基于Wi-Fi的无线传感器采集传输模块设计与实现

发布时间：2017-09-02 23:23

  本文关键词：基于Wi-Fi的无线传感器采集传输模块设计与实现

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【摘要】：无线传输是目前通信领域内使用最为频繁的通信手段,本文结合实际项目应用,设计了一种基于Wi-Fi的无线传感器采集传输模块。无线传感器采集传输模块的设计,主要是将传感器输出的标准模拟量信号通过滤波电路、模数转换电路以及数字处理单元进行处理后,通过无线模块以Wi-Fi通信方式发送到接收方,其目的是提高传感器的使用灵活性,并降低因布线引起的飞行器设计复杂度,同时提升飞行器的有效载荷比。本设计中的Wi-Fi无线采集传输模块采用ADS8365作为AD转换模块,FPGA是主要的控制单元,CC3200负责模块的无线通信工作。设计中将传感器的0~5V的模拟量输出信号通过二阶有源低通滤波器进行初步滤波,利用FPGA控制ADS8365对模拟量信号以10K的采样率进行采样,量化为16位的二进制数据,通过FIR滤波器对转换后的数字信号进行精确滤波处理,再将处理后的数字信号进行编码并存储于FPGA内部开辟的异步FIFO中。最后CC3200读取FPGA内部异步FIFO中的数据,进行解码校验,提取有效数据,进行重新组合并编码,并通过内部Wi-Fi网络子系统实现数据的无线通信,有效数据传输速率达到60KB/s。基于Wi-Fi的无线采集传输模块的实际测试,分信号发生器模拟试验和振动试验室实际测试两种方式。模拟试验中将标准的正弦波信号与噪声信号混合作为模块的模拟量输入,振动试验室实际测试利用中北大学研制的三向振动传感器作为实际的信号输入,对两种测试方式下的数据进行采集分析,表明所设计模块的AD采集的采集精度高,采样率满足项目要求。FPGA的FIR滤波实时性好,滤波效果符合模块的实际工作环境需求。无线通信距离远,误码率低满足实际项目应用。
【关键词】：Wi-Fi通信 无线传感器 AD采集 FIR滤波
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN92;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 引言8-16
• 1.1 课题研究背景及意义8-9
• 1.2 无线传感器研究现状和趋势9-12
• 1.3 典型短距无线通信技术概述12-15
• 1.4 课题研究的主要内容及工作15-16
• 2 无线通信相关技术16-23
• 2.1 IEEE802.11b/g/n标准16-18
• 2.2 无线局域网关键技术18-21
• 2.2.1 物理层关键技术18-20
• 2.2.2 MAC层关键技术20-21
• 2.2.3 信息安全技术21
• 2.3 Wi-Fi通信设计原则21-23
• 3 模块硬件电路设计23-36
• 3.1 模块整体设计方案简介23-24
• 3.2 传感器模块简介24-25
• 3.3 模数转换模块设计25-30
• 3.3.1 芯片选型简介26-27
• 3.3.2 模数转换电路设计27-30
• 3.4 数字信号处理单元30-31
• 3.5 Wi-Fi无线通信模块设计31-36
• 3.5.1 Wi-Fi通信芯片选型介绍31-33
• 3.5.2 CC3200外围电路设计33-36
• 4 模块软件实现36-50
• 4.1 ADS8365时序控制36-38
• 4.2 FIR的FPGA实现38-42
• 4.2.1 FIR数字滤波器设计38-40
• 4.2.2 FPGA的FIR滤波器实现40-42
• 4.3 数据编码与FIFO缓冲设计42-44
• 4.4 CC3200的软件编写44-50
• 4.4.1 TI-RTOS实时操作系统简介44-46
• 4.4.2 CC3200的Wi-Fi通信功能实现46-50
• 5 系统试验分析50-60
• 5.1 试验准备50
• 5.2 传感器信号的FIR滤波实现分析50-54
• 5.3 CC3200的Wi-Fi通信验证54-60
• 5.3.1 WiFi传输速率及可靠性分析54-56
• 5.3.2 振动试验室实际测试分析56-60
• 6 总结和展望60-62
• 6.1 全文工作总结60-61
• 6.2 下一步工作展望61-62
• 参考文献62-66
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及所取得的研究成果66-67
• 致谢67-68

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本文编号：781507