封包一个一个传送出去，形式上有点类似寄包裹。采用包交换的好处是只有在有资料需要传送时才会占用频宽，而且可以以传输的资料量计价，这对用户来说是比较合理的计费方式。此外，在GSM phase 2+的标准里，GPRS可以提供四种不同的编码方式，这些编码方式也分别提供不同的错误保护(Error Protection)能力。利用四种不同的编码方式,每个时槽可提供的传输速率为CS-1(9.05K)、CS-2(13.4K)、CS-3(15.6K)及CS-4(21.4K)，其中CS-1的保护最为严密，CS-4则是完全未加以任何保护。每个用户最多可同时使用八个时槽，所以GPRS号称最高传输速率为171.2K bps。GPRS是一种新的GSM数据业务，它在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线IP和X.25分组数据接入服务。GPRS采用分组交换技术，它可以让多个用户共享某些固定的信道资源。如果把空中接口上的TDMA帧中的8个时隙都用来传送数据，那么数据速率最高可达164kb/8。GSM空中接口的信道资源既可以被话音占用，也可以被GPRS数据业务占用。(7)3G技术3G是英文3rd Generation的缩写，指第三代移动通信技术。相对第一代模拟制式手机(1G)和第二代GSM、TDMA等数字手机(2G)，第三代手机一般地讲，是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。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。为了提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2Mbps、384kbps以及144kbps的传输速度。国际电信联盟(ITU)在2000年5月确定了W-CDMA、CDMA2000和TDS-CDMA三大主流无线接口标准，写入3G技术指导性文件2000年国际移动通讯计划(简称IMT-2000)。W-CDMAW-CDMA即WidebandCDMA，也称为CDMADirectSpread，意为宽频分码多重存取，其支持者主要是以GSM系统为主的欧洲厂商。这套系统能够架设在现有的GSM网络上，对于系统提供商而言可以较轻易地过渡，而GSM系统相当普及的亚洲对这套新技术的接受度会相当高。因此W-CDMA具有先天的市场优势。CDMA2000CDMA2000也称为CDMA Multi-Carrier，由美国高通北美公司为主导提出，摩托罗拉、Lucent和后来加入的韩国三星都有参与，韩国现在成为该标准的主导者。这套系统是从窄频CDMA One数字标准衍生出来的，可以从原有的CDMA One结构直接升级到3G，建设成本低廉。但目前使用CDMA的地区只有日、韩和北美，所以CDMA2000的支持者不如W-CDMA多。不过CDMA2000的研发技术却是目前各标准中进度最快的，许多3G手机已经率先面世。TD-SCDMA该标准是由中国大陆独自制定的3G标准，1999年6月29日，由中国原邮电部电信科学技术研究院(大唐电信)向ITU提出。该标准将智能无线、同步CDMA和软件无线电等当今国际领先技术融于其中，在频谱利用率、对业务支持的灵活性、频率灵活性及成本等方面有着独特优势。另外，由于中国的庞大市场，该标准受到各大主要电信设备厂商的重视，全球一半以上的设备厂商都宣布可以支持TD-SCDMA标准。焦作大学机电工程学院毕业论文 3遥测技术3遥测技术3.1遥测的发展及原理遥测综合应用传感器、数据传输和信号处理等信息技术对相隔一定距离的被测对象上的参量进行测量，提高了人类认识事物的能力，它最早出现在十九世纪初。由于相关基础信息技术的牵制，它早期发展比较缓慢。二十世纪中期，在微电子和计算机等基础信息技术发展的推动下，遥测技术才得到广泛应用。 在应用中，遥测系统常用于对各种运动/固定的物体进行遥测，遥测系统包括传感器、遥测数据传输设备和遥测终端。遥测终端有显示、记录和处理设备，它对接收到的信号进行显示、记录和分析处理，得到测控对象的状态及参量变化数据，作为测控中心了解被控对象状况和控制效果，优化管理与控制的重要依据。无线电遥控遥测系统工作时，传感器中的敏感元件感受规定的被测控对象有关参量，转换元件按一定规律将此参量转换成符合传输设备输入端要求的信号；遥测数据传输设备运用频分、时分或码分多路信息传输技术对传感器输出信号进行处理、综合，然后将其调制到载波上发往测控端；测控端对接收到的综合信号进行解调、分路，恢复出各路原始信号送入遥测终端；遥测终端设备对这些信号进行记录、显示和分析处理，向测控中心送去测控对象的状态及参量变化信息。测控中心的操纵员和计算机根据遥测终端提供的被控对象相关参数及其变化数据，结合控制的需要，产生相应的命令送往指令产生器。指令产生器中的变换器将此命令变换为指令信号，去选择编码器产生的相应控制指令，然后由指令传输设备将此控制指令传送到被测控端；被测控端的指令检出器对收到的控制指令进行解码识别、抗干扰判决和保密判决，然后将得到的命令送到执行机构变换为控制执行元件的信号，使执行元件产生相应的动作对测控对象和/或传感器工作进行控制与管理。3.2主要技术参数遥测系统的主要技术参数有精度、容量和可靠性。精度反映遥测终端输出数据与原始数据的符合程度，遥测系统的精度用相对误差（测量参量的绝对误差值与参量最大值之比）来表示。一般情况下传输 对系统精度影响较小，精度主要取决于传感器。容量是衡量遥测系统传送遥测信息能力大小的指标，它在很大程度上决定了遥测系统所能完成功能的多少和完成质量的优劣。在数值上它等于遥测系统各路所能传递的信号频带之和。遥测系统的可靠性与遥测数据获取、传输和处理等环节的软、硬件可靠性密切相关，可通过加强系统方案论证、分系统设计、生产加工、设备鉴定、使用维护以及从设备研制到使用的管理等环节来提高。3.3遥测系统的应用遥测不仅为了获得数据，而是要为遥控目标物体提供实时数据，常和遥控结合在一起。遥测作为一门综合技术，随着电子技术的发展而迅速发展，应用十分广泛。 在宇宙探索中，遥测技术帮助了解太阳系遥远天体上的气温、大气构成和表面情况；投放在敌方的遥测仪器能传回许多情报；取得导弹和飞机的飞行数据；收集核试验情况也要靠遥测技术。在工业上遥测技术使许多庞大的系统高效安全运行，如电力、输油、输气系统、城市自来水、煤气和供暖系统等。在研究动物的生活习性中，遥测技术也是有力的手段，动物带上有传感器的发报机后，在实验室就可研究野外动物的动态。遥测技术也用在医学上，如测定宇航员和登山队员身体情况。医术高明的大夫利用遥测技术能为偏僻地区的病人服务。焦作大学机电工程学院毕业论文 4温度无线遥测系统4温度无线遥测系统4.1系统各组成部分介绍4.1.1温度采集前端：WDT-01 无线温度采集前端是一体化结构，该传感器适合测温范围低于135 的环境。WDT-01 无线温度采集前端因体积小巧， 最适用于开关柜温度热接点测量， 它可测量开关柜内的触头、引出线电缆接头和母线连接点的运行温度， 采集前端尺寸为40mm40mm32.5mm。采集前端内部有两部分组成，分为上板和下板。下板负责ZigBee、RS232、RS485等通讯，上板负责输入和输出。根据输入的不同上板又分为模拟量板和数字量板，模拟量板负责模拟量输入的采集，数字量板负责数字量的输入和输出。4.1.2数据采集HUB：负责收集各个采集前端发送过来的数据，并将数据信息信息打包后传送给监控平台。4.1.3中继器中继器负责在采集前端和采集HUB因距离或者阻碍物原因无法建立通信时，搭建通信通道的作用4.1.4温度采集器无线温度采集器是无线测温系统1的重要组成部分。无线温度采集器在无线测温系统中负责接受来自无线温度传感器的温度数据，并通过GPRS 方式将采集到的温度远程无线传到控制中心，控制中心无需其他接收设备，控制中心的工作人员随时随地掌握采集点温度的变化情况，便于温度系统的平衡调节。 工作原理是在那些需要对温度监控和测量的地方放置无线温度采集器，然后由监控中心通过软件对无线采集器进行控制，代替过去由人工来完成的温度数据采集任务；同时监控中心对无线温度采集器传输来的温度数据进行存储和查询统计。 系统能自动采集监测点温度、并通过GPRS或短信的方式发送实时温度数据到监控中心，从而能有效的监控监测点的温度。 4.2无线测温系统结构的种类测温系统的结构需根据现场情况而定，在此简单分为以下几种：依照有无走线可分为“无线测温结构”和“有线无线结合测温结构”，依照有无数据处理平台可分为“工控机平台测温结构”和“触摸屏显示测温结构”。4.3无线测温系统结构的选择测温系统的结构需根据现场情况而定，测温系统结构确定了方案也就确定了。4.4无线温度遥测系统主要应用 热力供暖公司、冷冻及保鲜产品的运输温度监测、冷库测量控制系统、仓储温度监测、环境监测、工农业科研生产过程温度采集、测温系统在高压电缆上的应用、高速铁路轮轴测温、加油站油罐测温、化工厂反应罐、各种火灾报警、其他领域远程温度采集应用。4.5无线温度遥测系统结构无线温度采集系统是由无线温度采集器、监控中心设备和监控中心软件组成。工作原理是在那些需要对温度监控和测量的地方放置若干个无线温度采集器并通过GPRS的方式将所得到的温度数据发送到监控中心，然后监控中心在再将数据传送给监控中心软件使其对无线采集器进行控制，同时对数据进行存储和查询统计。 4.6无线温度遥测系统主要功能4.6.1温度采集器（1）采集监测点温度并将数据通过GPRS方式发送到监控中心。（2）温度采集的时间间隔在1 min255 min 之间自由设定。（3）监控中心可以随时查询监测点的温度。（4） LED 万年历计时器（5）数字式温度计（摄氏）4.6.2中心软件（1）监控中心通过软件对各监测点的无线温度采集器进行数据查询。（2）可设置高低温报警的上下限，当温度超过此范围时产生报警。（3）软件可对返回的温度数据以温度曲线的形式显示出来以供管理人员分析。（4）提供监控中心软件开发的SDK焦作大学机电工程学院毕业论文 5温度无线遥测系统主流方案5温度无线遥测主流方案5.1 系统框图图5-1 系统框图本息统主要由发送端、接收端和上位机端三大部分组成，其中发送端的主要功能是采集环境温度，并将采集到的温度通过无线收发模块发送给接收端；接收端的主要功能是接收发送端采集到的温度数据，并将数据通过串口发送给上位机；上位机的主要功能是将采集到的数据显示出来，方便人们读取。5.2 LPC2103简介LPC2103是基于一个支持实时仿真的32位ARM7 TDMI-S CPU的微控制器，并带有32KB的高速Flash存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。对中断服务程序和DSP算法中性能要求严格的应用来说，这增加的性能比在Thumb模式1下的性能超出多达30%。对代码规模有严格控制的应用，使用16位的Thumb模式将代码规模降低超过30%，而性能的损失却很小。较小的LQFP48封装和很低的功耗使LPC2103特别适用于访问控制和POS机等小型应用中；由于内置了宽范围的串行通信接口（2个UART、SPI、I2C总线）和8KB的片内SRAM，他们也非常适合于通信网关和协议转换器。高级性能还使这些器件适合用作数学协处理器。多个32位和16位定时器、一个改良的10位ADC、所有定时器上输出匹配的PWM特性、以及具有多达13个边沿或电平触发的外部中断管脚的32位高速GPIO线，使这些微控制器特别适用于工业控制和医疗系统中。图2-2中详细介绍了LPC21032各个引脚的功能，在本系统中，通过P0.4、P0.5、P0.6接口的SPI功能控制nrf24L01无线收发模块；通过P0.0、P0.1接口的UART功能实现与上位机的通信；通过将LM35采集到的温度输入P0.24并使用AD功能得到需要的温度数据。图5-2 周立功LPC2103核心板电路图图2-3中详细介绍了本系统在设计与制作过程中所使用到的LPC2103核心板，该核心板将48个管脚的LPC2103芯片制作为直插式的电路板，方便在调试中拆卸与安装，能够保护芯片，延长使用寿命。5.3 温度测量方案温度是表征物体冷热程度的物理量，它在工业自动化、家用电器、环境保护、安全生产和汽车工业等行业中都是基本的检测参数之一。温度是温度监控系统中最基本、最为核心的衡量指标，也是测温系统中最为重要的测控参数，因此对温度进行准确的检测一直是一个重要的研究课题。因此，测量温度的仪器在测温系统中占有至关重要的