哈爾濱哈投投資股份有限公司供熱公司 于 強(qiáng)

1.引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)以及無線通信技術(shù)都得到了長足的發(fā)展，并已成為了國內(nèi)外重點發(fā)展的科技領(lǐng)域之一[1]。傳感器技術(shù)在工業(yè)、醫(yī)療、軍事等眾多領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。傳感器通過感知被測量，按照某一規(guī)律完成轉(zhuǎn)換并輸出信號。利用數(shù)據(jù)采集技術(shù)實現(xiàn)對信號的采集并進(jìn)行相應(yīng)的信號處理。當(dāng)在一些現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜、惡劣或者是地處偏遠(yuǎn)的情況下，有限傳輸方式無法適應(yīng)時，就需要采用無線傳輸方式來解決問題。

目前，無線傳輸?shù)膶崿F(xiàn)方案有多種，例如：無線局域網(wǎng)（WLAN）、ZigBee、紅外線技術(shù)、藍(lán)牙（Bluetooth）技術(shù)、RFID等[2]。WLAN技術(shù)主要特點是上下行速率高、建網(wǎng)快速、組網(wǎng)方式多、移動性強(qiáng)、組網(wǎng)成本低等；紅外線技術(shù)實現(xiàn)的是點對點的通信，具有功耗低、體積小、簡單易用等特點，但點對點之間不能有障礙物的阻擋；藍(lán)牙技術(shù)具有多點連接、功耗小、高速率的特點[3]。

本文設(shè)計了一種基于Microchip PIC24F單片機(jī)的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了Microchip PIC24F單片機(jī)作為CPU，采用Zigbee CC2530作為無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，具有電路結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單、實用性強(qiáng)的特點。

2.無線傳輸系統(tǒng)設(shè)計

本文設(shè)計了一種基于Microchip PIC24F單片機(jī)的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用Zigbee CC2530作為無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，實現(xiàn)下位機(jī)和上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信；采用Microchip PIC24F單片機(jī)作為系統(tǒng)CPU，一方面可以通過Microchip PIC24F單片機(jī)內(nèi)部自帶的A/D轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，另一方面通過SPI接口實現(xiàn)對Zigbee CC2530的控制。Microchip PIC24F單片機(jī)作為系統(tǒng)的CPU，還擔(dān)負(fù)著信號處理的功能。當(dāng)接收傳感器的輸出信號時，Microchip PIC24F單片機(jī)便可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理，并將處理后的數(shù)據(jù)通過無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊Zigbee CC2530進(jìn)行無線數(shù)據(jù)的發(fā)送。在接收端依然采用無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊Zigbee CC2530進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收，并送到Microchip PIC24F單片機(jī)中。為了可以利用PC機(jī)顯示發(fā)送端上報的數(shù)據(jù)，采用了串口通信技術(shù)，實現(xiàn)了Microchip PIC24F單片機(jī)與PC機(jī)的數(shù)據(jù)通信。具體的系統(tǒng)設(shè)計方案如圖1所示，包括了圖1（a）無線傳輸系統(tǒng)發(fā)送端，圖1（b）無線傳輸系統(tǒng)接收端。

2.1 Microchip PIC24F單片機(jī)電路

Microchip PIC24F單片機(jī)是美國微芯科技公司推出的16位單片機(jī)，采用nanoWatt XLP超低功耗技術(shù)，在深度休眠模式下，功耗低至20nA，具備16 MIPS的性能、電容觸摸傳感外設(shè)、8 KB RAM、32或64 KB閃存、10位A/D以及實時時鐘和日歷（RTCC）。該單片機(jī)還能夠通過外設(shè)引腳選擇重新配置數(shù)字I/O引腳。此外，該單片機(jī)具有44引腳QFN和TQFP封裝和28引腳QFN、SOIC和PDIP封裝。

2.2 無線收發(fā)模塊CC2530電路

圖1 基于Microchip PIC24F單片機(jī)的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

圖2 CSP執(zhí)行流程圖

CC2530是TI公司推出的2.4GHz ISM頻帶的一款芯片，該芯片支持Zigbee/IEEE 802.15.4協(xié)議，并且該芯片內(nèi)部集成了具有高性能射頻收發(fā)器、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051MCU內(nèi)核。該芯片內(nèi)部具有8位和16位的定時器，256KB Flash ROM和8KB RAM，具有8個輸入可配置的12位ADC，同時具備強(qiáng)大的DMA功能，支持5種工作模式，具備超低功耗系統(tǒng)，在接收和發(fā)送模式下，電流損耗分別為24mA。

2.3 串口通信電路

本設(shè)計中上位機(jī)部分為了實現(xiàn)Microchip PIC24F單片機(jī)與PC機(jī)之間的通信，采用了串口方式實現(xiàn)通信，即采用了MAX232實現(xiàn)。MAX232芯片是美信公司的一款電平轉(zhuǎn)換芯片，按照RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計，采用+5V單電源供電。

2.4 電源模塊電路

本設(shè)計中系統(tǒng)外部供電電壓為+5V，而Microchip PIC24F單片機(jī)和無線收發(fā)模塊Zigbee CC2530都工作在+3.3 V，因此需要采用電源模塊實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換，采用了低壓差線性穩(wěn)壓器TPS7333實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計包括下位機(jī)軟件設(shè)計和上位機(jī)軟件設(shè)計。前者主要是Microchip PIC24F單片機(jī)通過SPI口對Zigbee CC2530的控制，后者包括串口通信和主界面設(shè)計。

Zigbee CC2530片上集成的命令選通協(xié)處理器（CSP）提供了Microchip PIC24F單片機(jī)與無線電直接的接口，可以處理Microchip PIC24F單片機(jī)發(fā)出的命令。有程序執(zhí)行和立即選通命令兩種模式[7,8]。其中24字節(jié)的程序存儲器用以存儲軟件算法，充當(dāng)Microchip PIC24F單片機(jī)的協(xié)處理器。當(dāng)命令選通協(xié)處理器（CSP）復(fù)位后，指令寫指針復(fù)位到位置0，每次RFST寫入期間指令寫指針累加1，直到程序存儲器的終點。命令選通協(xié)處理器（CSP）還具備4個寄存器，分別是CSPX、CSPY、CSPT和CSPZ。Microchip PIC24F單片機(jī)對他們可以讀寫，設(shè)置命令選通協(xié)處理器（CSP）運(yùn)行所需的參數(shù)。程序執(zhí)行模式下運(yùn)行一個命令選通協(xié)處理器（CSP）的流程如圖2所示。

4.結(jié)論

本文介紹了一種基于Microchip PIC24F單片機(jī)的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了無線收發(fā)模塊Zigbee CC2530實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)的傳輸，采用了低功耗單片機(jī)Microchip PIC24FF449實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的SPI接口配置。該系統(tǒng)可以利用Microchip PIC24FF449單片機(jī)對多個傳感器輸出的信息量進(jìn)行采集，并通過無線收發(fā)模塊Zigbee CC2530實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸。上位機(jī)部分接收數(shù)據(jù)后可通過串口通信方式將數(shù)據(jù)上傳至PC機(jī)，并通過上位機(jī)主界面顯示所需數(shù)據(jù)。由于采用了無線傳輸方式，該系統(tǒng)適用于各種條件復(fù)雜、惡劣或是偏遠(yuǎn)的安裝場合，因此具有較高的應(yīng)用價值。

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