管道地面定位盒唤醒与休眠单元设计-开题报告.doc

本科生毕业设计（论文）开题报告 毕业设计题目： 管道地面定位盒唤醒 与休眠单元设计 学 院： 信息科学与工程学院 专业班级： 测控技术与仪器 班 学生姓名： 指导教师： 2014年 03月 21日 管道地面定位盒无线唤醒与休眠单元设计 课题研究的目的和意义 石油天然气是当今世界最重要的两种化石燃料，石油也被人们称之为“工业血液”和“黑色黄金”，是世界各国家可或缺的战略性资源。近年来随着我国油气管道建设不断提速到2015年油气管道总里程将到达10万公里，西气东输管道工程、中国俄罗斯原油管道工程、中缅石油管道工程等相继完成或 工建设，如何对这些管道的运行进行有效检测管理对其战略价值的实现具有重要意义[1]。由于石油天然气管道大都建设在比较偏僻地段，而且线路长度长达数百公里甚至数千公里，这样就给人工采集相应数据带来很大不便。特别是在遇到恶劣天气时，人工采集数据就变的十分困难，甚至导致无法进行数据采集。因此，使用无线远程管道检测网络对石油天然气管道进行检测即可以节约人力资源成本，又能够实现对石油天然气管道的全天候自动化检测，这对于提高管道检测的实时性及可靠性具有重要意义。 通常在管道检测过程中，地表会有很多定位盒，他们相隔大约为2Km，而管道猪只有一个。当其在管道内行走时，地表定位盒会接收其信号，为了不必要的能源浪费，设计一款无线通讯系统，使管道猪经过定位盒时开启定位盒上的接收系统，之后给下一个定位盒发送信号使下一个定位盒启动工作。无动作时保证所有定位盒处于低功耗状态，尽量减少能耗，延长设备使用寿命。石油管道无线检测网络由间隔一定距离的无线节点组成，节点安装于野外且一般使用电池供电，因此需要节点具有较远距离的通信能力，同时应尽量减少节点耗电量，这一对矛盾是本项目需要解决的关键性问题。因此，设计一款符合项目要求的远程无线通信节点，为石油管道无线监测网络搭建起基础的硬件平台是项目实现的重要保障。 二、课题研究的主要任务和预期目标 2.1主要任务及要求 （1）学习射频和无线通信基础知识； （2）掌握地面2Km距离发射、接收无线通讯技术； （3）熟悉、掌握无线通讯的唤醒和休眠技术； （4）实现单片机与无线通讯控制下的唤醒和休眠的工作方式。 2.2预期目标 （1）知道课题研究的背景、目的及意义，了解无线传感网络的兴起及发展、性能、关键技术、结构。 （2）针对实际应用的要求，对无线通信模块的结构进行设计。根据设计方案，对无线通信模块所需的芯片进行仔细比较和分析，选定性能优越的芯片。 （3）理解无线通信模块中所采用芯片的结构、性能、工作原理等，然后分别对无线模块和单片机模块的各个硬件接口电路、和天线进行设计，画出设计硬件电路的原理图。 （4）完成了无线通信模块的软件部分的设计。首先画出程序的流程图，依据设计的硬件电路和设定的通信协议然后编写代码。主要是数据的收发程序以及在此基础上的点对点无线数据通信的程序。 （5）针对课题的体统低功耗要求，找到一款低功耗单片机，熟练掌握单片机的中断，休眠或低功耗模式及唤醒功能。 （6）总结了本课题设计中的主要研究成果和主要思想，并指出了设计实现过程中存在的不足和吸取的经验教训。最后对本模块的功能进行了展望，提出了努力和改进的方向。 三、设计方案 3.1设计思想 课题要求设计一个能达2Km无线通讯的模块和系统低功耗的设计，来保证系统在管道检测中消耗的电量最低。可以分为两个问题来考虑，一个是2Km无线通讯设计，另一个是单片机的低功耗设计。 （1）2Km距离无线通讯的设计 随着通信技术的不断发展，特别是近几年物联网技术的兴起，无线通信技术得到越来越广泛的应用。在无线通信应用中，信号所采用的传输方式及其传输特性都是由信号的工作频率所决定的。信号所采用的工作频率越高，通信容量会变的越大，信号工作频率几乎与通信容量成正比。但是频率越高其传播距离就会缩短。为了使通讯距离能够达到2Km，工作频率不宜选择太高[2]。 目前无线通讯一般选用收发一体的无线通讯芯片，它们一般工作在ISM频段（此频段主要是开放给工业、科学、医学三个主要机构使用,属于Free License，无需授权许可，只需要遵守一定的发射功率(一般低于1W)，并且不要对其它频段造成干扰即可）[3]。主流的无线通讯芯片有CC1100，NRF905，MICRF102，SI4432/63等。本着以实用经济为前提性能最优的原则，本设计采用芯片SI4432无线收发芯片来实现。 （2）单片机低功耗和无线唤醒设计 为了使单片机具有更低的功耗，可以使它工作