电子信息工程论文开题报告范例

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题目： 列车运行系统中的无线收发装置设计

1 本课题的目的和意义、国内外研究现状、水平和发展趋势 1.1 课题的目的和意义

数据信息传输系统是各种智能化控制系统的重要组成部分，传统的数据传送大部分 采用有线数据传送方式，如并行传送、串行传送和CAN总线等等。在有线数据传输方式当中。数据的传输载体是双绞线、同轴电缆或光纤。其实，数据传输还可以用无线传输方式，即通过空气或真空实现数据传送。相比于传统的有线数据传输方式，无线传输方式可以不考虑传输线缆的安装问题，从而节省大量线缆，降低施工难度和系统成本。我们所熟知的遥控遥测、无线抄表、门禁系统、水文气象控制系统、机器人控制系统、数字图像传输系统等等，都已经都逐步采用无线方式进行远距离数据传输。

随着国家大力发展高铁、动车等行业，我国的铁路列车事业飞速地发展，伴随着当今电子科技的飞速发展，我国轨道铁路发展前景很被看好，可是，由此带来的负面效应也慢慢显现。去年的723动车事故中我们可以深刻的认识到无线通信对铁路安全

运营的重要作用。因而设计一个列车运行系统中的无线收发装置是一个很有发展潜力的研究课题。 1.2 国内外研究现状与水平

目前，在遥控遥测、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集、无线遥控系统、无线鼠标键盘等许多应用领域，都采用无线方式进行远距离数据传输。NRF905作为无线收发模块、利用SPI口实现双向通讯的无线数据传输系统，它具有功耗低，抗干扰能力强，传输距离远，设计简单等优点，所以广泛应用于列车运行系统、以及列车无线通信等应用领域等，而在人工和自动转换轨道道岔、紧急报警、控制车厢温度等领域的应用也正有条不紊的展开。

近年来，利用无线收发装置进行的温度检测系统在理论上发展比较成熟，但在实际测量和控制中，如何保证快速实时地对温度进行采样，确保数据的正确传输，并能对所测温度场进行较精确的控制，仍然是目前需要解决的问题。温度测控技术包括温度测量技术和温度控制技术两个方面。在温度的测量技术中，接触式测温发展较早，这种测量方法的优点是:简单、可靠、低廉、测量精度较高，一般能够测得真实温度;但由于检测元件热惯性的影响，响应时间较长，对热容量小的物体难以实现精确的测量，并且该方法不适宜于对腐蚀性介质测温，不能用于超高温测量，难于测量运动物体的温度。另外的非接触式测温方法是通过对辐

射能量的检测来实现温度测量的方法，其优点是:不破坏被测温场，可以测量热容量小的物体，适于测量运动物体的温度，还可以测量区域的温度分布，响应速度较快。但也存在测量误差较大，仪表指示值一般仅代表物体表观温度，测温装置结构复杂，价格昂贵等缺点。因此，在实际的温度测量中，要根据具体的测量对象选择合适的测量方法，在满足测量精度要求的前提下尽量减少投入。

结合无线收发装置中的温度检测设备，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。在20世纪90年代中期最早推出的智能温度传感器，采用的是8位A/D转换器，其测温精度较低，分辨力只能达到1C。国外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能温度传感器，所用的是9~12位A/D转换器，分辨力一般可达0.5~0.0625C。由美国DALLAS半导体公司新研制的DS1624型高分辨力智能温度传感器，能输出13位二进制数据，其分辨力高达0.03125C，测温精度为0.2C。为了提高多通道智能温度传感器的转换速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D转换器。目前，智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化，所采用的总线主要有单线(1-Wire)总线、I2C总线、SMBus总线和spI总线。温度传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进行通信。 1.3 发展趋势

随着信息技术和计算机科学的变革和发展，无线通讯技术已经成为一种发展趋势在各个领域当中逐步得到应用。无线通讯传输技术具有成本低、无需通讯电缆、不受应用环境限制、组态灵活、重构性强等优点，这就给无线通信技术带来了很大的发展空间。无线收发系统在越来越朝着无线通信领域发展。无线通信领域各种技术的互补性日趋鲜明。同样，列车运行系统中的一些设备正朝着无线化方向发展，这主要表现在不同的接入接入技术有不同的覆盖范围，不同的适用领域，不同的技术特点，不同的接入速率。各种无线技术互补发展，各尽所长，想接入多元化，网络一体化，应用综合化的宽带无线网络发展，并逐步实现与列车控制技术的有机结合，一个更加健全的基于无线通信的列车控制技术会早日发展起来的。 2 文献查阅、调研情况 2.1 文献综述

在文献查阅期间，我分别对一些大量学习了于课题相关的书籍进行了查阅，。《单片无线收发集成电路原理与应用》[1]主要介绍了无线收发的工作原理，许多应用让我能够更加深入地了解了无线模块的工作条件和一些参数的设置。《单片无线发射与接收电路设计》[3]主要列举了一些无线收发模块和单片机设计电路，其中基于RF109的2.4 GHz 数字扩频收发器电路对于了解本课题的无线收发频率有一定的帮助，使我更加地深入了解了

两块模块要保持同步的条件，一些参数等等。《短距离无线数据通信入门与实战》[4]则是别以目前世界上广泛应用的8051内核无线片上系统(SoC)NRF9E5、NRF24E1、CCl010以及无线芯片NRF905、CCll00为中心，介绍无线通信和无线网络的原理和实战，通过这本书，让读者能够更加全面地了解NRF905无线收发模块是怎么工作的，它是如何与单片机完成数据的传送的等等。《无线信号传输装置及传输方法》[5]，从中我了解到无线收发的基本原理以及如何与单片机有机地一起工作，与本课题中用到的NRF905无线收发模块相似，同时，也学到了关于单片无线发射与接收电路的分析方法、电路结构、工作原理等相关知识，使我对本课题的设计和实现具有一定的认识与帮助。通过这些理论知识的铺垫，我也全面了解了Nordic NRF905无线数据通信收发芯片以及对8051片上系统的认识，对于我后期完成系统的构架和电路图的绘制有一定的启示作用。 2.2 调研情况

为了加深对课题的理解，做课题期间我查找考察了铁路列车运行地对车无线安全监控系统，。铁路列车运行地对车无线安全监控系统(该系统让我对无线系统有一个整体的认识，对本课题的后期系统构建有一定的帮助),这其中它包括了多个地面监测设备 、现有无线通信网络系统，其特征在于它还包括、多个第一无线数据收发装置、第二无线数据收发装置、以及列车运行安

全提示仪(。通过对这些硬件装置的学习，使我对硬件的总体设备有了一个更深的认识有一个更深的深度，对本课题中的硬件的构建有一定的帮助)。 铁路列车运行地对车无线安全监控系统的通信方式比较复杂，每个地面监测设备的监测数据输出输入端分别连接一个第一无线数据收发装置的数据输入输出端，每个第一无线数据收发装置的天线端都通过现有无线通信网络系统与第二无线数据收发装置的天线端无线数据连接，第二无线数据收发装置的数据输出输入端连接列车运行安全提示仪的数据输入输出端，列车运行安全提示仪的RS-485数据总线通信端连接 TAX2型机车安全信息综合监测装置的通讯记录单元RS-485通信端(，从这些通信协议中我学会了这其中各模块之间通信需要遵守的一些所使用的协议和原理，让我对本课题的数据通信方面和同步技术研究的实现会有点帮助)，。另外，还有无线传感器在铁路列车轴温检测方面的应用，和RFID技术在列车控制系统中的应用，使我了解了CTCS-2级列车控制系统中的射频技术，。我国铁路施工线路上使用的无线数字收发可视对讲机，功能强大，实现三百米左右无干扰的可视化，通过它可以实时地报告铁路列车施工情况以及沿线的环境等等。 3 本课题的基本内容、重点、难点 3.1 本课题的基本内容

采用NRF905芯片设计一个无线收发模块，配合AT89S52单片机系统进行无线通信，这其中包括可以进行单双向开关控制、模拟列车运行系统遇到特殊情况是所作出的发出警报、温度监控等功能。大致可以用如下层次来表示。： 3.1.1 系统硬件设计 1 NRF905无线收发模块设计

利用PROTEL软件画出电路图，设置好各参数，封装等，先可以进行电路板的焊接，下载好程序之后进行调试。 2 8051单片机最小系统设计

利用所学知识，制作单片机的最小系统，可以使用PROTUES进行软件仿真。 3.1.2 系统软件设计 1 设计单个开关调试程序 2 设计双开关按钮动作程序

3 设计模拟列车车厢内温度显示程序(预想) 3.2 本课题的重点

1. 学会使用PROTEL软件进行电路图绘制。

2. 掌握8051单片机的工作原理并能与NRF905芯片通信。

3. 了解NRF905模块的基本知识并能运用到实际中。 4. 学会使用PROTEUS软件进行电路图的仿真。 5. 程序的设计。

6. 系统的调试并完成课题。 3.3 本课题的难点 本课题的难点在于：

1. 如何让单片机与无线收发模块能够有机结合起来以及不收干扰影响

2. 程序的设计并能够正常调试。

3. 温度的显示以及超过一定温度给出报警表示。 4 解决问题的方法、手段、措施等 4.1 拟采取的方法和技术 方案1：单个开关动作程序。

具体方法：首先，先到网上或图书馆查找相关的资料，了解本课题所涉及的硬件和软件知识，有一定的认识。其次，因为本课题主要是以单片机为主，所以可以先设计一个最小系统，让单片机能够跑一下LED程序，能够调试通过或者也可以使用PROTEUS软件进行模拟仿真看能否可行;然后就是使用PROTEL软

件进行相关的硬件设计，包括仔细研究NRF905无线收发模块的芯片资料，了解相关参数之后，进行无线收发模块的设计;最后，就是使用KEIL C51软件进行程序的编写，让两块NRF905模块能够相互通信，即按发送端KEY1，对应接收端蜂明器响，按发送端KEY2，对应接收端继电器开关操作，这算基本调试完程序了。 方案二：双开关动作程序。

具体方法：其实双开关动作程序原理就是任何一方，按发送端KEY1，自身显示1，对方也显示1，按发送端KEY2，自身显示2，对方也显示2，按发送端KEY3，自身显示3，对方也显示3，这个显示模块就可以使用LED8段数码管显示出来，先可以进行程序的编写让其能够正常的显示0-9的数字，然后进行键盘数码管和NRF905无线收发模块的软件设计，调试并完成设计。 方案三：温度显示程序。

这个方案要在前面两个方案能够通过的基础上来实现，因为涉及的模块比较多，还在预想中，所以还没付诸实行。 4.2 选择的工具

本次课题将要使用STC89C51RD+开发板进行硬件与软件的辅助调试。，

STC89C51RD+开发板特点：

增强型6时钟/机器周期，12时钟/机器周期8051CPU。 工作电压：5.5V-3.4V(5V单片机)满足低功耗需求。 工作频率范围：0-40 MHz，相当于普通8051的 0-80 MHz，实际工作频率可达48 MHz。

片上集成1280字节/512字节 RAM 满足程序容量的需要。 EEPROM功能。 看门狗。

工作温度范围：0-75℃ /-40-+85℃。

本次课题还采用NRF905芯片作为无线收发模块，。 模块特点：

(1) 433/868/915Mhz 开放ISM 频段免许可证使用。 (2) 最高工作速率50kbps，高效GFSK调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合，传输距离： 开阔地传输500米,距离传输视具体环境而定 ;

(3)接收灵敏度：-100dBm，最大发射功率: 10mW (+10dBm)，瞬间最大

工作电流: 30mA，125 频道，满足多点通信和跳频通信需要 ;

(4) 内置硬件CRC 检错和点对多点通信地址控制 ; (5) 低功耗1.9 - 3.6V 工作，一般情况下，请使用3.3V供电待机模式下状态仅为2.5uA ，收发模式切换时间 650us ; (6) 模块可软件设地址，只有收到本机地址时才会输出数据(提供中断指示)，可直接接各种单片机使用，软件编程非常方便 ;

(7) TX Mode: 在+10dBm情况下，电流为30mA; RX Mode: 12.2mA ;

(8) 标准DIP间距接口，便于嵌入式应用;

硬件方面除了开发板，就是一些焊锡丝、电烙铁、电路板等一些工具。 软件:主要使用 1.:PROTEL99SE、 2.keilC51和 3.PROTEUS仿真软件。 4.3 工作进度安排

1. 1、20__-1-15至2-17 查阅资料，确定设计方案 2. 20__-2-18至2-26 撰写开题报告

3. 20__-2-26至3-26 学习NRF905模块和单片机系统 4. 20__-3-26至4-26 程序编写 5. 20__-4-27至5-26 硬件和软件的调试 6. 20__-5-27至6-10 撰写毕业设计论文 7. 20__-6-11至6-22 准备及参加毕业答辩 5 论文提纲 1. 摘要 2. 前言

3. 系统硬件介绍 4. 系统软件介绍 5. 系统分析与设计 6. 程序设计 7. 系统的实现 8. 谢词 9. 参考文献 6 主要参考文献

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