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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:王姵琪
研究生(外文):Pei-Chi Wang
論文名稱:433 MHz 數位無線收發機之測向系統與火災警報系統實現
論文名稱(外文):Implementation of Radio Direction Finding and Fire Alarm Systems Using 433 MHz Digital Wireless Transceiver
指導教授:余政杰余政杰引用關係
指導教授(外文):Cheng-Chieh Yu
口試委員:曾德樟鄭群星
口試委員(外文):Der-Chang TsengChiun-Shing Cheng
口試日期:2012-07-30
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:電腦與通訊研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:166
中文關鍵詞:數位無線射頻測向微控器串列周邊介面射頻收發模組訊號強度指示平面式微帶天線溫度感測器
外文關鍵詞:Digital WirelessRadio Direction FindingMicrocontrollerSerial Peripheral InterfaceRadio TransceiverReceived Signal Strength IndicatorMicrostrip AntennaDigital Thermometer
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本數位無線系統研究使用之射頻收發模組,主要設計為ISM(工業、科學與醫療)和SRD(短距離設備),其內部射頻收發積體電路是採用TI公司的高性能無線通訊晶片CC1101製作而成。
本論文研究主軸分為兩個部分,第一部分為數位無線收發測向系統,其分成兩階段設置,第一階段為在數位無線部分將PIC18LF4520微控器與433MHz射頻收發模組進行結合完成無線傳輸,第二階段為整合微控器、射頻收發模組及天線使測向系統更具備完整性。
在數據傳輸通訊中,經由PIC18LF4520微控器之串列周邊介面對射頻收發模組實施設置,並使用C語言撰寫程式,使系統架構更加俱備實用功能,並將微控器與射頻收發模組完成無線傳輸功能。在無線傳輸通訊中必須達到測向判別功用,本論文在無線傳輸部分,將具有全向性質的平面式微帶天線取代接收端原始射頻收發模組上的全向性天線,並透過射頻收發模組之接收訊號強度特性,藉以判別發射端與接收端之間的相對距離關係,並且正確的判別發射端位置,達到無線測向搜尋之功能。
第二部分為數位無線收發火災警報系統,此系統於發射端裝置溫度感測器,而在接收端裝置升壓聲光閃爍警報器,每當設置於發射端的溫度感測器感測到溫度數據達到臨界值,則發射端立即將警報數據無線傳輸給接收端,當接收端接收到發射端所傳輸之警報數據時,則啟動升壓電路使聲光閃爍警報器開始動作,藉以達到即時的民生安全防護措施。


In this thesis, the research are implemented to build a complete radio directional finding (RDF) and fire alarm systems. These architecture of Radio Directional Finding and fire alarm systems were composed of PIC18LF4520 microcontroller and RF transceiver module. The RFIC(CC1101) embedded in the RF transceiver module is equipped with the ability to dynamically update the content of the internal build received signal strength indicator(RSSI).
This dissertation is divided into two sections. First section is Radio Directional Finding system bring about two phases. The first phase is the data communications are properly set through the 4-wire serial peripheral interfaces(SPI) through the PIC18LF4520 microcontrollers with 433MHz RF transceiver modules to complete wireless transmission ; in the second phase, the radio directional finding (RDF) system is integration of PIC18LF4520 microcontroller, RF transceiver modules and antenna make the system with integrity. The research conducted in this thesis integrated not only hardware but also firmware. This system uses the C language constructs program and microstrip antenna to replace the original omnidirectional antenna at the receiver. Finally, we determine the transmitter location through RF transceiver modules of the received signal strength indicator(RSSI) characteristics.
The second section is fire alarm system. Digital thermometer installed in the transmitter. When the thermometer sensed data threshold is reached. The alarm system will be activated immediately. This system is intended to notify the building occupants to evacuate in the event of a fire.


中文摘要 i
英文摘要 iii
誌謝 v
目錄 vi
表目錄 x
圖目錄 xi
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 論文綱要 2
第二章 無線測向系統概述 4
2.1 無線測向系統工作原理 4
2.2 無線測向系統之應用 5
第三章 PIC18LF4520微控器應用於SPI串列周邊介面傳輸 6
3.1 PIC微控器介紹 6
3.1.1 PIC微控器核心架構介紹 6
3.1.2 PIC18LF4520微控器主要功能介紹 9
3.1.3 PIC18LF4520微控器發展工具介紹 12
3.2 數位傳輸介紹 14
3.2.1 串列與並列 14
3.2.2 單工與雙工 15
3.2.3 天線 17
3.3 串列周邊介面 19
3.3.1 PIC18LF4520微控器SPI模式簡介及工作原理 20
3.3.2 PIC18LF4520應用於SPI串列周邊介面傳輸實驗 30
3.3.2.1 實驗目的與電路說明 30
3.3.2.2 狀態轉換及程式流程說明 31
3.3.2.3 實驗結果 36
第四章 CC1101無線收發機數位資料傳輸 39
4.1 CC1101無線收發機與模組介紹 39
4.1.1 CC1101收發機特性與內部電路介紹 39
4.1.2 CC1101收發機模組內部電路介紹 42
4.2 4線制串列配置和數據傳輸介面 44
4.2.1 晶片狀態位元組 45
4.2.2 暫存器存取 46
4.2.3 FIFO存取 49
4.2.4 CC1101軟體設定 50
4.2.5 433MHz頻率設定 50
4.2.6 數據速率設置 51
4.2.7 輸出功率設定 52
4.2.8 數據封包格式設定 53
4.3 微控器與收發機接腳配置 54
4.3.1 微控器接腳配置 54
4.3.2 基本控制和狀態接腳 54
4.3.3 自訂無線控制特性 54
4.4 PIC18LF4520與CC1101射頻收發機SPI之實驗 56
4.4.1 實驗目的與電路說明 56
4.4.2 程式流程說明 57
4.4.3 實驗結果 61
4.5 CC1101射頻收發機數據封包傳輸實驗 63
4.5.1 實驗目的與電路說明 63
4.5.2 程式流程說明 64
4.5.3 實驗結果 69
第五章 433MHz CC1101射頻收發機RSSI資料封包傳輸 71
5.1 室內定向概述 71
5.1.1 接收訊號角度定位法(AOA) 72
5.1.2 到達時間定位法(TOA) 73
5.1.3 到達時間差定位法(TDOA) 74
5.1.4 接收訊號強度定位法(RSSI) 74
5.2 RSSI訊號強度指示 76
5.2.1 RSSI定位技術 77
5.2.2 透過RSSI判斷物體距離 77
5.2.3 CC1101之RSSI 77
5.3 CC1101射頻收發機RSSI資料傳輸實驗 80
5.3.1 實驗目的與電路說明 80
5.3.2 程式流程說明 82
5.3.3 實驗結果 89
第六章 射頻收發機與平面式微帶天線之整合實作 93
6.1 天線簡介 93
6.2 平面式微帶天線設計與量測 95
6.2.1 平面式微帶天線之架構設計 95
6.2.2 天線模擬與量測 96
6.3 射頻測向系統整合之完整性與功能性 99
6.4 整合收發機與天線實驗 100
6.4.1 實驗說明 100
6.4.2 實驗結果 101
6.4.3 實際搜尋不同環境之物理現象 104
第七章 射頻收發機與火災警報系統之應用 105
7.1 實驗目的 105
7.1.1 引發火災對人的危害概述 105
7.1.2 火災的預防 105
7.2 火災警報系統之架構 107
7.2.1 熱能感測器之簡介 107
7.2.2 警報器之實作 114
7.3 射頻收發機與火災警報系統之結合 116
7.3.1 射頻收發機與火災警報之實現 116
7.3.1.1 電路說明 116
7.3.1.2 程式流程說明 118
7.3.2 射頻收發機與火災警報之實驗結果 123
7.3.3 實際偵測不同環境之物理現象 125
第八章 結論 127
參考文獻 128

附錄
A 於2011年全國電信研討會發表之會議論文 131
B 參考程式碼 138
C 射頻收發機實作 159
研究心得 166
作者簡介 167


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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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