無(wú)線數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)

摘 要：在工業(yè)控制領(lǐng)域，常常需要采集大量的數(shù)據(jù)，然后傳輸給主機(jī)進(jìn)行處理。這些網(wǎng)絡(luò)多基于有線傳輸，在使用中有很多缺點(diǎn)，而無(wú)線傳輸具有成本低、效率高、維護(hù)方便等優(yōu)勢(shì)。這里介紹一種以555定時(shí)器組成的電路為主體的多參數(shù)無(wú)線數(shù)據(jù)采集模塊，可對(duì)溫度、壓力等多種參數(shù)進(jìn)行采集，并分時(shí)地用同一無(wú)線信道進(jìn)行傳輸，有著廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：無(wú)線數(shù)據(jù)采集；無(wú)線傳輸；參數(shù)采集；555定時(shí)器

中圖分類號(hào)：TN929.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1004373X(2008)1914902

Design of Wireless Data Collection Module

XIAO Feng，CHEN Aiguo

(College of Information Engineering，Inner Mongolia University of Technology，Hohhot，010051，China)

Abstract：In the field of industrial control，it needs to collect large quantity of datum，and then sends them to host to process.These networks are mostly transmitted through wire，it also has lots of disadvantages.While，whreless transmission has characters of low cost ，high efficiency and easy maintance.This paper introduces a wireless multi-parameter data collection module/s circuit which is composed by 555 timer for the main body，it can collect the temperature，pressure and other parameters，and time-sharing carries on the transmission with the same channel.It has wide prospect of application.

Keywords：wireless data collection;wireless transmission;parameter collection;555 timer

1 引 言

在工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)，常常需要采集大量的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，如溫度、濕度、速度、壓力等，并將這些采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī)進(jìn)行處理。目前數(shù)據(jù)的傳輸基本是基于有線的網(wǎng)絡(luò)，如RS 485，CAN等。這些有線的網(wǎng)絡(luò)一般具有成本比較高、維護(hù)不方便等缺點(diǎn)。而無(wú)線傳輸相對(duì)具有一定的優(yōu)勢(shì)，如成本低、可靠性高、效率高、維護(hù)方便等，并且不受地理環(huán)境和地面狀況的影響，尤其適合在野外或者不便于鋪設(shè)線纜的地區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和采集。針對(duì)這些特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種采用無(wú)線傳輸方式的無(wú)線數(shù)據(jù)采集模塊。

2 硬件設(shè)計(jì)

本文中采用555定時(shí)器為主體的無(wú)線數(shù)據(jù)采集模塊，成本較低且適應(yīng)性較強(qiáng)，利用通用ISM數(shù)傳頻率433 MHz作為傳輸信道。

如圖1所示為發(fā)射板的設(shè)計(jì)框圖。通過(guò)傳感器1、傳感器2、傳感器N將工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)采集回來(lái)，經(jīng)過(guò)由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器，通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)選擇通路，將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)，再將這些頻率信號(hào)通過(guò)高頻載波發(fā)射出去。其中調(diào)制方式采用幅移鍵控方式(ASK)調(diào)制，然后由聲表面波(SAW)振蕩產(chǎn)生433 MHz的高頻信號(hào)載波發(fā)射。

2.1 信號(hào)變換原理

利用555定時(shí)器組成的多諧振蕩器實(shí)現(xiàn)R-f變換。R₁為調(diào)節(jié)頻率高低輸出的精密匹配電阻，電壓輸入端口CVOLT接一個(gè)0.01 μF的電容器C1到地，起諧振作用，以消除外來(lái)的干擾，確保參考電平的穩(wěn)定。R₁，R₂，RT1(R₃或R4)、C2組成多諧振蕩器的主要參數(shù)元件，最后得到的方波頻率信號(hào)由LM555芯片的第三引腳輸出。

2.2 通道的變換

圖2中CD4052為CMOS雙4選1雙向模擬開(kāi)關(guān)，有A，B兩個(gè)二進(jìn)制控制輸入端和INH輸入端，當(dāng)INH輸入端＝“1”時(shí)，所有的通道截止。此處只選用一組，另一組為以后增加檢測(cè)項(xiàng)目提供了冗余。R₃，R4和R7為測(cè)量單元，分別為傳感器1、傳感器2和傳感器3，用來(lái)采集工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，定義采集數(shù)據(jù)為參數(shù)1、參數(shù)2和參數(shù)3。對(duì)于需要采集更多的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，可以選用其他的模擬開(kāi)關(guān)，例如CD4051為8選1模擬開(kāi)關(guān)，然后增加測(cè)量單元(傳感器)的個(gè)數(shù)就行了。考慮到成本問(wèn)題，不用MCU控制模擬開(kāi)關(guān)CD4052的兩個(gè)控制輸入端A和B，而選用14級(jí)二進(jìn)制計(jì)數(shù)/分頻/振蕩器CD4060，12引腳R為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零且振蕩器使用無(wú)效。CD4060由振蕩器和14級(jí)二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器組成，振蕩器的結(jié)構(gòu)可以是RC或晶振電路。如果選用RC振蕩，則頻率不穩(wěn)定，但頻率靈活，變換R和C就可得到想要的頻率；晶振穩(wěn)定，但頻率受到晶振標(biāo)準(zhǔn)頻率的限制。介于開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)階段，所以選用頻率靈活可變的RC振蕩。

2.3 通道的區(qū)分

圖2中CD4060的7引腳Q4和CD4052的4引腳Y3相連，起到了同步發(fā)射標(biāo)志的作用，即同一組參數(shù)(參數(shù)1、參數(shù)2和參數(shù)3為一組，參數(shù)1′、參數(shù)2′和參數(shù)3′為另一組，以此類推)分時(shí)的用同一信道發(fā)射。

由于工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)傳輸大部分采用遠(yuǎn)距離的無(wú)線傳輸方式，要想達(dá)到較高的可靠性和高效率，對(duì)發(fā)射板來(lái)說(shuō)，要求有足夠大的發(fā)射功率，而對(duì)于接收機(jī)，則要有盡可能高的接收靈敏度，根據(jù)實(shí)際需求來(lái)選擇合適的接收模塊。圖3為接收處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框圖，預(yù)期完成微處理器模塊與接收模塊和其他器件的設(shè)計(jì)，完成對(duì)信號(hào)的處理，數(shù)據(jù)顯示以及與上位機(jī)的通訊等功能。

3 軟件設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)采用功能模塊化設(shè)計(jì)，雖然會(huì)稍微增加軟件代碼的長(zhǎng)度，但是有利于軟件的維護(hù)、管理和移植。系統(tǒng)對(duì)每個(gè)功能程序進(jìn)行資源的統(tǒng)一配置，對(duì)已知的檢測(cè)設(shè)備的算法進(jìn)行分類，用戶可在程序菜單中調(diào)用相關(guān)的功能。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，對(duì)不用的功能模塊進(jìn)行關(guān)斷處理，節(jié)省系統(tǒng)的功耗，限于篇幅從略。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文介紹的無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)于其他無(wú)線數(shù)據(jù)采集傳輸?shù)膽?yīng)用具有一定的參考價(jià)值，有較強(qiáng)的可移植能力，通過(guò)適當(dāng)改變硬件配置，比如更換測(cè)量單元傳感器的類型，以及適當(dāng)?shù)男薷某绦颍涂梢詰?yīng)用于工業(yè)數(shù)據(jù)采集、無(wú)線遠(yuǎn)程抄表、遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能家電等領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景。

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作者簡(jiǎn)介

肖 峰 男，1981年出生，遼寧沈陽(yáng)人，在讀碩士。研究方向?yàn)闄z測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置。

陳愛(ài)國(guó) 男，1955年出生，教授。研究方向?yàn)樽詣?dòng)控制及檢測(cè)。