李圖江
摘 要 數(shù)據(jù)采集技術(shù)和無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)是信息科學(xué)的重要分支,它在很多方面都有重要應(yīng)用?;趩纹瑱C(jī)的數(shù)據(jù)采集與無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)采用高性能無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊、AD轉(zhuǎn)換、AT89S52單片機(jī)、串行通信等模塊實(shí)現(xiàn)了一種可靠、高效的數(shù)據(jù)采集、傳輸系統(tǒng)。該電路簡(jiǎn)單,性能穩(wěn)定,測(cè)量精度和靈敏度高,成本較低,適合實(shí)際應(yīng)用。
關(guān)鍵詞 AT89S52;數(shù)據(jù)采集;無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸
中圖分類(lèi)號(hào):TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-7597(2014)17-0014-01
現(xiàn)今,隨著時(shí)代發(fā)展科學(xué)技術(shù)在工業(yè)中起到越來(lái)越重要的作用,為提高工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化程度,實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化,越來(lái)越多的自動(dòng)化機(jī)電設(shè)備被工廠(chǎng)在產(chǎn)品加工過(guò)程中使用,同時(shí)機(jī)電設(shè)備也在不斷的發(fā)展進(jìn)步。為了對(duì)機(jī)電設(shè)備的工作狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),從而避免故障發(fā)生,提高機(jī)器的生產(chǎn)效率,因此要求設(shè)備具有良好的故障分析和預(yù)測(cè)能力,這就說(shuō)明設(shè)備的控制系統(tǒng)中的反饋部分需要具備較好反饋能力。對(duì)于反饋控制來(lái)說(shuō),影響反饋的主要因素是數(shù)據(jù)的采集及傳輸。
在工業(yè)上,主要有兩種常用于控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)形式,一種是模擬量還有一種是開(kāi)關(guān)量。在本文中,采集的數(shù)據(jù)類(lèi)型主要是模擬量。因此采用的單片機(jī)型號(hào)為AT89S52,為了更好的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能,系統(tǒng)中還運(yùn)用到了高性能的無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片CC1000、多通道A/D轉(zhuǎn)換器MAX1167、儀表放大器AD623等其他芯片,從而保證系統(tǒng)能夠進(jìn)行穩(wěn)定、高速的數(shù)據(jù)采集和無(wú)線(xiàn)傳輸。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能分析
系統(tǒng)主要由兩大部分組成,即數(shù)據(jù)接收處理部分和數(shù)據(jù)采集發(fā)送部分,也稱(chēng)為上位機(jī)和下位機(jī)。上位機(jī)主要包括單片機(jī)控制系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊以及串行通信模塊三大部分。下位機(jī)主要包括單片機(jī)控制系統(tǒng)、傳感器模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)放大模塊、無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊等部分。
上位機(jī)的其他模塊在上位機(jī)的單片機(jī)控制系統(tǒng)下控制工作,然后通過(guò)無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信,從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)及控制信息的短距離傳輸。下位機(jī)中,系統(tǒng)通過(guò)串行通信模塊將無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊接收到的數(shù)據(jù)傳送到設(shè)備的控制中心,然后使用傳感器收集原始數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)放大器后對(duì)其輸出的模擬量進(jìn)行一定程度的放大,再A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換將所輸出的放大后的模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量,模擬量經(jīng)過(guò)如此處理之后,最后輸入單片機(jī)控制系統(tǒng)的就是二進(jìn)制的數(shù)字量數(shù)據(jù),只有數(shù)字量數(shù)據(jù)才可以通過(guò)系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊以電磁波形式將系統(tǒng)所得數(shù)據(jù)再傳送到上位機(jī)進(jìn)行下一步工作。
2 系統(tǒng)的主要硬件選擇
1)AT89S52單片機(jī):本系統(tǒng)使用的單片機(jī)型號(hào)是AT89S52,它是一個(gè)8位微控制器,具有低功耗、高性能等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)具有8K字節(jié)的在線(xiàn)系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。AT89S52的基本功能有:40個(gè)引腳,8K字節(jié)Flash,256字節(jié)RAM,32位I/O接口線(xiàn),2個(gè)數(shù)據(jù)指針,看門(mén)狗定時(shí)器等。
2)無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊:在系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊中,采用的是CC1000芯片,CC1000是以Chipoon公司的SmartRF技術(shù)為基礎(chǔ)制造出來(lái)的超高頻單片收發(fā)通信芯片。其主要使用在300~1000 MHz范圍的頻率段。CC1000在不需要放大級(jí)時(shí)也能在百米內(nèi)的距離間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)得穩(wěn)定傳輸,對(duì)于本系統(tǒng)的近距離傳輸非常適用。
3)A/D轉(zhuǎn)換器MAX1167:系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器選用的型號(hào)為MAX1167。MAX1167具有低功率、4通道、16位精度逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器等特點(diǎn),其最高采樣頻率為200K,內(nèi)部集成了4.096 V的參考電壓。在使用4個(gè)以上傳感器的情況下,選擇MAX1168更為合適.因?yàn)镸AX1168是8通道的芯片。
4)放大器:系統(tǒng)選用的放大器型號(hào)是AD623。AD623是一個(gè)在單電源(3 V~12 V)下能夠提供滿(mǎn)電源幅度的輸出的集成單電源儀表放大器。當(dāng)沒(méi)有接入外接電阻時(shí),AD623在線(xiàn)路中表現(xiàn)為單位增益無(wú)放大效果;當(dāng)接入外接電阻,此時(shí)放大器增益最高能夠有1000倍。AD623具有與增益成比例增加的交流共模抑制比,這樣能夠有效地控制誤差最小,同時(shí),由于在200 Hz時(shí)放大器的共模抑制比不發(fā)生變化,因此線(xiàn)路的噪聲及諧波會(huì)在很大程度上被抑制。雖然AD623可以在單電源下進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),但當(dāng)它同樣能再雙電源(±2.5~6 V)下良好工作。
3 系統(tǒng)的控制流程
1)上位機(jī)控制流程:上位機(jī)在上電初始化后控制信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊發(fā)送出去,控制信息中應(yīng)包括有下位機(jī)的ID號(hào)、采集數(shù)據(jù)的傳感器的編號(hào)等。發(fā)送結(jié)束后,收發(fā)模塊由發(fā)送方式轉(zhuǎn)為接收方式,完成數(shù)據(jù)的接收,再以串行通信方式將數(shù)據(jù)輸入到設(shè)備控制中心從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備操作。當(dāng)接收數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)達(dá)到設(shè)定值,回到初始狀態(tài),上位機(jī)再次發(fā)出控制信息,采集其他傳感器數(shù)據(jù),重復(fù)上述過(guò)程。當(dāng)自動(dòng)過(guò)程出現(xiàn)障礙,可以通過(guò)手動(dòng)按鍵選擇特定傳感器采集數(shù)據(jù)。
2)下位機(jī)控制流程:下位機(jī)的初始狀態(tài)是接收狀態(tài)。當(dāng)上位機(jī)控制信息到達(dá)后,下位機(jī)開(kāi)始工作,由控制信息中的命令操控MAX1167選擇不同通道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,然后再由無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊將收集到的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。當(dāng)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí),收發(fā)模塊自動(dòng)轉(zhuǎn)為接收方式,再對(duì)上位機(jī)發(fā)送的信息進(jìn)行接收,選擇特定傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,再轉(zhuǎn)換為發(fā)送模式發(fā)送信息,如此循環(huán)工作。
4 總結(jié)
本論文研究了基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集與無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),從系統(tǒng)硬件及軟件兩方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了深入了解,該系統(tǒng)通過(guò)程序控制實(shí)現(xiàn)各種功能,實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化,是一種可靠、高效的數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng),市場(chǎng)前景良好。
參考文獻(xiàn)
[1]黃繼昌,徐巧魚(yú).傳感器工作原理及應(yīng)用實(shí)例[M].北京:人民郵電出版杜,1998.
[2]葉洪海,李麗敏.基于單片機(jī)的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008,26(4):545-547.
[3]孫育才.M C S-5 1系列微型單片機(jī)及其應(yīng)用[M].南京:東南大學(xué)出版社,1900.
[4]馬祖長(zhǎng),張怡寧.大規(guī)模無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2004(11):165-167.endprint
摘 要 數(shù)據(jù)采集技術(shù)和無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)是信息科學(xué)的重要分支,它在很多方面都有重要應(yīng)用。基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集與無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)采用高性能無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊、AD轉(zhuǎn)換、AT89S52單片機(jī)、串行通信等模塊實(shí)現(xiàn)了一種可靠、高效的數(shù)據(jù)采集、傳輸系統(tǒng)。該電路簡(jiǎn)單,性能穩(wěn)定,測(cè)量精度和靈敏度高,成本較低,適合實(shí)際應(yīng)用。
關(guān)鍵詞 AT89S52;數(shù)據(jù)采集;無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸
中圖分類(lèi)號(hào):TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-7597(2014)17-0014-01
現(xiàn)今,隨著時(shí)代發(fā)展科學(xué)技術(shù)在工業(yè)中起到越來(lái)越重要的作用,為提高工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化程度,實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化,越來(lái)越多的自動(dòng)化機(jī)電設(shè)備被工廠(chǎng)在產(chǎn)品加工過(guò)程中使用,同時(shí)機(jī)電設(shè)備也在不斷的發(fā)展進(jìn)步。為了對(duì)機(jī)電設(shè)備的工作狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),從而避免故障發(fā)生,提高機(jī)器的生產(chǎn)效率,因此要求設(shè)備具有良好的故障分析和預(yù)測(cè)能力,這就說(shuō)明設(shè)備的控制系統(tǒng)中的反饋部分需要具備較好反饋能力。對(duì)于反饋控制來(lái)說(shuō),影響反饋的主要因素是數(shù)據(jù)的采集及傳輸。
在工業(yè)上,主要有兩種常用于控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)形式,一種是模擬量還有一種是開(kāi)關(guān)量。在本文中,采集的數(shù)據(jù)類(lèi)型主要是模擬量。因此采用的單片機(jī)型號(hào)為AT89S52,為了更好的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能,系統(tǒng)中還運(yùn)用到了高性能的無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片CC1000、多通道A/D轉(zhuǎn)換器MAX1167、儀表放大器AD623等其他芯片,從而保證系統(tǒng)能夠進(jìn)行穩(wěn)定、高速的數(shù)據(jù)采集和無(wú)線(xiàn)傳輸。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能分析
系統(tǒng)主要由兩大部分組成,即數(shù)據(jù)接收處理部分和數(shù)據(jù)采集發(fā)送部分,也稱(chēng)為上位機(jī)和下位機(jī)。上位機(jī)主要包括單片機(jī)控制系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊以及串行通信模塊三大部分。下位機(jī)主要包括單片機(jī)控制系統(tǒng)、傳感器模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)放大模塊、無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊等部分。
上位機(jī)的其他模塊在上位機(jī)的單片機(jī)控制系統(tǒng)下控制工作,然后通過(guò)無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信,從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)及控制信息的短距離傳輸。下位機(jī)中,系統(tǒng)通過(guò)串行通信模塊將無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊接收到的數(shù)據(jù)傳送到設(shè)備的控制中心,然后使用傳感器收集原始數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)放大器后對(duì)其輸出的模擬量進(jìn)行一定程度的放大,再A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換將所輸出的放大后的模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量,模擬量經(jīng)過(guò)如此處理之后,最后輸入單片機(jī)控制系統(tǒng)的就是二進(jìn)制的數(shù)字量數(shù)據(jù),只有數(shù)字量數(shù)據(jù)才可以通過(guò)系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊以電磁波形式將系統(tǒng)所得數(shù)據(jù)再傳送到上位機(jī)進(jìn)行下一步工作。
2 系統(tǒng)的主要硬件選擇
1)AT89S52單片機(jī):本系統(tǒng)使用的單片機(jī)型號(hào)是AT89S52,它是一個(gè)8位微控制器,具有低功耗、高性能等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)具有8K字節(jié)的在線(xiàn)系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。AT89S52的基本功能有:40個(gè)引腳,8K字節(jié)Flash,256字節(jié)RAM,32位I/O接口線(xiàn),2個(gè)數(shù)據(jù)指針,看門(mén)狗定時(shí)器等。
2)無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊:在系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊中,采用的是CC1000芯片,CC1000是以Chipoon公司的SmartRF技術(shù)為基礎(chǔ)制造出來(lái)的超高頻單片收發(fā)通信芯片。其主要使用在300~1000 MHz范圍的頻率段。CC1000在不需要放大級(jí)時(shí)也能在百米內(nèi)的距離間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)得穩(wěn)定傳輸,對(duì)于本系統(tǒng)的近距離傳輸非常適用。
3)A/D轉(zhuǎn)換器MAX1167:系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器選用的型號(hào)為MAX1167。MAX1167具有低功率、4通道、16位精度逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器等特點(diǎn),其最高采樣頻率為200K,內(nèi)部集成了4.096 V的參考電壓。在使用4個(gè)以上傳感器的情況下,選擇MAX1168更為合適.因?yàn)镸AX1168是8通道的芯片。
4)放大器:系統(tǒng)選用的放大器型號(hào)是AD623。AD623是一個(gè)在單電源(3 V~12 V)下能夠提供滿(mǎn)電源幅度的輸出的集成單電源儀表放大器。當(dāng)沒(méi)有接入外接電阻時(shí),AD623在線(xiàn)路中表現(xiàn)為單位增益無(wú)放大效果;當(dāng)接入外接電阻,此時(shí)放大器增益最高能夠有1000倍。AD623具有與增益成比例增加的交流共模抑制比,這樣能夠有效地控制誤差最小,同時(shí),由于在200 Hz時(shí)放大器的共模抑制比不發(fā)生變化,因此線(xiàn)路的噪聲及諧波會(huì)在很大程度上被抑制。雖然AD623可以在單電源下進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),但當(dāng)它同樣能再雙電源(±2.5~6 V)下良好工作。
3 系統(tǒng)的控制流程
1)上位機(jī)控制流程:上位機(jī)在上電初始化后控制信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊發(fā)送出去,控制信息中應(yīng)包括有下位機(jī)的ID號(hào)、采集數(shù)據(jù)的傳感器的編號(hào)等。發(fā)送結(jié)束后,收發(fā)模塊由發(fā)送方式轉(zhuǎn)為接收方式,完成數(shù)據(jù)的接收,再以串行通信方式將數(shù)據(jù)輸入到設(shè)備控制中心從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備操作。當(dāng)接收數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)達(dá)到設(shè)定值,回到初始狀態(tài),上位機(jī)再次發(fā)出控制信息,采集其他傳感器數(shù)據(jù),重復(fù)上述過(guò)程。當(dāng)自動(dòng)過(guò)程出現(xiàn)障礙,可以通過(guò)手動(dòng)按鍵選擇特定傳感器采集數(shù)據(jù)。
2)下位機(jī)控制流程:下位機(jī)的初始狀態(tài)是接收狀態(tài)。當(dāng)上位機(jī)控制信息到達(dá)后,下位機(jī)開(kāi)始工作,由控制信息中的命令操控MAX1167選擇不同通道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,然后再由無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊將收集到的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。當(dāng)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí),收發(fā)模塊自動(dòng)轉(zhuǎn)為接收方式,再對(duì)上位機(jī)發(fā)送的信息進(jìn)行接收,選擇特定傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,再轉(zhuǎn)換為發(fā)送模式發(fā)送信息,如此循環(huán)工作。
4 總結(jié)
本論文研究了基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集與無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),從系統(tǒng)硬件及軟件兩方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了深入了解,該系統(tǒng)通過(guò)程序控制實(shí)現(xiàn)各種功能,實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化,是一種可靠、高效的數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng),市場(chǎng)前景良好。
參考文獻(xiàn)
[1]黃繼昌,徐巧魚(yú).傳感器工作原理及應(yīng)用實(shí)例[M].北京:人民郵電出版杜,1998.
[2]葉洪海,李麗敏.基于單片機(jī)的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008,26(4):545-547.
[3]孫育才.M C S-5 1系列微型單片機(jī)及其應(yīng)用[M].南京:東南大學(xué)出版社,1900.
[4]馬祖長(zhǎng),張怡寧.大規(guī)模無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2004(11):165-167.endprint
摘 要 數(shù)據(jù)采集技術(shù)和無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)是信息科學(xué)的重要分支,它在很多方面都有重要應(yīng)用?;趩纹瑱C(jī)的數(shù)據(jù)采集與無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)采用高性能無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊、AD轉(zhuǎn)換、AT89S52單片機(jī)、串行通信等模塊實(shí)現(xiàn)了一種可靠、高效的數(shù)據(jù)采集、傳輸系統(tǒng)。該電路簡(jiǎn)單,性能穩(wěn)定,測(cè)量精度和靈敏度高,成本較低,適合實(shí)際應(yīng)用。
關(guān)鍵詞 AT89S52;數(shù)據(jù)采集;無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸
中圖分類(lèi)號(hào):TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-7597(2014)17-0014-01
現(xiàn)今,隨著時(shí)代發(fā)展科學(xué)技術(shù)在工業(yè)中起到越來(lái)越重要的作用,為提高工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化程度,實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化,越來(lái)越多的自動(dòng)化機(jī)電設(shè)備被工廠(chǎng)在產(chǎn)品加工過(guò)程中使用,同時(shí)機(jī)電設(shè)備也在不斷的發(fā)展進(jìn)步。為了對(duì)機(jī)電設(shè)備的工作狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),從而避免故障發(fā)生,提高機(jī)器的生產(chǎn)效率,因此要求設(shè)備具有良好的故障分析和預(yù)測(cè)能力,這就說(shuō)明設(shè)備的控制系統(tǒng)中的反饋部分需要具備較好反饋能力。對(duì)于反饋控制來(lái)說(shuō),影響反饋的主要因素是數(shù)據(jù)的采集及傳輸。
在工業(yè)上,主要有兩種常用于控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)形式,一種是模擬量還有一種是開(kāi)關(guān)量。在本文中,采集的數(shù)據(jù)類(lèi)型主要是模擬量。因此采用的單片機(jī)型號(hào)為AT89S52,為了更好的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能,系統(tǒng)中還運(yùn)用到了高性能的無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片CC1000、多通道A/D轉(zhuǎn)換器MAX1167、儀表放大器AD623等其他芯片,從而保證系統(tǒng)能夠進(jìn)行穩(wěn)定、高速的數(shù)據(jù)采集和無(wú)線(xiàn)傳輸。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能分析
系統(tǒng)主要由兩大部分組成,即數(shù)據(jù)接收處理部分和數(shù)據(jù)采集發(fā)送部分,也稱(chēng)為上位機(jī)和下位機(jī)。上位機(jī)主要包括單片機(jī)控制系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊以及串行通信模塊三大部分。下位機(jī)主要包括單片機(jī)控制系統(tǒng)、傳感器模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)放大模塊、無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊等部分。
上位機(jī)的其他模塊在上位機(jī)的單片機(jī)控制系統(tǒng)下控制工作,然后通過(guò)無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信,從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)及控制信息的短距離傳輸。下位機(jī)中,系統(tǒng)通過(guò)串行通信模塊將無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊接收到的數(shù)據(jù)傳送到設(shè)備的控制中心,然后使用傳感器收集原始數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)放大器后對(duì)其輸出的模擬量進(jìn)行一定程度的放大,再A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換將所輸出的放大后的模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量,模擬量經(jīng)過(guò)如此處理之后,最后輸入單片機(jī)控制系統(tǒng)的就是二進(jìn)制的數(shù)字量數(shù)據(jù),只有數(shù)字量數(shù)據(jù)才可以通過(guò)系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊以電磁波形式將系統(tǒng)所得數(shù)據(jù)再傳送到上位機(jī)進(jìn)行下一步工作。
2 系統(tǒng)的主要硬件選擇
1)AT89S52單片機(jī):本系統(tǒng)使用的單片機(jī)型號(hào)是AT89S52,它是一個(gè)8位微控制器,具有低功耗、高性能等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)具有8K字節(jié)的在線(xiàn)系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。AT89S52的基本功能有:40個(gè)引腳,8K字節(jié)Flash,256字節(jié)RAM,32位I/O接口線(xiàn),2個(gè)數(shù)據(jù)指針,看門(mén)狗定時(shí)器等。
2)無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊:在系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊中,采用的是CC1000芯片,CC1000是以Chipoon公司的SmartRF技術(shù)為基礎(chǔ)制造出來(lái)的超高頻單片收發(fā)通信芯片。其主要使用在300~1000 MHz范圍的頻率段。CC1000在不需要放大級(jí)時(shí)也能在百米內(nèi)的距離間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)得穩(wěn)定傳輸,對(duì)于本系統(tǒng)的近距離傳輸非常適用。
3)A/D轉(zhuǎn)換器MAX1167:系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器選用的型號(hào)為MAX1167。MAX1167具有低功率、4通道、16位精度逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器等特點(diǎn),其最高采樣頻率為200K,內(nèi)部集成了4.096 V的參考電壓。在使用4個(gè)以上傳感器的情況下,選擇MAX1168更為合適.因?yàn)镸AX1168是8通道的芯片。
4)放大器:系統(tǒng)選用的放大器型號(hào)是AD623。AD623是一個(gè)在單電源(3 V~12 V)下能夠提供滿(mǎn)電源幅度的輸出的集成單電源儀表放大器。當(dāng)沒(méi)有接入外接電阻時(shí),AD623在線(xiàn)路中表現(xiàn)為單位增益無(wú)放大效果;當(dāng)接入外接電阻,此時(shí)放大器增益最高能夠有1000倍。AD623具有與增益成比例增加的交流共模抑制比,這樣能夠有效地控制誤差最小,同時(shí),由于在200 Hz時(shí)放大器的共模抑制比不發(fā)生變化,因此線(xiàn)路的噪聲及諧波會(huì)在很大程度上被抑制。雖然AD623可以在單電源下進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),但當(dāng)它同樣能再雙電源(±2.5~6 V)下良好工作。
3 系統(tǒng)的控制流程
1)上位機(jī)控制流程:上位機(jī)在上電初始化后控制信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊發(fā)送出去,控制信息中應(yīng)包括有下位機(jī)的ID號(hào)、采集數(shù)據(jù)的傳感器的編號(hào)等。發(fā)送結(jié)束后,收發(fā)模塊由發(fā)送方式轉(zhuǎn)為接收方式,完成數(shù)據(jù)的接收,再以串行通信方式將數(shù)據(jù)輸入到設(shè)備控制中心從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備操作。當(dāng)接收數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)達(dá)到設(shè)定值,回到初始狀態(tài),上位機(jī)再次發(fā)出控制信息,采集其他傳感器數(shù)據(jù),重復(fù)上述過(guò)程。當(dāng)自動(dòng)過(guò)程出現(xiàn)障礙,可以通過(guò)手動(dòng)按鍵選擇特定傳感器采集數(shù)據(jù)。
2)下位機(jī)控制流程:下位機(jī)的初始狀態(tài)是接收狀態(tài)。當(dāng)上位機(jī)控制信息到達(dá)后,下位機(jī)開(kāi)始工作,由控制信息中的命令操控MAX1167選擇不同通道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,然后再由無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊將收集到的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。當(dāng)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí),收發(fā)模塊自動(dòng)轉(zhuǎn)為接收方式,再對(duì)上位機(jī)發(fā)送的信息進(jìn)行接收,選擇特定傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,再轉(zhuǎn)換為發(fā)送模式發(fā)送信息,如此循環(huán)工作。
4 總結(jié)
本論文研究了基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集與無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),從系統(tǒng)硬件及軟件兩方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了深入了解,該系統(tǒng)通過(guò)程序控制實(shí)現(xiàn)各種功能,實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化,是一種可靠、高效的數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng),市場(chǎng)前景良好。
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