论文总字数：22072字

目 录

第一章 绪论 1

1.1 课题的研究意义 1

1.2 国内外发展现状 1

第二章 无线数传的相关原理及分类 3

2.1 无线数据通信原理 3

2.2 LoRa技术相关介绍 3

第三章 系统的硬件选择及设计 5

3.1 系统的硬件部分总体设计 5

3.2 采集器的选择 5

3.3 无线模块的选择 6

3.3.1 常见模块的比较 7

3.3.2 E32-TTL-100相关介绍 7

3.3.3 模块参数的设置 9

3.4 测试用DS18B20介绍 9

3.5 接口转换相关设计 11

3.6 相关电源部分的介绍 12

第四章 系统的软件设计 14

4.1 系统的软件部分总体设计 14

4.2 DS18B20相关程序设计 14

4.2.1 相关读写程序 15

4.2.2 温度转换程序 17

4.3 串口发送部分程序设计 19

4.4 开发环境及相关测试软件介绍 19

第五章 系统的相关测试 21

5.1 测试的总体思路 21

5.2 距离测试 21

5.3 抗干扰测试 22

5.4 测试结果分析 22

第六章 总结 24

参考文献 25

致谢 27

气象仪器数据无线传输接口设计

赵东

，China

Abstract：With the progress and development of science and technology, wireless data transmission technology has been applied in various fields, which is very promising.In recent years, things make use of the new technology of wireless data transmission technology and lavatory, like the internet of Things,NFC,etc, make it convenient for people to live.Detection of atmospheric boundary layer elements on the weather is very important, and now for detection of boundary layer is mainly rely on by sounding balloon and mooring boat mount related meteorological instrument measurement data is sent back to the ground and through the wireless way.And in this paper, we design a kind of low power consumption, long distance, good stability, wireless data transmission system to meet the demand for detection of atmospheric boundary layer.In this paper, the design of wireless data transmission system is mainly composed of hardware and software.With the STC89C52 single chip processor and SX1278 wireless data transmission module as the core of hardware system to realize communication through software programming.

Key words：meteorological instrument，wireless transmission，STC89C52，SX1278

第一章 绪论

在科技高速发展的当今社会，无线数据通信已经成为了日常生活中不可或缺的一项关键技术，特别是近年来，国内外在智能家居、物联网、无线通信都取得了较大的发展成果。以物联网为例，美国、欧盟、日本、韩国和新加坡5个国家自21世纪以来就一直在大力推动物联网的发展与应用，而欧盟作为世界上第一个系统提出物联网发展和管理计划的机构，2005年4月欧盟执委会正式公布了未来5年欧盟信息通信政策框架“i2010”，以提供一致性的管理架构来适应全球化的数字经济，迎接数字融合时代的来临^[1]。建立在无线数据传输技术基础上的新时代正向着我们一步步走来。

1.1 课题的研究意义

无线数据传输技术自上世纪被发明以来，经过了多年的发展已经十分的成熟，其具有成本较低、系统组建简便、易于维护的特点，相比之下传统的有线数据传输就显现出了的布线难、成本高、维护不方便的问题。长距离的无线数据传输可以和通信运营商合作，利用他们所搭建的通信基站来传输，短距离的无线数据传输则可直接利用无线数据传输芯片和单片机或是电脑再加上很少的外围器件就可以实现。

目前很多气象仪器的数据测量都已经实现自动化，所测得的数据现在可以通过有线或无线的方式传输到电脑上然后再进行处理。如深山中的无人值守自动气象站就是将采集器所采集到的数据通过无线传输的方式传回电脑然后进行处理；有人值守的自动气象站采集器和电脑之间可以采用某种数据通信接口（如RS232）来通信，气象站网络之间可以借助于通信运营商（如CDMA）来实现远距离的传输^[2]。有线连接的方式如果线路出现什么问题就需要进行全面的排查，布线的时候费时费力，不可能实现快速组装，可以利用无线数据传输技术来代替数据传输导线，将无线数传系统嵌入到气象仪器之中，以此来实现气象仪器数据的无线传输。

在气象方面无线传输应用得较多的是在探空方面，数字式的探空仪挂载在探空气球上放飞，然后温、压、湿等要素的传感器开始测量数据，采集器将所测得的数据打包通过发信装置送回地面。由于探空气球随风而走且高度高，不可能架设这么长的电缆，只能够通过无线传输的方式将数据发送回地面，特别是对大气边界层（因下垫面条件不同，一般为几百米到一二公里的高度）的要素探测就特别适合利用无线传输的方式来进行数据通信。无线数传技术是可以应用于自动气象站和探空的低成本、高效率的技术。

本文所采用的方案就是利用无线数传模块和单片机再加上相应的外围器件来实现气象仪器所测数据的无线传输。

1.2 国内外发展现状

近年来国内外在无线通讯、数据传输领域都取得了长足的进步，无线数传技术被应用于各行各业之中，在民用商用领域有了一系列的成果。目前应用最多的主要有：卫星通信技术、蜂窝技术和2.4G无线技术。卫星通信技术由于成本过于昂贵，目前还没有被广泛应用于民用领域；蜂窝技术被用于普遍使用的手机，它能够提供语音和数据的双向通信，目前主要的制式有GSM、GPRS、CDMA等；2.4G技术由于传输速率较快且功耗很低，采用开放式网络协议，在价格上有绝对优势，在日常生活中得到了较为广泛的应用，尤其以WIFI为代表。

以上所提到的这些成果大多都是用于远距离无线数据传输，气象仪器数据的传输距离一般不要求达到那样的几百甚至是上千公里，可以选择功耗更小，成本较低的、传输距离在几百米到数公里不等的射频芯片来进行数据的传输。在这一方面，国内外也有了一定的研究，如：杨卓静等人在2010年便整理提出了利用无线传感器构建网络并在工业和民用领域实现了应用^[3]。李莎等人在2011年主要利用了nRF24L01数传模块设计了一个误码率低,传输速率快,能实现可靠的无线数据传输的无线数传系统^[4]。张佳瑞在2013年所提到的主要是利用STC89C52单片机和深圳技卓科技公司生产的小功率无线模块JZ877来构建数据采集和无线数传系统，实现了对数据的远程采集和回传^[5]。Shu Lian Yang等人构建了基于于nRF905射频芯片基础上的无线测温测湿系统，该系统可以远程测量粮仓内的温度、湿度并将结果实时的传回监控端，省去了大量的人力、物力成本^[6]。Zhen Hua Xing等人在2012年也是利用了nRF905模块实现了组网,网络中的模块可以相互之间进行数据的传输^[7]。李杰等人利用cc1020无线模块设计了一个气象仪器的无线数传系统并加入了一个串口摄像头,可以将实时的天气现象拍照一并传回^[8]。张永宏等人在2013年利用nRF24L01模块设计了一个基于无线数传系统的门禁身份远程验证系统,解决了门禁系统功耗过高的问题^[9]。边晓明等人设计了以51单片机为控制核心,以nRF905无线传输模块为基础来实现数据的无线发送和接收,通过软件编写的上位机界面软件来实现与电脑通信的无线数传系统^[10]。Xie Y等人利用无线模块、单片机和显示屏制作了一个实时显示的计时系统，解决了传统比赛计时系统有线连接裁判操作不便的问题，也更利于运动员在比赛中了解时间^[11]。陈晓栋等人在2014年提出了利用780MHz为主要通信频率来设计无线数传系统的想法,重点介绍了780 MHz无线传感器网络的硬件设计,并进行了相关的测试,通过改变无线收发距离,对不同 频段的无线传感器网络节点的接收信号强度值和平均丢包率进行了分析^[12];左湘文等人在2015年基于51单片机和NRF905无线射频控制芯片开发了一个适用于气象数据传输的无线数传系统,该系统对不同型号自动气象站具有良好的自适应能力，实现了气象数据的无线传输、显示和存储^[13];王瑞、李跃忠在2015年利用了带有扩频功能的sx1278芯片结合单片机组成系统该系统，可以将水表的数据通过无线的方式送到处理端，极大的节省了人工抄表的高成本且效率要远高于人工抄表^[14]。

无线数据传输系统已经随着科技的发展变得越来越稳定，成本越来越低，将来许多有线的连接方式必将被无线技术所替代。

第二章 无线数传的相关原理及分类

2.1 无线数据通信原理

无线数据通信是利用无线技术来实现数据传输的一种技术，其本质就是利用电磁波来传播信息，一般一个完整的无线数据传输系统是由发送端、接收端两大部分构成。发射端先产生一个经过放大和调制的载波信号，然后将所要发送的信息转化为适当的电信号与载波信号混合后经过功率放大后输出，流程如图2-1所示，然后接收端经过一个相反的调制过程又称解调将信息提取出来，如此便完成了一次无线数据传输。

输出功率

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