吉林大學通信工程學院　張夢璠　王　月　滕　杏　張鵬程　趙靜榮

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單桿數(shù)據(jù)采集及遠程無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

吉林大學通信工程學院張夢璠王月滕杏張鵬程趙靜榮

【摘要】構(gòu)建了一種基于飛思卡爾單片機的單桿數(shù)據(jù)采集及遠程無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),給出了系統(tǒng)的硬件設(shè)計結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計流程。首先利用高精度傳感器采集單桿數(shù)據(jù)，然后通過MC9S12XS128單片機與無線收發(fā)模塊JZ873進行數(shù)據(jù)傳輸, 從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與無線收發(fā)功能。重點論述了系統(tǒng)的硬件設(shè)計原理和軟件設(shè)計方案，并給出了實驗測試數(shù)據(jù)。

【關(guān)鍵詞】單桿；轉(zhuǎn)換精度；RS-485

0　引言

單桿控制系統(tǒng)廣泛應用于各種場合，尤其是在某些特定的壞境中。例如，光電經(jīng)緯儀，通過單桿系統(tǒng)對經(jīng)緯儀的方位角和俯仰角的控制，來實現(xiàn)對光電經(jīng)緯儀的控制等[1]；單桿用來實現(xiàn)對處于生化試驗或放射環(huán)境中的平臺的遠程控制,降低了操作的危險性[2]；在我國靶場跟蹤測量裝置設(shè)備中，由于受到各類條件的限制，必須借助于單桿跟蹤手段，才能全程、穩(wěn)定地跟蹤目標[3]。

目前使用的單桿控制系統(tǒng)多采用8位或10位的采樣精度，難以滿足高精度應用場合[2][4]；其采用的通訊接口多為RS-232或RS-422，傳輸距離相對較短。本文構(gòu)建的基于單片機的單桿數(shù)據(jù)采集及遠程無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),采用了MC9S12XS128單片機內(nèi)置的A/D轉(zhuǎn)換模塊，達到了12位的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換精度；同時改進了目前常規(guī)通訊接口方式[2]，提高了抗干擾能力、增大了傳輸距離。

1　系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)主要包括以下三個部分：數(shù)據(jù)采集模塊、MC9S12XS128微控制器模塊、無線傳輸模塊。系統(tǒng)總體設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖1所示。

首先通過傳感器采集單桿的方位和俯仰信息，再通過MC9S12 XS128的A/D轉(zhuǎn)換模塊將獲得的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后通過微處理器MC9S12XS128的SCI模塊與無線傳輸模塊進行異步通信，最后由上位機接收，完成單桿數(shù)據(jù)的遠程無線傳輸全過程。進行兩路數(shù)據(jù)采集。當單桿在任意方向發(fā)生細微位移時，這兩組電位計電阻值將發(fā)生相應變化，電阻變化量經(jīng)過電橋便可以轉(zhuǎn)換成模擬電量。通過電壓表可測得，采集到的電壓數(shù)值范圍在，滿足MC9S12XS128單片機A/D模塊輸入模擬電壓的范圍，直接通過單片機的模擬輸入引腳AN14和AN15送入A/D模塊內(nèi)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。

圖1　系統(tǒng)總體設(shè)計結(jié)構(gòu)圖

1.1數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計

為了采集單桿的方位和俯仰信息，通過WX74A-1型電位計

1.2無線傳輸模塊設(shè)計

目前的單桿控制系統(tǒng)采用的無線接口主要有RS-232和RS-485兩種形式。二者的部分特征參數(shù)詳見表1[5]。經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)采用RS-485接口傳輸，信號能量衰減較小，傳輸距離比較遠，抗干擾能力較強，適合信號的遠程傳輸。JZ873數(shù)傳模塊窄帶抗干擾性強，接收靈敏度高，視距可靠傳輸距離可達2000m，采用GFSK調(diào)制方式，載頻433MHz，在遠程無線傳輸中具有獨特的優(yōu)勢。同時自帶RS-485通用接口，符合系統(tǒng)的設(shè)計要求。

表1　RS-232與RS-485串行接口比較

2　系統(tǒng)軟件設(shè)計

單桿數(shù)據(jù)采集及遠程無線傳輸?shù)闹鞒绦虻牧鞒倘鐖D2所示。

圖2　主流程圖

其中，Init_port()：定義I/O端口；Init_SCI():設(shè)置接收和發(fā)送的波特率、起始位、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗位；

Init_ATD():設(shè)置AD轉(zhuǎn)換位數(shù)、次數(shù)、通道數(shù)、對齊方式；

for(;;):死循環(huán)，通過語句while(!(ATD0STAT0&0x80))不斷查詢狀態(tài)寄存器，當有轉(zhuǎn)換完成時將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，之后再進入while語句查詢狀態(tài)寄存器，循環(huán)往復。

3　實驗測試數(shù)據(jù)

為了測試系統(tǒng)的傳輸性能，分別進行了無障礙傳輸和有障礙傳輸兩組實驗。其中無障礙傳輸?shù)陌l(fā)送端和接收端位于公園湖面的兩岸，盡可能降低了信號被干擾的幾率；有障礙傳輸?shù)脑囼灥攸c則位于市區(qū)的步行街道。測試數(shù)據(jù)如表2、表3所示。

表2　無障礙無線傳輸測試數(shù)據(jù)

表3　有障礙無線傳輸測試數(shù)據(jù)

實驗結(jié)果表明，本文設(shè)計的系統(tǒng)在無障礙傳輸時成功率最高可達98.38%，在有障礙傳輸時成功率有所下降，這主要是由電磁干擾和電源電壓穩(wěn)定性差導致的。

4　結(jié)論

單桿數(shù)據(jù)采集及遠程無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的采樣精度為12位，理論誤差為0.024%，與以往系統(tǒng)相比，提高了數(shù)據(jù)采集的精度。在實際遠程數(shù)據(jù)傳輸測試時，數(shù)據(jù)傳輸成功率最高可達98.38%，保證了本文設(shè)計的系統(tǒng)能夠在一定誤差范圍內(nèi)高速、穩(wěn)定地將單桿控制信息發(fā)送至上位機，可以用于相關(guān)方面的遠程控制。

參考文獻

[1]李一芒,何昕,魏仲慧等.光電經(jīng)緯儀單桿數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].儀表技術(shù)與傳感器,2011(6):14-16.

[2]陳健,高慧斌,郭勁,陳賀新.數(shù)字化單桿控制系統(tǒng)設(shè)計[J].光學精密工程,2013,21(11):2844-2851.

[3]金英奎,譚廣通.基于VB6.0 單桿跟蹤模擬訓練軟件的設(shè)計[J].科技信息,2009(23):827-828

[4]肖文禮.單桿數(shù)據(jù)采集專用系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計[J].光學精密工程,1996,4(3):62-67.

[5]龔義建.串行通訊接口RS-232/RS485的應用與轉(zhuǎn)換[J].計算機與數(shù)字工程,2003,31(5):58-61.

張夢璠（1995—），江蘇連云港人，大學本科，現(xiàn)就讀于吉林大學。

趙靜榮（1973—），吉林長春人，博士，講師，主要研究方向：智能信息處理、測控技術(shù)。

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