基于GPRS的低功耗数据采集与传输模块设计

发布时间：2017-10-17 14:31

  本文关键词：基于GPRS的低功耗数据采集与传输模块设计

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【摘要】：为了实现数据的远程无线采集和传输,满足不同环境下的数据采集需求,本课题设计了一款基于GP RS无线通信网络技术的远程数据采集传输模块。本模块可以实现对模拟信号以及数字信号脉冲量等数据的远程采集,然后利用GPRS无线网络或者以短消息的方式对数据进行实时上传,并可以选择将数据上传至服务器或者是用户手机。本设计可实现数据的自动采集、处理和无线传输工作,无需人工干预。通过对本设计的应用,可以大大减小远程数据采集的难度和成本。通过对用户需求的分析以及对国内外同类型设计的研究,本课题采用电池供电。为了保证系统续航能力,在设计时充分考虑了整机功耗的问题,通过低功耗技术的研究和系统功耗分析,对硬件系统各个模块进行低功耗处理。同时,利用微控制器实现对硬件部分的电源调度以及对系统工作频率动态管理,达到最大限度降低系统功耗的目的。结合芯片手册和相关技术文献,对方案可行性进行论证分析,给出了系统实现的具体方案。从产品低功耗要求出发,嵌入式微处理器选用32位的低功耗AR M作为系统的主控芯片,并选择植入μC/OS-II I操作系统,大大地增强了系统的可控性和可操作性;无线通讯模块选用希姆通公司的S IM800C GP RS无线收发模块,利用GPR S网络,基于T CP/IP协议对数据进行远程传输。在软件实现方面,本文给出了系统进行数据采集处理、传输、检测以及功耗调理等不同操作时的设计思路和具体实现流程。通过软件对系统各个不同模式的实时切换以及对不同工作模式下系统工作频率的动态管理,使得系统整机功耗得到了更进一步的下降。本设计在电源管理部分添加的针对锂原电池的预警功能,是在前人设计中从未出现过的,该功能不仅可以实现对电池断电的预警,更可以为系统持续续航,减少电池更换周期造成的数据丢失。硬件平台的搭建工作以及软件的编译工作完成以后,对系统进行了调试以及功能性和技术指标的测试。通过对测试数据的分析,证明本设计能够满足用户功能上的需求,在技术上也达到了对技术指标的预期。同时,通过对系统功耗的测试和与之前的同类设计进行对比,系统在功耗方面优于绝大多数同类产品。最后,由于整个系统采用了模块化的设计方法,极大的增加了系统的通用性和可移植性,对其他类似模块的开发具有参考意义。
【关键词】：GPRS μC/OS-III 嵌入式系统 低功耗
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP274.2;TN929.532
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-14
• 1.1 课题研究背景与意义11
• 1.2 课题国内外发展现状11-12
• 1.3 本文主要特色12-13
• 1.4 本文主要完成工作及结构13-14
• 第二章 系统总体设计及实现方案14-22
• 2.1 需求分析14-15
• 2.1.1 系统主要应用场合14
• 2.1.2 系统功能需求分析14-15
• 2.2 系统终端总体概述15-16
• 2.3 系统硬件设计方案16-19
• 2.3.1 数据采集模块设计方案16-17
• 2.3.2 数据处理及控制模块设计方案17
• 2.3.3 数据传输模块设计方案17-18
• 2.3.4 其它功能模块设计方案18-19
• 2.3.5 硬件总体设计方案19
• 2.4 移动通信技术概述19-20
• 2.4.1 GPRS特点及其应用19-20
• 2.4.2 GPRS网络中的TCP/I P流量管理20
• 2.5 系统方案可行性分析20-21
• 2.6 本章小结21-22
• 第三章 系统关键技术研究22-36
• 3.1 硬件架构分析22-25
• 3.1.1 微控制器选取22-23
• 3.1.2 GPRS无线通讯模块选取23-25
• 3.2 系统功耗分析25-28
• 3.2.1 嵌入式系统功耗分析25-27
• 3.2.2 系统低功耗设计思路27-28
• 3.3 系统抗干扰设计28-29
• 3.3.1 系统抗干扰分析28-29
• 3.3.2 系统抗干扰设计思路29
• 3.4 系统电源完整性设计29-35
• 3.4.1 电源噪声分析30
• 3.4.2 电源噪声的抑制30-32
• 3.4.3 电池耗电监控电路设计32-35
• 3.5 本章小结35-36
• 第四章 系统硬件设计36-59
• 4.1 引言36
• 4.2 硬件系统电路结构36-37
• 4.3 数据采集模块设计37-40
• 4.3.1 电流电压转换电路设计37-39
• 4.3.2 信号调理电路设计39-40
• 4.4 控制模块设计40-42
• 4.4.1 控制模块功能分析40
• 4.4.2 STM32L 152 最小系统设计40-41
• 4.4.3 外部存储电路设计41-42
• 4.4.4 调试接口设计42
• 4.5 数据传输模块设计42-46
• 4.5.1 SIM800C外围电路设计42-45
• 4.5.1.1 开关机电路设计43-44
• 4.5.1.2 sim卡电路设计44-45
• 4.5.2 RS485 电路设计45-46
• 4.6 人机交互模块设计46-48
• 4.6.1 屏显电路设计47-48
• 4.6.2 按键及触发电路设计48
• 4.7 传感器电路设计48-50
• 4.7.1 湿度传感器原理48-49
• 4.7.2 湿度传感器电路设计49-50
• 4.8 系统电源部分设计50-58
• 4.8.1 BOOS T电源设计52-55
• 4.8.2 BUCK电源设计55-56
• 4.8.3 LD O设计56-58
• 4.9 本章小结58-59
• 第五章 系统软件设计59-69
• 5.1 引言59
• 5.2 软件系统总体设计59-61
• 5.3 系统各模块软件设计61-68
• 5.3.1 数据采集服务程序设计61-62
• 5.3.2 通讯服务程序设计62-65
• 5.3.3 数据监测服务程序设计65-67
• 5.3.4 系统功耗调理服务程序设计67-68
• 5.4 本章小结68-69
• 第六章 系统测试及功能验证69-77
• 6.1 引言69
• 6.2 测试平台介绍69-70
• 6.3 系统硬件部分测试70-73
• 6.3.1 硬件系统单板调试70-71
• 6.3.2 电源部分测试71-73
• 6.3.3 模拟通道测试73
• 6.3.4 采集调理电路精度73
• 6.4 系统功能性测试73-75
• 6.4.1 现场总线测试73-74
• 6.4.2 数据收发测试74-75
• 6.4.3 系统功能验证75
• 6.5 整机功耗测试75-76
• 6.6 本章小结76-77
• 第七章 总结与展望77-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-82
• 硕士期间的研究成果82-83

【参考文献】

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本文编号：1049374