摘 要：在工業(yè)控制領(lǐng)域，常常需要采集大量的數(shù)據(jù)，然后傳輸給主機進(jìn)行處理。這些網(wǎng)絡(luò)多基于有線傳輸，在使用中有很多缺點，而無線傳輸具有成本低、效率高、維護(hù)方便等優(yōu)勢。這里介紹一種以555定時器組成的電路為主體的多參數(shù)無線數(shù)據(jù)采集模塊，可對溫度、壓力等多種參數(shù)進(jìn)行采集，并分時地用同一無線信道進(jìn)行傳輸，有著廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：無線數(shù)據(jù)采集；無線傳輸；參數(shù)采集；555定時器

中圖分類號：TN929.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1004373X(2008)1914902

Design of Wireless Data Collection Module

XIAO Feng，CHEN Aiguo

(College of Information Engineering，Inner Mongolia University of Technology，Hohhot，010051，China)

Abstract：In the field of industrial control，it needs to collect large quantity of datum，and then sends them to host to process.These networks are mostly transmitted through wire，it also has lots of disadvantages.While，whreless transmission has characters of low cost ，high efficiency and easy maintance.This paper introduces a wireless multi-parameter data collection module/s circuit which is composed by 555 timer for the main body，it can collect the temperature，pressure and other parameters，and time-sharing carries on the transmission with the same channel.It has wide prospect of application.

Keywords：wireless data collection;wireless transmission;parameter collection;555 timer

1 引 言

在工業(yè)控制現(xiàn)場，常常需要采集大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，如溫度、濕度、速度、壓力等，并將這些采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C進(jìn)行處理。目前數(shù)據(jù)的傳輸基本是基于有線的網(wǎng)絡(luò)，如RS 485，CAN等。這些有線的網(wǎng)絡(luò)一般具有成本比較高、維護(hù)不方便等缺點。而無線傳輸相對具有一定的優(yōu)勢，如成本低、可靠性高、效率高、維護(hù)方便等，并且不受地理環(huán)境和地面狀況的影響，尤其適合在野外或者不便于鋪設(shè)線纜的地區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和采集。針對這些特點，設(shè)計了一種采用無線傳輸方式的無線數(shù)據(jù)采集模塊。

2 硬件設(shè)計

本文中采用555定時器為主體的無線數(shù)據(jù)采集模塊，成本較低且適應(yīng)性較強，利用通用ISM數(shù)傳頻率433 MHz作為傳輸信道。

如圖1所示為發(fā)射板的設(shè)計框圖。通過傳感器1、傳感器2、傳感器N將工業(yè)控制現(xiàn)場的信號采集回來，經(jīng)過由555定時器組成的多諧振蕩器，通過模擬開關(guān)選擇通路，將這些信號轉(zhuǎn)換成頻率信號，再將這些頻率信號通過高頻載波發(fā)射出去。其中調(diào)制方式采用幅移鍵控方式(ASK)調(diào)制，然后由聲表面波(SAW)振蕩產(chǎn)生433 MHz的高頻信號載波發(fā)射。

2.1 信號變換原理

利用555定時器組成的多諧振蕩器實現(xiàn)R-f變換。R₁為調(diào)節(jié)頻率高低輸出的精密匹配電阻，電壓輸入端口CVOLT接一個0.01 μF的電容器C1到地，起諧振作用，以消除外來的干擾，確保參考電平的穩(wěn)定。R₁，R₂，RT1(R₃或R4)、C2組成多諧振蕩器的主要參數(shù)元件，最后得到的方波頻率信號由LM555芯片的第三引腳輸出。

2.2 通道的變換

圖2中CD4052為CMOS雙4選1雙向模擬開關(guān)，有A，B兩個二進(jìn)制控制輸入端和INH輸入端，當(dāng)INH輸入端＝“1”時，所有的通道截止。此處只選用一組，另一組為以后增加檢測項目提供了冗余。R₃，R4和R7為測量單元，分別為傳感器1、傳感器2和傳感器3，用來采集工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，定義采集數(shù)據(jù)為參數(shù)1、參數(shù)2和參數(shù)3。對于需要采集更多的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，可以選用其他的模擬開關(guān)，例如CD4051為8選1模擬開關(guān)，然后增加測量單元(傳感器)的個數(shù)就行了。考慮到成本問題，不用MCU控制模擬開關(guān)CD4052的兩個控制輸入端A和B，而選用14級二進(jìn)制計數(shù)/分頻/振蕩器CD4060，12引腳R為高電平時，計數(shù)器清零且振蕩器使用無效。CD4060由振蕩器和14級二進(jìn)制串行計數(shù)器組成，振蕩器的結(jié)構(gòu)可以是RC或晶振電路。如果選用RC振蕩，則頻率不穩(wěn)定，但頻率靈活，變換R和C就可得到想要的頻率；晶振穩(wěn)定，但頻率受到晶振標(biāo)準(zhǔn)頻率的限制。介于開發(fā)設(shè)計階段，所以選用頻率靈活可變的RC振蕩。

2.3 通道的區(qū)分

圖2中CD4060的7引腳Q4和CD4052的4引腳Y3相連，起到了同步發(fā)射標(biāo)志的作用，即同一組參數(shù)(參數(shù)1、參數(shù)2和參數(shù)3為一組，參數(shù)1′、參數(shù)2′和參數(shù)3′為另一組，以此類推)分時的用同一信道發(fā)射。

由于工業(yè)控制現(xiàn)場的數(shù)據(jù)傳輸大部分采用遠(yuǎn)距離的無線傳輸方式，要想達(dá)到較高的可靠性和高效率，對發(fā)射板來說，要求有足夠大的發(fā)射功率，而對于接收機，則要有盡可能高的接收靈敏度，根據(jù)實際需求來選擇合適的接收模塊。圖3為接收處理系統(tǒng)的設(shè)計框圖，預(yù)期完成微處理器模塊與接收模塊和其他器件的設(shè)計，完成對信號的處理，數(shù)據(jù)顯示以及與上位機的通訊等功能。

3 軟件設(shè)計

本次設(shè)計的軟件系統(tǒng)采用功能模塊化設(shè)計，雖然會稍微增加軟件代碼的長度，但是有利于軟件的維護(hù)、管理和移植。系統(tǒng)對每個功能程序進(jìn)行資源的統(tǒng)一配置，對已知的檢測設(shè)備的算法進(jìn)行分類，用戶可在程序菜單中調(diào)用相關(guān)的功能。系統(tǒng)運行時，對不用的功能模塊進(jìn)行關(guān)斷處理，節(jié)省系統(tǒng)的功耗，限于篇幅從略。

4 結(jié) 語

本文介紹的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對于其他無線數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)膽?yīng)用具有一定的參考價值，有較強的可移植能力，通過適當(dāng)改變硬件配置，比如更換測量單元傳感器的類型，以及適當(dāng)?shù)男薷某绦?，就可以?yīng)用于工業(yè)數(shù)據(jù)采集、無線遠(yuǎn)程抄表、遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能家電等領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景。

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作者簡介

肖 峰 男，1981年出生，遼寧沈陽人，在讀碩士。研究方向為檢測技術(shù)與自動化裝置。

陳愛國 男，1955年出生，教授。研究方向為自動控制及檢測。