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基于ZigBee技术的配气装置无线通信系统设计

发布时间:2018-02-27 11:41

  本文关键词: 配气装置 ZigBee技术 STM32 CC2420 近距离无线操作 出处:《郑州大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:近年来,气体探测器数量增长很快,已经在工厂,加气站,酒店等领域得到了很好的应用。国家为了加强对这些仪器的监督和管理,制定了相关的检定规程,并由计量单位进行年检。在计量认证的过程中,需要使用配气装置配置不同浓度的标准气体。鉴于当前主流配气装置不具备无线通信功能,且气体探测器室外检定环境恶劣,数量繁多,人员走动不便,难以在室外检定中发挥作用。采用成熟的近距离无线通信技术对配气装置进行改进,设计出一套可对配气装置进行短距离无线操作的通信设备,能更好的适应室外检定环境,拓展配气装置应用领域。本文对配气装置的工作原理,内部模块组成及各个模块的功能进行了说明。通过对常用近距离无线通信技术的性能指标、优缺点及发展现状的分析,发现ZigBee近距离无线通信技术耗电量低、通信距离较远,适合本课题的设计。使用微处理器和知名的CC2420射频芯片,来完成配气装置近距离无线通讯模块的设计。介绍了各硬件模块的工作原理、电路原理图及主要模块的详细实现过程。设计出配气装置无线通信模块整体实现方案,实现方案主要包括两大部分。通讯系统硬件模块设计,主要有CC2420射频模块、RS485电路模块、STM32同射频芯片的连接,微控制器与工控机的通信、手持终端电源管理模块、键盘电路设计、JTAG电路的设计。系统软件部分主要构成有主函数模块、数据接收模块、数据发送模块、串口通信模块等。每个模块的代码先单独进行编写调试,然后再进行联合调试,达到功能要求。最后,对配气装置配气功能和通信性能进行验证,获取测试结果并进行分析比对。本系统的软件部分采用C语言进行编写,采用支持在线仿真功能的JTAG编程工具。对程序的编译、调试以及下载等操作通过keil uvision4编译环境来完成。在完成每个模块制作和调试后,最终进行联试联调,缩短了开发周期。此外,为提高配气装置适应复杂电磁环境的能力,在硬件和软件方面都采取了保护措施。通过大量实验验证表明,该装置稳定性好、可靠性强、灵敏度高,非常适合于工作环境较为复杂的室外检定环境。
[Abstract]:In recent years, the number of gas detectors has grown rapidly, and has been well applied in factories, gas filling stations, hotels and other fields. In order to strengthen the supervision and management of these instruments, the state has formulated relevant verification regulations. In the process of measurement certification, it is necessary to use the valve distribution device to configure different concentrations of standard gas. In view of the fact that the current mainstream gas distribution device does not have the function of wireless communication, and the outdoor calibration environment of the gas detector is poor, It is difficult to play a role in outdoor verification because of the large number of people and the inconvenience of walking. A set of communication equipment which can operate the valve device in short distance and wireless operation is designed by using mature close distance wireless communication technology to improve the valve distribution device. It can better adapt to the outdoor verification environment and expand the application field of valve distribution device. This paper explains the working principle, internal module composition and the function of each module of the valve distribution device. Through the performance index of the commonly used short-range wireless communication technology, Based on the analysis of the advantages and disadvantages and the present situation of development, it is found that ZigBee short distance wireless communication technology is suitable for the design of this subject because of its low power consumption and long communication distance. The working principle of each hardware module, the circuit schematic diagram and the detailed realization process of the main modules are introduced. The overall realization scheme of the wireless communication module of the valve distribution device is designed. The realization scheme mainly includes two parts: the design of hardware module of communication system, the connection of CC2420 RF module RS485 circuit module and RF chip, the communication between microcontroller and industrial control computer, and the power management module of handheld terminal. The system software mainly consists of main function module, data receiving module, data sending module, serial port communication module and so on. The code of each module is written and debugged separately. Then the joint debugging is carried out to meet the functional requirements. Finally, the energy distribution and communication performance of the gas distribution device are verified, the test results are obtained and analyzed and compared. The software part of the system is written in C language. The JTAG programming tool which supports the on-line simulation function is adopted. The compiling, debugging and downloading of the program are accomplished by the keil uvision4 compile environment. After each module is made and debugged, the final test is carried out. The development period is shortened. In addition, in order to improve the ability of the valve distribution device to adapt to the complex electromagnetic environment, both hardware and software protection measures are taken. A large number of experiments show that the device has good stability, strong reliability and high sensitivity. It is very suitable for outdoor verification environment where the working environment is more complex.
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN92

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本文编号:1542524

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