全国大学生电子设计竞赛一等奖作品,无线环境监测模拟装置方案以及程序解密(原创)
首先:先解释一下,本人不是参赛的选手,仅算是指导教师,作品由三个学生四天三夜完成为了珍惜劳动成果希望大家,尽量不要转载,以保证帖子的原创性和公正性。
其次:公布方案和程序不是为了炫耀,而是希望大家多给予意见和建议,另外由于时间仓促
作品难免有不足的地方,敬请原谅
以下是这个题目的要求,其实从表面看没什么难的,但是这道题的工作量远远不只这些
D题--无线环境监测模拟装置ourdev_488243.doc(文件大小:84K) (原文件名:D题--无线环境监测模拟装置.doc)
其余的题目一套系统就足够了,但是这道题要求做三个节点,通过分析可以看出这三个
节点都必须有独立的收发部分,而且还要有主机来协调。
考虑到这些因素,最终选择将所有节点都制作成一模一样的,通过设置不同的地址来区分是主机还是从机
从题目来看地址00所对应的就是主机。这样只要完成一个节点,那其余节点的硬件部分就可以完全照仿
工作频率的选择,主要由线圈和手头现有的芯片决定,由经验和理论_公式可以得知频率越高距离越远但是由于要求小于30M
因此 采用了27M(此频率的晶体非常好找),而接收采用收音机芯片,本振采用了38M(也是由晶体振荡器提供)这样就有11M的中频
而调试方式 必然选择ASK
选择ASK 有几点考虑:低频下的FSK不好做,变容二极管的容值变化太小,另外采用数字的手段做FSK功耗太大。ASK在大信噪比下解调比较容易
至此一个27M的振荡器+与门就可以作发射机了
另外还有一点非常重要:即天线的问题,由于线圈作为天线,其物理尺寸决定着天线的效率,因此太大的发射功率对线圈来说都会浪费
将线圈的分布参数测量出来以后,通过smith图用简单的元件将其匹配到50欧,此时原来线圈的Q值由几万变成了一般天线所具有的Q值(20-50)
以上是个人对本题目的一点理解
下面是详细的作品报告和测试指标
点击此处下载 ourdev_488245.pdf(文件大小:252K) (原文件名:无线环境监测模拟装置00.pdf)
详细内容慢慢公布 http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_19/ourdev_488271.JPG
匹配之后的天线 (原文件名:P1010038.JPG)
http://cache.amobbs.com/bbs_upload782111/files_19/ourdev_488266.JPG
主节点 (原文件名:P1010042.JPG) 招合租…… 没意义 有兴趣,占位先。 瞧瞧 学习下 看看,学习下 程序过几天 整理一下 很牛B!这么几天时间能做出来真的很了不起! 并且这位老师的照片拍的也蛮不错,呵呵! 能否透露下天线怎么匹配的? 于哥,我顶你。 祝贺你获得了全国一等奖,电路设计也比较新颖。不过我觉得你的设计方案里面有问题,本题要求节点应该是255个,虽然实际只做两个,但是还是必须按照255个节点网络来考虑。也就是说每次255个节点的数据全部传完的时延小于5秒,而不是仅仅两个的节点的数据时延小于5秒。因此你的定时100MS的广播命令的发送是不正确的。同时你的波特率仅仅9600也完全不能满足要求。特别是在极端情况下,如果只有一个节点能够直发,其余254个节点都是转发,你这个方案就完全不能实现题目要求。此为我个人意见,欢迎讨论。 楼上说的的确在理
论文里写的程序思路是最开始我们想的
但是实际的作品和这个有点出入
最终作品,一共有4个节点
也就是说我们做了四个
任意一个节点 都可以作为主机
并且测试过 四个节点 的情况下的传输,速度很快 ding 这题的传输时延5秒其实是一个很大的技术陷阱。如果完全按照255节点网络加上转发功能全体实现的情况,并且考虑数据传输可靠性,数据再进行SPL编码,则数据传输的波特率至少要30K以上。因此,普通单片机实现还是有相当难度。不过很可惜,我看了网上很多人公布的方案,这一点都忽略了。有的甚至波特率几百都出来了。 这个题目 要求的是 三个 节点 不超过5S
一切跟着题意来 你的理解恐怕大错特错吧。
题目的原话是:
(1)设计并制作一个无线环境监测模拟装置,实现对周边温度和光照信息的探测。该装置由1个监测终端和不多于255个探测节点组成(实际制作2个)。...............
(2)无线环境监测模拟装置的探测时延不大于5s...........
是整个无线环境监测模拟装置的探测时延不大于5s,也就是255个探测节点总体探测时延不大于5s,而不是2个。
如果仅仅考虑2个节点,5秒的探测时延这个指标还有意义吗? 测试的时候就是 按照两个节点测试的,只要不大于5s就行
这个是测试标准里面写的 顶,于哥。 mark jh 13楼 :
题目只要求测试2个节点的情况,2个节点时碰撞的概率还是比较小的。至于255个节点的情况,即使是理论上行得通的,没有经过测试你能保证谁的协议是完全可靠的么?比较典型的ZigBee协议,虽然理论上节点数可以达到60000多个,但实际上节点数达到几十个时,网络拥塞现象就很明显了,有谁测试过255个节点时ZigBee协议能保证5秒钟的采集延迟么?而且得是Ad-Hoc模式!这个协议如果考虑得面面俱到,会及其难写,而且要经过反复测试才能确定没问题,我们的目标是达到测试要求即可,而且要能够可靠工作
看过一个美国俄亥俄州立大学搞的WSN项目“A Line In The Sand”,可以算是WSN技术的世界级领先水平了,他们的报告称试验阶段最多只能支持90个节点
做项目都是按照最终的测试指标来做,何况是比赛呢 你在竞赛做的时候怎么知道测试标准呢?工程上的传输时延都表示整个网络满负荷工作的时延.只能说明你们的运气比较好,测试专家没有什么工程经验,不知道提出这方面的问题.再说,就本题而言,根本不用什么复杂的协议就可以满足要求.但绝对不是理解为两个节点的传输时延为5秒. 好东西 支持。。。。
支持楼主,哈哈! 测试专家就是垃圾,除了陈南懂。 【24楼】 tramp
支持
我们的就是按照你想的这样来做的,我想出题者应该也是想让大家这么做,呵呵,这也讲个运气吧。 暂时不懂,顶顶 恭喜,同时也感谢分享! 顶,母校 顶一下
呵呵 ourAVR
ourHEU 问个问题,论文中线圈的品质因数的计算公式Q=Wr*Lant/Rant其中的Wr是怎么确定的?用根号下Lant*Cant计算出来的结果与楼主论文中计算出来的有出入,用27M相差更大
谢谢 wr就是角频率啊
用27M 算出来的 谢谢,用27M试过,当时算错了,又重新算了一下,没问题 【24楼】 tramp
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你在竞赛做的时候怎么知道测试标准呢?工程上的传输时延都表示整个网络满负荷工作的时延.只能说明你们的运气比较好,测试专家没有什么工程经验,不知道提出这方面的问题.再说,就本题而言,根本不用什么复杂的协议就可以满足要求.但绝对不是理解为两个节点的传输时延为5秒.
比赛就是为了拿奖 奖拿不到说什么都无用 测试指标题目里写得很明白,用两个节点测试。光在那说是不行的,你可以试着做一套做一套255个节点排成一线接力传输延迟小于5秒而且功耗小到可以两节5号干电池供电,能把这套东西做出来你就可以博士毕业了 比赛为了拿奖没有问题,但是从整体方案设计必须要正确,如果设计方案都不能满足题目要求就更别提后面的制作了。要求255点时延5秒实际并不是为了很复杂的协议,最关键要求数据传输的速率要快。数据传输速率加快就要求信道带宽加宽,信道带宽变了之后你的很多设计电路就需要重新考虑了。 好东西!Mark mark 路过 标记! 38楼
当完完整整的做完一遍,你应该就不会有这样的理解了,在4天3夜的时间完成已实属不易了,要是在做一套完善而且行得通的通信协议,你认为那是这84个小时完成的吗?这不是在钻这个题的空子,而是题目既然这样出就有他出的道理,要是一直在纠结这个问题,我看只有出题人陈南教授来解释了... 支持 楼上,
本人同样获得全国一等奖,而且指标全部完成。不满你说,我们的测试专家就传输时延的问题问得很仔细,幸好没有找到漏洞。我们的方案是将5秒分成768个时隙,首先由终端发射通播采集信号,各节点收到该信号后,按照的编号进行延时,在相应的时隙内返回数据。那么第一轮需要255个时隙。没有收到终端通播采集信号的节点,如果收到临近节点返回的数据信号,则表示需要转发,那么在等待第二轮的发射时隙。在转发的情况下,每次数据到达终端需要两个时隙,因此共分成了768个时隙。同时,为了防止个节点的定时误差,真正的发射时间只占一个时隙的一半。这样,绝对保证节点发射数据没有冲突,同时也不需要复杂的通信协议。
这样做当然也有缺陷,不能多级转发。然而,题目只要求了两级转发,因此这样做是可以的。至少从整个题目来说,我们是没有漏洞的。 mark 谢谢 MARK MARK! 支持lz。 以下蓝色文字由坛主:armok 于:2010-02-14,18:40:55 加入。<font color=black>请发贴人注意:本贴放在这分区不合适,即将移走
原来分区:大学生电子设计竞赛及其嵌入式系统专题邀请赛
即将移去的分区:AVR (原ourAVR.com) 技术论坛
移动执行时间:自本贴发表0小时后
任何的疑问或咨询,请可随时联系站长。谢谢你的支持!</font> 论坛重新进行规划。此帖子移到更适合的技术论坛。 我们也做了这个题目,没能全国一等,只差一点了,向楼主学习,不过楼主方案不是最好的,嘻嘻 记号 mark党到此 mark~~~ 回复【楼主位】yuhang
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记号 记号 我也参加了,惭愧,只拿到区一等奖, 回复【59楼】bluefeel
我也参加了,惭愧,只拿到区一等奖,
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在这个全民造假的背景下,拿区一也不容易了。鼓励一下 高手太多了,我们只是成功参赛! 回复【楼主位】yuhang
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能给我你用的sa636的电路图么?我现在想研究一下,我也是做的这个题目,只是一个成功参赛,惭愧。看了你们的论文非常好,就是sa636的片子没接触过,它的应用电路图能给我看下么? yuhang兄!我是永远的FM!!!
终于看到你们作品的庐山这面目了。。看到这个东西现在心里正一阵激动中
其实那次比赛之后我们郁闷了很久只拿到个安慰奖。。。
说真的对于数据收发协议这方面我们是完全不在行。要说搞射频电路还是可以的。你们都是高手。。。。以后继续向你们多多请教才行 ddddddddddddd ..........mak mark 牛人 供大家参考学习 挺好的 谢谢楼主! mark dddddddddddddd mark 好啊 我就做的这个题目。。。哎 思路搞错 难过 现在想起那几天简直就是噩梦。。。
往事不堪回首 在公司加班,简单看了一下。
发现大家都是讨论数字部分的
我就来讨论一下高频电路
问题:
1.天线特性阻抗如何测量?
2.发射天线Q值有几万?晶振吗?我从来没见过Q值上万的线圈
3.运用Smith Chart将天线匹配到50欧姆?
这个当然没问题,但是,你确定你的振荡电路输出阻抗是50欧姆?
个人觉得,楼主的高频电路设计部分,思路比较混乱,个人愚见,欢迎讨论。 老师辛苦啦~嘿嘿 哈尔滨工程大学,这个要顶!
我们只拿到区一等奖 顶起来 回复【76楼】small_swan
问题:
1.天线特性阻抗如何测量?
2.发射天线q值有几万?晶振吗?我从来没见过q值上万的线圈
3.运用smith chart将天线匹配到50欧姆?
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天线用电桥粗略测量的
直流电阻非常小的电感 Q值当然可以做到上万,前提是在高频的时候
匹配到50欧用笔算一下就行,不复杂
另外振荡电路输出阻抗接近50 这个可以有可调电容来微调弥补 MARK 天线用电桥粗略测量的
直流电阻非常小的电感 Q值当然可以做到上万,前提是在高频的时候
匹配到50欧用笔算一下就行,不复杂
另外振荡电路输出阻抗接近50 这个可以有可调电容来微调弥补
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感谢楼主回复我的问题,所以我专门下载了楼主的PDF文档,看了一下你的具体方案
高频部分,我还是不能认同
1.论文中计算了天线线圈的品质因数:Q
得出了Q=10178.8的结论,
首先,Q值大于1万,确实是个非常雷人的结论
乍一看,计算好像也没错,WL/R
其实是明显错误的,因为你的L是1.5u,用lcr侧出来的,没问题
但是,r,问题就大了,这个电阻叫做线圈的高频损耗电阻,你测量的值是25m ohm,所以得出q>10000的结论,
这是错的,因为线圈损耗电阻在低频时几乎等于零,根本不用测,但在27MHz的载波频段,它的数值不可忽略,
直接决定线圈的q值,要远远大于25m ohm,所以空心线圈的q值最大值只能是几百,决不会是1万
这个电阻不好测,用LCR搞不定,一般情况下要用高频q表测量。
还有一些问题
暂时先说这么多。 2.将天线匹配到50欧姆:
这个问题,我有点疑问。
因为在射频通信中,传输馈线的特性阻抗是50欧姆,为了避免反射,必须要求天线匹配。
而在楼主的发射示意图电路中,输出级是门电路74HC02
它在27MHz的输出阻抗是50ohm吗?
如果不是
我认为将天线匹配到50ohm,是无意义的. MARK 学习,领教啦,呵呵
搬个小板凳听课,谢谢 学习一下!!!!!!!!!!!!! chengxu 路过 路过 !学习中 学习了!谢谢! MARK. 学习 mark 回复【82楼】small_swan
天线用电桥粗略测量的
直流电阻非常小的电感 q值当然可以做到上万,前提是在高频的时候
匹配到50欧用笔算一下就行,不复杂
另外振荡电路输出阻抗接近50 这个可以有可调电容来微调弥补
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感谢楼主回复我的问题,所以我专门下载了楼主的pdf文档,看了一下你的具体方案
高频部分,我还是不能认同
1.论文中计算了天线线圈的品质因数:q
得出了q=10178.8的结论,
首先,q值大于1万,确实是个非常雷人的结论
乍一看,计算好像也没错,wl/r
其实是明显错误的,因为你的l是1.5u,用lcr侧出来的,没问题
但是,r,问题就大了,这个电阻叫做线圈的高频损耗电阻,你测量的值是25m ohm,所以得出q>10000的结论,
这是错的,因为......
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我也刚发现这是个问题,Q值的确不能这么高
我实际测量的25毫欧电阻 是直流
而当频率高的时候导体有趋夫效应,导致等效电阻变大,这个可有公式计算出来,实际电阻约为0.7欧
这里的确是算错了
多谢指正 回复【楼主位】yuhang
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楼主,你好, 我的论文题目和无线环境监测装置差不多,能不能把你的设计资料发给我,万分感谢!!!
我的邮箱是zhaoyedong520@163.com 回复【13楼】tramp
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你好, 我的论文题目和无线环境监测装置差不多,能不能把你的设计资料发给我,万分感谢!!!
我的邮箱是zhaoyedong520@163.com 回复【33楼】xinfa190
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你好, 我的论文题目和无线环境监测装置差不多,能不能把你的设计资料发给我,万分感谢!!!
我的邮箱是zhaoyedong520@163.com 回复【53楼】avr-arm 光芒嵌入式
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你好, 我的论文题目和无线环境监测装置差不多,能不能把你的设计资料发给我,万分感谢!!!
我的邮箱是zhaoyedong520@163.com 回复【82楼】small_swan
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你好, 我的论文题目和无线环境监测装置差不多,能不能把你的设计资料发给我,万分感谢!!!
我的邮箱是zhaoyedong520@163.com 留着先
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