水源水质监控设计方案..docx

基于单片机间无线数据传输的水源水质实时监控系统设计方案课题研究的背景与意义： 背景：饮水水源质量是我们日常生活所关心的问题之一，保证良好的饮水水源质量是创建健康和谐社会的重要组成部分。而大多的饮水水源点都设在离城市较远的郊区或者大河边上，这样使的从事饮水水源监测工作的人非常的辛苦而且不能实时的进行水源检测。意义：饮用水源水质监测。通过传感器测出的水质数据经射频模块传输到服务器检测端，在达到实时监控的目的的同时，简化系统结构，降低维护成本。主要研究思路和方法：（基本思路、工作重点、技术路线等）项目的主体：一端进行水质检测，一端实行数据分析显示，两端通过400MHz特高频无线通信实现数据传输。水质检测端：中央控制模块：处理器采用AT89C51进行检测端的工作控制和数据处理； 数据发送模块：发射模块采用MICRF102或者NRF905，RF发射方式进行无线数据传输； 数据采集模块：水质检测装置待定。采集温度和PH两个数据。 数据处理显示端： 中央控制模块：处理器采用AT89C51进行检测端的工作控制和数据处理； 数据接收模块：接收器采用MICRF002或者MICRF007或者 NRF905，进行数据接收； 数据显示模块：采用LCD1602作为显示器件。工作重点：实现单片机之间的无线数据传输。使用工具：AT89C51开发板，MICRF102数据发射模块，MICRF007数据接收模块，Altium Designer软件，Keil。单片机全双工无线传输方案：发射电路采用图1电路，接收电路采用图2电路，通信距离不小于200M。ICRF002美国Micrel公司推出的单片集成电路，可完成接收及解调。MICRF002是MICRF001的改进型，与MICRF001相比，功耗更低，并具有电源关断控制端，可方便的与单片机接口。MICRF002性能稳定，使用非常简单。，ICRF002使用陶瓷谐振器，换用不同的谐振器，接收频率可覆盖300-440MHz。MICRF002具有两种工作模式：扫描模式和固定模式。扫描模式接受带宽可达几百KHz。此模式主要用来和LC振荡的发射机配套使用，因为，LC发射机的频率漂移较大，扫描模式下的数据通讯速率约为每秒2.5KBS。固定模式的带宽仅几十KHz，此模式用于和使用晶振稳频的发射机配套，数据速率可达每秒钟10KBytes。工作模式选择通过MICRF002的第16脚（SWEN）实现。另外，使用唤醒功能可以唤醒译码器或CPU，以最大限度地降低功耗。发射模块：MICRF102是Micrel公司推出的一种远距离无线数据传输发射芯片，它的所有调谐都可在IC中自动实现，具有自调谐功能,可自动调谐，从而免去手动操作的麻烦，同时也可动态适应它在阻抗方面的变化。MICRF102的特定发射功率本身具有50Ω的负载。天线的功效决定着实际的辐射功率,好的天线设计可使得输出在3米内产生67dBμV/m～80dBμV/m的射功率。PC脚可用来设置所需的发射功率。该脚上的电压与功率放大器输出端的差分电压成比例。当PC脚电压增加到0.4V时,输出功率将受到电流所限而不再发生变化。减少PC脚电压可降低输出功率,同时也将降低射频输出功率和它的最大范围。MICRF102在驱动天线环路方面具有特殊功效，它有一个可驱动感性负载的双差分输出。输出级包括一个可对天线的电感进行自动调谐的变容器，以达到谐振的目的。准确设计高Q值的天线环路可以更精确地对谐振电路的中心频率进行设置，需要注意的是，中心频率的小小偏移都可能降低其发射功率。天线本身就是一个感性元件。一个简单的电容器与天线并联，即可组成谐振电路,其谐振频率由下式决定：?f=[1/（4π2CL）]1/2?图1和图2为MICRF102的与单片机的串行接口电路：图1图2接收模块：MICRF007是与MICRF102配套的ASK/OOK接收IC，主要应用于无线电传输方面，该器件的RF输入范围300-400MHz；数据传输率高达2.1kbps；可实现自动调谐，从而免去人工调整。MICRF的工作电压范围在+4.75V到5.5V；工作电流典型值3mA；接收灵敏度典型值-96dBm；RF输入范围300MHz到440MHz，接收调制占空比从20%到80%。MICRF007的典型应用电路如下图所示。它是接收315MHz1200b/s的OOK接收机。信号从天线输入，数据从DO输出。在应用中要确定基准振荡频率fr，及选择CTH及CAGC。超外差接收机的本地振荡频率fLO与发射机传输频率fTX差为中频IF的中心频率。fLO与fTX的关系为：本地振荡频率fLO与基准振荡频率的关系为：根据fTX与fT关系可计算出如下表关系：为保证fT的稳定，应采用晶振或声表面调谐器。CTH连接在CTH端的电容与数据限幅程度时间常数T有关，并且与fT有关，C