【摘 要】 短距離無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù)在計(jì)量檢測(cè)工作中的應(yīng)用是指用無(wú)線電波代替導(dǎo)線傳送儀器計(jì)量檢測(cè)得到的各種數(shù)據(jù)。避免連接檢測(cè)用的導(dǎo)線、電纜，不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，可靠性低，同時(shí)由于檢測(cè)人員在現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)操作，極容易產(chǎn)生影響現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)等弊端。因此，提高計(jì)量檢測(cè)工作質(zhì)量和可操作性，特別是在惡劣環(huán)境中或密閉條件下進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，更能顯示出其獨(dú)有的、不可替代的優(yōu)越性。

【關(guān)鍵詞】 短距離無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù) 計(jì)量檢測(cè) 應(yīng)用

1 短距離無(wú)線數(shù)據(jù)通信的特點(diǎn)

短距離無(wú)線數(shù)據(jù)通信主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：一是短距離，一般在幾百米之內(nèi)；二是發(fā)射功率低，一般在10dbm以內(nèi)；三是傳輸速率低，一般在250kbps以下；四是功耗低，一副5號(hào)電池使用時(shí)間一般在3個(gè)月以上。

短距離無(wú)線數(shù)據(jù)通信一般使用單片數(shù)字信號(hào)射頻收發(fā)芯片與少量外圍元件構(gòu)成的無(wú)線收發(fā)模塊，也有的使用單片數(shù)字信號(hào)射頻收發(fā)芯片與單片機(jī)及外圍電路一起構(gòu)成的專用無(wú)線通信模塊。一般射頻芯片采用FSK（移頻鍵控）調(diào)制方式，工作于ISM（工業(yè)、醫(yī)療、科研）免許可證頻段。中國(guó)目前可以使用的ISM頻段是433MHz和2.4GHz。無(wú)線收發(fā)通信模塊包含簡(jiǎn)單、透明的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，用戶無(wú)須對(duì)無(wú)線通信原理有較深的了解，只要依據(jù)命令字進(jìn)行操作即可實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸功能。開發(fā)簡(jiǎn)單快速、應(yīng)用廣泛是它的突出優(yōu)點(diǎn)。由于數(shù)據(jù)傳輸率低、流量小、功耗低，用它組建小型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，更適合應(yīng)用在計(jì)量檢測(cè)工作中。這和Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)、藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)具有較高傳輸率及較大流量不同，更接近ZigBee網(wǎng)絡(luò)，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)比ZigBee網(wǎng)絡(luò)更簡(jiǎn)單。

2 計(jì)量檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用

筆者研制的冬季供暖室內(nèi)溫度檢測(cè)裝置，在冬季供暖期間室內(nèi)溫度的檢測(cè)中，做到了檢測(cè)時(shí)間內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人、連續(xù)測(cè)量、讀數(shù)準(zhǔn)確。解決使用普通溫度計(jì)、人員停留在現(xiàn)場(chǎng)（檢測(cè)雙方往往對(duì)這樣的檢測(cè)數(shù)據(jù)爭(zhēng)議較大）的傳統(tǒng)檢測(cè)方法有失準(zhǔn)確的問(wèn)題，取得了較好的效果。

該裝置是由5個(gè)測(cè)溫發(fā)送節(jié)點(diǎn)和1個(gè)接收主機(jī)組成的短距離無(wú)線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。檢測(cè)時(shí)，將測(cè)溫發(fā)送節(jié)點(diǎn)布放在室內(nèi)規(guī)定的位置，在室外或隔壁房間，用接收主機(jī)接收、顯示、記錄測(cè)溫發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送的溫度數(shù)據(jù)。

冬季供暖室內(nèi)溫度檢測(cè)裝置選用的無(wú)線收發(fā)模塊是nRF905。該芯片是挪威Nordic公司生產(chǎn)的單片無(wú)線收發(fā)器，可工作于433、868、915MHz3個(gè)ISM頻段?？紤]到接收主機(jī)與測(cè)溫發(fā)送節(jié)點(diǎn)之間有墻壁阻隔，冬季供暖室內(nèi)溫度檢測(cè)裝置采用了電波穿墻能力較強(qiáng)的433MHz頻段，這也是選用nRF905的主要原因。nRF905由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能組成，具有良好的通信效果。nRF905使用SPI接口可以和任何單片機(jī)（MCU）通信，地址、輸出功率和通信頻道可以通過(guò)程序配置。nRF905可以自動(dòng)處理數(shù)據(jù)包字頭，內(nèi)置CRC校驗(yàn)功能，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽俊RF905四種工作方式如表1所示。

表1 nRF905四種工作方式

在大空間環(huán)境溫濕度檢測(cè)中，傳統(tǒng)的檢測(cè)方法是使用鉑電阻，用導(dǎo)線連接一次傳感器和測(cè)溫裝置中的二次儀表進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)使用的傳感器較多時(shí)，不僅布線復(fù)雜、工作量大，而且可靠性低，難以保證檢測(cè)質(zhì)量。筆者研制的環(huán)境溫濕度無(wú)線自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，應(yīng)用短距離無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù)，圓滿地解決了這個(gè)問(wèn)題。

環(huán)境溫濕度無(wú)線自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)以小型短距離無(wú)線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)為基礎(chǔ)，包括1個(gè)接收主機(jī)、3個(gè)測(cè)濕節(jié)點(diǎn)和15個(gè)測(cè)溫節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)同樣選用了nRF905無(wú)線收發(fā)模塊，工作在433MHz免執(zhí)照頻段（ISM頻段），采用輪詢應(yīng)答方式和頻分多址（FDMA）技術(shù)工作，有效避免了數(shù)據(jù)包在大氣中碰撞，使系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠。無(wú)線測(cè)溫結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 無(wú)線測(cè)溫示意圖

節(jié)點(diǎn)由nRF905無(wú)線收發(fā)模塊、溫（濕）度傳感器和單片機(jī)（MCU）構(gòu)成。接收主機(jī)由nRF905無(wú)線收發(fā)模塊、單片機(jī) （MCU）、實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片（RTC）和非易失性存儲(chǔ)器（EEPROM）構(gòu)成。18個(gè)節(jié)點(diǎn)（包括3個(gè)測(cè)濕節(jié)點(diǎn)）每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配有一個(gè)地址和一個(gè)頻道，這些地址互不相同，每個(gè)頻道在頻域上互不重疊。工作時(shí)，18個(gè)節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)以后均保持靜默，等候主機(jī)輪詢，接到主機(jī)的輪詢信息后，判斷與本節(jié)點(diǎn)地址相同則立即應(yīng)答，將本節(jié)點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)送給接收主機(jī)。接收主機(jī)由單片機(jī)（MCU）控制，工作于跳頻狀態(tài)，依次跳轉(zhuǎn)到各個(gè)節(jié)點(diǎn)的頻道上，發(fā)送輪詢信息，接收節(jié)點(diǎn)發(fā)回的溫濕度和電源電壓數(shù)據(jù)，顯示各個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)。接收主機(jī)可以根據(jù)需要自動(dòng)或人工記錄節(jié)點(diǎn)發(fā)回的測(cè)量數(shù)據(jù)，也可以通過(guò)數(shù)據(jù)線連接計(jì)算機(jī)（PC），向計(jì)算機(jī)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)上位機(jī)軟件現(xiàn)場(chǎng)顯示、分析。接收主機(jī)存儲(chǔ)的記錄可用上位機(jī)軟件讀出、顯示、分析、計(jì)算。還可以由上位機(jī)軟件生成記錄數(shù)據(jù)文件、按校準(zhǔn)規(guī)范計(jì)算的結(jié)果文件及生成檢測(cè)報(bào)告。溫濕度測(cè)量端如圖2所示。

圖2 溫濕度測(cè)量端

在實(shí)際使用時(shí)，可按用戶要求，將15個(gè)測(cè)溫節(jié)點(diǎn)和3個(gè)測(cè)濕節(jié)點(diǎn)布放在不同的空間層次上，測(cè)濕節(jié)點(diǎn)可布放在空間的中心。接收主機(jī)可以安放在空間內(nèi)，也可以安放在空間外的其他房間，還可以連接上位機(jī)，檢測(cè)、記錄和監(jiān)測(cè)同時(shí)進(jìn)行。上位機(jī)軟件設(shè)定端如圖3所示。

圖3 上位機(jī)軟件

經(jīng)過(guò)一年多的實(shí)際使用，無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用對(duì)大空間環(huán)境溫濕度檢測(cè)時(shí)的優(yōu)越性非常明顯?？山档凸ぷ鲝?qiáng)度，節(jié)約時(shí)間，提高效率，保證檢測(cè)質(zhì)量。

3 結(jié)束語(yǔ)

目前，計(jì)量檢測(cè)工作應(yīng)用短距離無(wú)線數(shù)據(jù)通信的狀況，可以普遍的運(yùn)用于壓力、流量、溫度等領(lǐng)域。短距離無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù)，將會(huì)解決計(jì)量檢測(cè)中“在線”檢測(cè)的難題，將會(huì)推動(dòng)計(jì)量測(cè)試工作進(jìn)一步的發(fā)展，具有廣闊的應(yīng)用前景。