李文紅

摘 要：隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展，人民生活水平的提高，短距離無(wú)線(xiàn)技術(shù)在多功能位移測(cè)量中也得到了很大發(fā)展。結(jié)合容柵傳感器的工作原理，再加上具有高靈敏度的射頻芯片，以及STM8L101F3單片機(jī)，就可以設(shè)計(jì)出位移測(cè)量系統(tǒng)，其功能多樣化，可以進(jìn)行最小數(shù)、最大數(shù)跟蹤，還可以保持示值，對(duì)數(shù)值進(jìn)行清零。下面就對(duì)其進(jìn)行分析，希望給有關(guān)人士一些借鑒。

關(guān)鍵詞：短距離；無(wú)線(xiàn)技術(shù)；位移測(cè)量

在現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展中，集群控制、自動(dòng)化控制是發(fā)展的核心目標(biāo)，除此之外，最好可以做好低功耗測(cè)量，不需要人來(lái)值守等。和傳統(tǒng)測(cè)量方式對(duì)比，短距離無(wú)線(xiàn)通信不僅有很強(qiáng)的抗干擾能力，而且安全性、可靠性都很好，基本不會(huì)受到地理因素的限制，人工安裝簡(jiǎn)單，工作效率高，近些年其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，在以后必定是測(cè)量系統(tǒng)的主流。

1 對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的測(cè)量原理研究

這種測(cè)量原理由平板容量理論發(fā)展而來(lái)，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，該系統(tǒng)已經(jīng)逐漸成熟，先分析容柵傳感器的整體結(jié)構(gòu)，主要包括以下幾個(gè)內(nèi)容，定柵板和動(dòng)?xùn)虐?，其中定柵板中包含反射極，其是進(jìn)行信息的反射，而動(dòng)?xùn)虐灏ń邮諛O和發(fā)射極，主要進(jìn)行信息的接收和發(fā)射。另一方面，還包括接收極和反射極，二者之間都能形成平板電容器，在操作中給予激勵(lì)信號(hào)，反射極就會(huì)把該信號(hào)反射到接收極中，而數(shù)據(jù)得到處理后，還會(huì)進(jìn)行其他方向的傳輸，該系統(tǒng)工作效率比較高，可以說(shuō)是短距離無(wú)線(xiàn)技術(shù)的核心內(nèi)容。除此之外，位移和相位之間的變化還遵循一個(gè)函數(shù)關(guān)系，θ（x）= arctan[（1-2x/w）/（1+2）]，其中x是位移量，w表示小發(fā)射極的寬度，如果位移量發(fā)生1個(gè)w寬度的變化時(shí)，在接收極一方，就會(huì)產(chǎn)生45?的相位差。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要可以分成3個(gè)部分，測(cè)量終端部分、接收機(jī)部分和主控機(jī)部分，除此之外，在近端終端還能作為遠(yuǎn)端終端的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)使用，對(duì)于主控機(jī)方面，其主要工作就是管理、控制網(wǎng)絡(luò)通信，當(dāng)采集到數(shù)據(jù)和節(jié)點(diǎn)后，要及時(shí)進(jìn)行存儲(chǔ)和應(yīng)用，在這里PC是主控機(jī)，利用總線(xiàn)進(jìn)行通信，芯片和RS標(biāo)準(zhǔn)電平不匹配，因此要使用芯片進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換操作。對(duì)于接收機(jī)方面，無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)在工作中會(huì)受到外部干擾、空間布局影響，致使終端節(jié)點(diǎn)不能直接和主控機(jī)進(jìn)行通信，進(jìn)而只能利用接收機(jī)作為中轉(zhuǎn)站。接收機(jī)有很強(qiáng)的處理能力，進(jìn)行通信時(shí)，使用總線(xiàn)和主機(jī)就可以達(dá)到目的。對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析時(shí)，其就是一個(gè)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)接收和發(fā)射器，當(dāng)接到上位機(jī)命令后，可以及時(shí)作出反應(yīng)，在工作中要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，同時(shí)也要進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的處理。該系統(tǒng)可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自己管理、自己組織，但是該網(wǎng)絡(luò)一定要有統(tǒng)一的時(shí)鐘系統(tǒng)，進(jìn)而讓工作有條不紊。通常會(huì)把整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分成5個(gè)時(shí)間段，廣播信號(hào)時(shí)間段、加入和退出網(wǎng)絡(luò)時(shí)間段、網(wǎng)絡(luò)同步時(shí)間段、點(diǎn)到點(diǎn)的數(shù)據(jù)交換時(shí)間段、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換申請(qǐng)時(shí)間段。

3 科學(xué)對(duì)系統(tǒng)硬件的分析

3.1 分析信號(hào)處理技術(shù)

容柵一共有4根傳感器信號(hào)線(xiàn)，串行數(shù)據(jù)線(xiàn)（DATA）、時(shí)鐘線(xiàn)（CK）、地線(xiàn)（0V）、電源線(xiàn)（1.5V），通過(guò)控制信號(hào)線(xiàn)電平的高低，就可以讓傳感器達(dá)到不同的功能，例如對(duì)最小值的跟蹤、對(duì)最大值的跟蹤、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和清零等。

3.2 無(wú)線(xiàn)模塊

使用A7102作為無(wú)線(xiàn)模塊，其可以應(yīng)用在單片射頻集成電路中，工作速率最高能達(dá)到160Kb/s，有很強(qiáng)的抗干擾能力。內(nèi)部還設(shè)置了硬件和地址碼控制，工作電壓在2.2～3.6V之間，耗能很低，在必要時(shí)可以進(jìn)入休眠狀態(tài)。對(duì)模式進(jìn)行切換時(shí)，操作時(shí)間不會(huì)大于228μs，進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送可以達(dá)到64字節(jié)，最大功率為+15dbm，在發(fā)射距離方面的優(yōu)勢(shì)明顯。

3.3 硬件抗干擾

該系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常被使用，經(jīng)常會(huì)遇到電磁干擾，經(jīng)過(guò)技術(shù)人員的反復(fù)研究，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用光耦技術(shù)可以有效隔離電磁的干擾，讓系統(tǒng)中的傳感器和單片機(jī)分開(kāi)，提高設(shè)備運(yùn)行的抗干擾能力。

4 系統(tǒng)軟件

4.1 數(shù)據(jù)采集

每間隔250ms就會(huì)發(fā)送一次數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿才會(huì)有效，否則都屬于無(wú)效數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，設(shè)置了24位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，然后合理地分成六組，每組數(shù)據(jù)間隔都一致，數(shù)據(jù)是由低位到高位排列的。對(duì)于前五組數(shù)據(jù)而言，其單位都一樣，而在第六組數(shù)據(jù)中，還會(huì)涉及到公英制位和符號(hào)位。還要注意一點(diǎn)，零位的0表示正數(shù)，而1用來(lái)表示負(fù)數(shù)。

4.2 分析模塊控制技術(shù)

業(yè)內(nèi)人士清楚，無(wú)線(xiàn)模塊共有兩種工作模式：FIFO模式和 Direct模式，利用寄存器中FMS可以進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)設(shè)置為1時(shí)是 FIFO mode，當(dāng)設(shè)置0時(shí)是Direct mode，通常會(huì)使用FIFO mode。在該模式下，射頻芯片可以自動(dòng)對(duì)CRC 校驗(yàn)碼和字頭進(jìn)行處理，進(jìn)行數(shù)據(jù)接收時(shí)，還可以自動(dòng)去掉字頭和校驗(yàn)碼。

5 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)中，主要包含A7102軟件復(fù)位程序、數(shù)據(jù)收發(fā)程序、主程序、SPI寫(xiě)操作程序、時(shí)鐘初始化子程序、SPI讀操作程序以及子程序，除此之外，還包括初始化子程序，其他功能子程序等，這些設(shè)備在工作中，對(duì)信息傳遞有很好的實(shí)時(shí)性，因該技術(shù)和其他信息傳輸技術(shù)相比，還是比較現(xiàn)進(jìn)的。

6 總結(jié)

通過(guò)上述分析得知，該系統(tǒng)軟件運(yùn)行穩(wěn)定，容柵傳感器能很好地完成其基本功能，和傳統(tǒng)通信方式對(duì)比，解決了野外測(cè)量的困難，降低了布線(xiàn)成本，在以后發(fā)展中使用范圍會(huì)更廣。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：桂林市晶瑞傳感技術(shù)有限公司）