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）

yuhang · 发表于 2009-10-4 17:05:17

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

yuhang · 发表于 2009-10-4 17:05:31

匹配之后的天线 (原文件名:P1010038.JPG)

主节点 (原文件名:P1010042.JPG)

icer1 · 发表于 2009-10-4 17:09:02

招合租……

coody · 发表于 2009-10-4 17:12:39

没意义

denmeng · 发表于 2009-10-4 17:14:48

有兴趣，占位先。

xieshuangok · 发表于 2009-10-4 17:19:30

瞧瞧

avrwoo · 发表于 2009-10-4 17:51:24

学习下

zhushiyong315 · 发表于 2009-10-4 23:29:21

看看，学习下

yuhang · 发表于 2009-10-5 09:53:27

程序过几天整理一下

lvyi913 · 发表于 2009-10-5 10:37:51

很牛B！这么几天时间能做出来真的很了不起！

lvyi913 · 发表于 2009-10-5 10:38:41

并且这位老师的照片拍的也蛮不错，呵呵！

liulangxuezhe · 发表于 2009-10-6 18:13:02

能否透露下天线怎么匹配的？

verystupid · 发表于 2009-10-7 03:46:17

于哥，我顶你。

tramp · 发表于 2009-10-9 14:45:44

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。

yuhang · 发表于 2009-10-9 15:03:22

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

aduc812 · 发表于 2009-10-9 15:05:48

ding

tramp · 发表于 2009-10-9 15:34:12

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。

yuhang · 发表于 2009-10-9 16:18:41

这个题目要求的是三个节点不超过5S

一切跟着题意来

tramp · 发表于 2009-10-9 16:28:03

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？

yuhang · 发表于 2009-10-9 16:35:08

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

verystupid · 发表于 2009-10-10 03:53:58

顶，于哥。

yixin · 发表于 2009-10-10 09:14:45

mark

ndust · 发表于 2009-10-10 09:54:54

RedStone · 发表于 2009-10-14 14:14:51

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

tramp · 发表于 2009-10-14 14:45:33

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.

flyerhacker · 发表于 2009-10-15 09:59:45

好东西

wear778899 · 发表于 2009-10-15 12:16:55

支持。。。。

支持楼主，哈哈！

wangli1013 · 发表于 2009-10-15 13:21:39

测试专家就是垃圾，除了陈南懂。

wangli1013 · 发表于 2009-10-15 13:24:58

【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。

jsnjchenyue · 发表于 2009-10-18 08:16:14

暂时不懂，顶顶

lwj006 · 发表于 2009-10-19 15:53:15

恭喜，同时也感谢分享！

gzh2654 · 发表于 2009-10-19 17:35:32

顶，母校

w48720770 · 发表于 2009-10-19 17:57:25

顶一下
呵呵 ourAVR
ourHEU

xinfa190 · 发表于 2009-10-19 18:01:43

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

yuhang · 发表于 2009-10-19 18:58:49

wr就是角频率啊

用27M 算出来的

xinfa190 · 发表于 2009-10-19 21:53:47

谢谢，用27M试过，当时算错了，又重新算了一下，没问题

RedStone · 发表于 2009-10-21 20:51:24

【24楼】 tramp
积分：4
派别：
等级：------
来自：
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

RedStone · 发表于 2009-10-21 21:01:45

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

tramp · 发表于 2009-10-22 13:41:00

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。

kevinsong · 发表于 2009-10-22 13:52:36

好东西！Mark

suiris · 发表于 2009-10-22 17:00:57

mark

maskiss · 发表于 2009-10-22 17:09:10

路过

kele2009 · 发表于 2009-10-22 17:14:05

标记！

eyouabc · 发表于 2009-10-25 14:13:17

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...

smallworm · 发表于 2009-10-25 15:38:38

支持

tramp · 发表于 2009-10-26 10:26:33

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。

fy024 · 发表于 2009-10-26 13:16:07

mark

lcy19870 · 发表于 2009-12-23 11:09:12

谢谢

quzegang · 发表于 2009-12-23 13:22:19

MARK

wjy6264 · 发表于 2009-12-27 20:43:56

MARK!

zuoyi · 发表于 2009-12-30 10:51:44

支持lz。

armok · 发表于 2010-2-14 18:40:55

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：[1005]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：[1000]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>

armok · 发表于 2010-2-14 18:41:09

论坛重新进行规划。此帖子移到更适合的技术论坛。

avr-arm · 发表于 2010-2-14 21:56:19

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

ndust · 发表于 2010-2-17 10:46:34

记号

sunzhaod · 发表于 2010-2-17 14:45:39

mark党到此

super373 · 发表于 2010-2-17 17:24:53

mark~~~

sunjie718 · 发表于 2010-2-17 18:12:49

回复【楼主位】yuhang
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记号

sunjie718 · 发表于 2010-2-17 19:35:22

记号

bluefeel · 发表于 2010-2-17 21:07:51

我也参加了，惭愧，只拿到区一等奖，

wajlh · 发表于 2010-2-17 22:00:44

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

liuruoshui · 发表于 2010-3-16 21:01:17

高手太多了，我们只是成功参赛！

mmsnm · 发表于 2010-3-18 15:16:58

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？

mrf245 · 发表于 2010-3-18 17:43:30

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

hongyancl · 发表于 2010-3-18 19:50:06

ddddddddddddd

twlkzxy · 发表于 2010-3-18 21:01:47

..........mak

xuejianhua1986 · 发表于 2010-3-18 21:52:14

mark

781905891 · 发表于 2010-3-24 12:52:20

牛人

amiao1 · 发表于 2010-4-13 15:48:53

供大家参考学习挺好的谢谢楼主！

zhg_wx · 发表于 2010-4-14 00:52:12

mark

hongyancl · 发表于 2010-4-14 09:02:12

dddddddddddddd

deadiceboy · 发表于 2010-4-15 00:05:32

mark

ak100 · 发表于 2010-4-27 16:51:37

好啊

rayz82 · 发表于 2010-4-27 17:01:59

我就做的这个题目。。。哎思路搞错难过

rayz82 · 发表于 2010-4-27 17:03:46

现在想起那几天简直就是噩梦。。。
往事不堪回首

small_swan · 发表于 2010-4-27 23:01:33

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。

smartzou · 发表于 2010-4-27 23:04:43

老师辛苦啦~嘿嘿

nantian · 发表于 2010-4-27 23:37:59

哈尔滨工程大学，这个要顶！

我们只拿到区一等奖

fshunj · 发表于 2010-4-27 23:45:33

顶起来

yuhang · 发表于 2010-5-7 12:37:42

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

yinglively · 发表于 2010-5-7 12:54:10

MARK

small_swan · 发表于 2010-5-7 16:56:50

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

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~～～～～～～～～～～～～～～～

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。

small_swan · 发表于 2010-5-7 17:36:45

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.

sailfish · 发表于 2010-5-7 18:31:00

MARK

leoyang · 发表于 2010-5-7 18:53:16

学习，领教啦，呵呵
搬个小板凳听课，谢谢

ZZL520 · 发表于 2010-5-7 19:14:25

学习一下！！！！！！！！！！！！！

sunflower · 发表于 2010-5-7 19:28:19

chengxu

chys01 · 发表于 2010-5-7 20:18:14

路过

wengfeiyin · 发表于 2010-5-10 22:57:43

路过！学习中

jack_yu · 发表于 2010-5-10 23:18:27

学习了!谢谢!

zxy2009999 · 发表于 2010-5-11 09:20:56

MARK.

weixintec · 发表于 2010-5-11 12:01:05

学习

ljt8015 · 发表于 2010-5-11 16:57:28

mark

yuhang · 发表于 2010-5-12 20:13:10

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
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~～～～～～～～～～～～～～～～
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

qingfengchenyu · 发表于 2010-5-16 15:53:52

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

qingfengchenyu · 发表于 2010-5-16 15:54:45

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

qingfengchenyu · 发表于 2010-5-16 15:59:53

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

qingfengchenyu · 发表于 2010-5-16 16:00:16

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

qingfengchenyu · 发表于 2010-5-16 16:00:53

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

QRAHAO · 发表于 2010-5-17 01:06:41

留着先

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）

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