摘 要

设备状态的采集与传输是当今研究的热点，论文中用一种新型的无线方式来完成对状态信息的传输，与有线的传输信息方式不同，无线信息传输方式不用排线不受环境影响，具有成本低、高效、占地空间小和简单易维修的优点。

无线传输芯片Si4432具有发射功率大、接收灵敏度高、接收距离远的优点所以在这篇论文中以STM32单片机为控制核心以Si4432为传输模块实现了无线传输的低成本和强传输能力，在系统中，通过自定义的组网算法规定了收集器数据采集与传输的次序，按照规定的次序，收集器可以完成对设备状态的采集与传输。本文中的系统可以适应多样复杂的传输环境，适合大范围推广。

关键词：无线 状态收集 组网协议 Si4432

Abstract

The collection and transmission of equipment status is the hotspot of today's research. The paper uses a new type of wireless way to complete the transmission of state information. Compared with the cable transmission information, the wireless information transmission mode is not affected by the environment, Low cost, high efficiency, small footprint and easy maintenance.

Wireless transmission chip Si4432 has a large transmission power, high reception sensitivity, the distance from the advantages of far away in this paper to STM32 microcontroller as the core control to Si4432 transmission module for wireless transmission of low cost and strong transmission capacity in the system , Through the custom network algorithm provides the collector data acquisition and transmission order, in accordance with the prescribed order, the collector can complete the equipment state of the collection and transmission. The system in this paper can adapt to a variety of complex transmission environment, suitable for a wide range of promotion.

Key Words：wireless；State collection；Networking protocol；Si4432

目录

第一章 绪论 1

1.1 无线设备状态收集器研究背景 1

1.2 国内外无线设备状态收集器的研究现状 1

1.3 论文研究的意义 2

1.4 本文主要研究内容以及本文的结构 3

第二章 系统总体方案设计 4

2.1 系统结构分析 4

2.2 系统功能需求分析 4

2.3 系统硬件分析 5

2.4 系统软件分析 6

第三章 系统硬件设计 7

3.1 主控芯片电路设计 8

3.1.1 主控芯片简介 8

3.1.2 主控芯片电路 9

3.2 收发模块设计 9

3.3 电源模块设计 11

3.4 隔离模块设计 12

3.5 通信模块设计 13

3.6 按键模块设计 15

第四章 系统软件设计 16

4.1 软件编译环境 16

4.2 组网算法的设计 16

4.3 发送程序的设计 17

4.4 接收程序的设计 19

结论 21

参考文献 22

致谢 23

附录A 24

附录B 25

附录C 29

第一章 绪论

1.1 无线设备状态收集器研究背景

无线设备状态收集器是对工厂机器运行状态数据进行传输的传输系统，这个系统可以实现用几个分收集器对大型机器运行时产生的数据进行采集处理，然后用无线网络的方式，发送到一个总收集器进行汇总的功能。这个系统的实时通信能力强大，再加上使用嵌入式系统，使得系统硬件结构非常简单，造价便宜，拥有非常大的发展潜力和非常大的发展市场。

在现在的发展形式下看，无线设备状态收集器系统可以借用WLAN、3G通信网络、Si4432收发模块来进行无线数据传输^[1]，这些功能完善的无线通信模式可以让系统在数据传输过程中更加快速与准确，同时也可以使系统在以后无线数据传输模式的升级更新中拥有更好的发展前景。和其他的数据传输方法相比，本设计中的无线设备状态收集器使用的是Si4432模块，更具有优势，实用性和推广性，这个无线数据传输系统在工厂嘈杂的环境里面运用无线方式进行运行状态的传输，可以很好的反应机器工作状态，给工厂机器维护检修人员减少很多的工作量^[2]。在实际的运用中，可以很好的对设备进行监控，系统有很好的发展潜力和发展空间。

这篇设计中我选用的Si4432芯片，这个芯片是采用SiliconLab公司的无线收发 IC SI4432 设计的一款高性能433M无线收发模块，具有很远的传输距离和很强的传输稳定性。所以，这个设计里面运用Si4432芯片的优势，设计了这个无线设备状态收集系统。在这个设计里面我完成了系统硬件电路的搭建以及对系统软件部分编写同时也进行了软件程序的优化，使得这个系统具有简易稳定的优点，同时也具有传输距离远和传输信号强不易受干扰的优点，具有很好的大面积推广应用的优势。

1.2 国内外无线设备状态收集器的研究现状

从1990年开始，在世界范围内人们对于无线设备状态收集器系统的研究日益增多，这个系统慢慢从无线传输领域的一个小枝叶变成了一个独立的门户来供科学工作者来进行研究。随着系统的进一步发展和完善，现在的无线设备状态收集器具有结构简单，照价便宜，功能性强，运行稳定的诸多优点，所以这个系统在各个方面都应用广泛，这个系统也从最开始的军事通信设备中的运用到后来的地震情况的探测，再到后来工业中传输机器运行状态的运用，这个系统的应用范围越来越大^[3]，这个也越来越接近现实生活，这个系统也逐渐成为了研究的重点之一。

无线状态收集器系统最主要部分的是微控制器的选择，随着嵌入式系统的发展，在现在越来越多的无线状态收集器中多采用嵌入式系统作为微控制器，嵌入式系统有着以下的特点：

1.嵌入式系统在应用过程中是面对特定的用户的设计的，所以在嵌入式系统中的中央处理器和一般的个人用户计算机的中央处理器是有很大不同的，嵌入式系统中的中央处理器具有功耗非常低，体积非常小，集成度非常高的优势，所以整个嵌入式系统体积非常的小，但是功能非常的强大^[4]。

2.嵌入式系统是众多学科具体要求下的联合产物，嵌入式系统是在电子科学技术和计算机硬件基础，计算机软件基础结合下共同培养出来的使用产品，所以这个系统拥有很好的科学基础，在不断的吸收几个学科的知识要点后，嵌入式系统注定是一个非常先进和实用的知识集成系统。

3.嵌入式系统随着半导体的集成度的越来越高自身体积也越来越小，系统在易于便携的同时功能更加强大和完善，系统加入了A/D转换，看门狗电路，脉宽调制电路等等的功能模式，这样强大功能的微型系统在投入生产运用后可以拥有很好的生命周期，带来很好的经济效益^[5]。

1.3 论文研究的意义

无线设备状态收集器是一种基于嵌入式系统的无线信号传输装置，这个系统可以实现在无人监看的情况下对工厂机器实现运行状态的监测，同时也实现了在有噪声、存在污染和不利于工厂工人长时间工作的区域的机器监控，实现了对工人工作环境的优化，同时也减少了工人的工作量，为工厂对机器的保养和维护提供了便利。

在以前的工厂中，由于无线传输技术的不完善，工厂中多采用有线方式进行传输，这种传输方式存在很大的缺陷，现场的工作环境情况恶劣，存在电线安装费用过高，传感器电路无法布线等实际问题，这样给我们的工厂中增加了很大一笔的支出，由于线路布线存在障碍，给实际的检测电路性能带来了很大的影响，所以采用有限传输不仅加大了工厂实际成本也影响了实际电路性能。但是随着半导体技术的发展和无线传输模块技术的完善，所以在这篇论文中我采用了无线传输模块对工厂运行的机器进行状态进行传输，这样可以减少工人工作量，同时也可以减少工厂在维护机器方面支出，在提高工厂自动化程度方面起着不可磨灭的作用。

1.4 本文主要研究内容以及本文的结构

在这篇论文中主要介绍的是我利用嵌入式系统和无线通信模块设计出来的无线设备状态收集器各个模块的功能，这个系统是利用嵌入式系统对无线通信模块进行编程控制实现状态信号的无线传输。在嵌入式系统的选择中，我选用的是STM系列单片机，所以这个系统是由STM系列单片机和无线传输模块来实现传输功能的，系统具体工作流程是工厂机器运行产生的电机速度电流等模拟或者数字信号经由STM系列单片机转化传输到无线模块的发射端，利用无线信号将数据传输到无线模块接收端进行接收，无线接收端接收信号后通过端口传输到上位机中，进行显示。在实际中应用中发现，这个系统由于构成非常简单，传输信号强，传输距离远，照价便宜，所以具有很大的大面积推广价值^[6]。

本文主要分为五个章节，第一章是绪论，主要介绍的是无线设备状态收集器的研究背景、国内外研究现状、研究意义和本文预期达到的目标。第二章是无线设备状态收集器系统总体方案的设计，主要介绍的是无线设备状态收集器系统的总体构成，系统的功能需求分析、硬件系统的模块构成分析、软件系统功能需求的分析。第三章是系统硬件分析，主要介绍的是各个模块的硬件构成以及硬件原件的分析。第四章是系统软件分析，主要介绍的是各个模块在进行数据传输时候软件思路。

第二章 系统总体方案设计

2.1 系统结构分析

无线设备状态收集器是为了实现对工厂机器的运行状态的数据进行收集而设计出来的无线收集系统。所以这个系统需要分布在机器的分收集器，同时还需要一个进行数据进行接收的总收集器，然后总收集器将数据发送到上位机中即可，这样系统就可以实现对工厂机器运行状态的实时监控，通过无线设备状态收集器就可以实时的了解到每个电机的转速、运行电流、电机的运行温度……，这样就可以在一个上位机系统中同时对所有机器的运行状态实现集中管理，为工厂中的设备维护和保养提供了实时的数据支持，这样就要求这个系统的系统构成如下图（图2.1）所示。