-PAGE4-無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u13342無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)案例 1136301.1引言 1104391.2無線數(shù)據(jù)傳輸原理 1231981.3參數(shù)指標(biāo)及任務(wù)分析 331271.4總體方案 41.1引言系統(tǒng)由兩部分組成，通過無線方式聯(lián)系在一起，第一部分是stm32單片機(jī)，用于信號接收、AD轉(zhuǎn)換和傳輸。這部分上電后會根據(jù)用keil5下載的AD轉(zhuǎn)換代碼對模擬信號進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，之后根據(jù)串口通信代碼將數(shù)字信號通過預(yù)先連接好的主從機(jī)藍(lán)牙模塊傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。第二部分是上位機(jī)部分，用于對接收到的數(shù)字信號做實(shí)時(shí)處理和繪圖，功能類似于無線示波器。1.2無線數(shù)據(jù)傳輸原理發(fā)射端的發(fā)射機(jī)對高頻振蕩電流進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制完成后將借助饋電設(shè)備（被控制裝置向控制點(diǎn)送電）把電流信號輸入發(fā)射天線，發(fā)射天線會將接收到的電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線電波（電磁波）并向四周進(jìn)行輻射。接收端的接收天線將接收到的無線電波轉(zhuǎn)化成高頻震蕩電流，再由饋電設(shè)備傳輸?shù)浇邮諜C(jī)中。原理如圖1.1.1所示：圖1.1.1無線傳輸原理圖無線傳輸需要先對模擬信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，因?yàn)槟M信號的本質(zhì)是不斷進(jìn)行強(qiáng)弱變化的電流,而上位機(jī)無法處理模擬信號，所以需要將模擬信號量化為數(shù)字信號以供上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲與處理，于是模數(shù)轉(zhuǎn)換得到了廣泛使用。模擬電流的強(qiáng)弱量化而成的二進(jìn)制代碼就是數(shù)字信號。電磁頻譜是無線通信的基礎(chǔ)，是重要的且有限的資源，是通信系統(tǒng)發(fā)揮作用的保障。藍(lán)牙傳輸使用的1.4GHz無線頻譜，頻段范圍是1.400-1.4835GHz，可在傳輸范圍和功耗間達(dá)到平衡。電磁頻譜圖如圖1.1.2所示：圖1.1.2電磁波譜圖藍(lán)牙技術(shù)是一種短距離無線通信技術(shù)，主機(jī)可以通過藍(lán)牙設(shè)備和多個(gè)從機(jī)建立短距離有效鏈接，在短距離下藍(lán)牙傳輸速率可以達(dá)到1Mb/s，實(shí)現(xiàn)高速的信號傳輸。藍(lán)牙技術(shù)讓一些移動設(shè)備和電腦終端的鏈接不需要線纜，并且成功地讓無線上網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。如圖1.1.3所示：圖1.1.3藍(lán)牙技術(shù)圖進(jìn)行藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，最常用的傳輸方式是串口傳輸，即通過單線傳輸信息。MCU和藍(lán)牙設(shè)備均有TX(發(fā)送接口)、RX(讀取接口)，此時(shí)要注意的是主機(jī)的TX、RX要和從機(jī)的RX、TX連接，連接錯(cuò)誤就無法進(jìn)行信號傳輸。從機(jī)可以設(shè)為兩種類型：靜默狀態(tài)和開發(fā)狀態(tài)。靜默狀態(tài)從機(jī)只能與指定的主機(jī)通信;開發(fā)狀態(tài)下從機(jī)可以被別的藍(lán)牙主機(jī)查找建鏈。如圖1.1.4所示：圖1.1.4藍(lán)牙信號傳輸圖1.3參數(shù)指標(biāo)及任務(wù)分析任務(wù)要求為采用無線傳輸模塊，將實(shí)驗(yàn)過程中的探測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳回上位機(jī)并進(jìn)行顯示，便于分析探測器工作狀態(tài)，以提高外場試驗(yàn)效率。無線傳輸模塊需要一個(gè)單片機(jī)、兩個(gè)藍(lán)牙傳輸模塊以及導(dǎo)線若干，為滿足需求，在經(jīng)過比較后單片機(jī)選擇了配置更好的STM32F4，藍(lán)牙端口使用藍(lán)牙串口模塊，一款支持藍(lán)牙4.2協(xié)議的低功耗數(shù)傳模塊，無線工作頻率為1.4GHzISM，模塊主從一體，支持多種工作模式、低功耗模式，支持?jǐn)?shù)傳，支持一對多數(shù)據(jù)廣播。上位機(jī)要求在接收到數(shù)據(jù)后進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和顯示。非實(shí)時(shí)處理，即接收到所有數(shù)據(jù)后再開始數(shù)據(jù)處理和顯示，實(shí)時(shí)處理，即數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)處理和圖像顯示同時(shí)進(jìn)行。非實(shí)時(shí)處理由于要快速進(jìn)行全部數(shù)據(jù)的傳輸和接收，容易超過無線串口傳輸?shù)淖止?jié)上限，在實(shí)際操作過程中容易丟包，圖像繪制失真，數(shù)據(jù)處理也會出現(xiàn)偏差。1.4總體方案第一部分，完成無線傳輸模塊的設(shè)計(jì)。閱讀STM32F4單片機(jī)參考手冊，完成單片機(jī)的線纜連接，如單片機(jī)和LCD顯示屏的連接、單片機(jī)和上位機(jī)的連接、單片機(jī)和采集器的連接。在進(jìn)行無線傳輸模塊的連接前，先完成單片機(jī)的有線傳輸功能實(shí)現(xiàn)，因?yàn)闊o線傳輸還需要進(jìn)行主機(jī)從機(jī)的配置，需要預(yù)先確保串口通信程序的正確性。此步驟主要使用軟件keil5進(jìn)行單片機(jī)程序的編寫和燒錄，當(dāng)LCD顯示屏能正常顯示傳輸?shù)臄?shù)據(jù)時(shí)，串口傳輸代碼和LCD代碼便可正常運(yùn)行。下一步是將有線傳輸換為藍(lán)牙無線傳輸，上位機(jī)和STM32F4單片機(jī)均要連接藍(lán)牙模塊，完成主從機(jī)的設(shè)置，將上位機(jī)設(shè)置為主機(jī)，單片機(jī)設(shè)置為從機(jī)，此步驟通過BLE上位機(jī)軟件進(jìn)行設(shè)置。無線傳輸完成后便是上位機(jī)程序的編寫。上位機(jī)部分使用matlab軟件編寫程序，由matlab的代碼完成打開端口、接收數(shù)據(jù)、圖像繪制和數(shù)據(jù)處理的功能。數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理