單桿數據采集及遠程無線數據傳輸系統

吉林大學通信工程學院　張夢璠　王　月　滕　杏　張鵬程　趙靜榮

?

單桿數據采集及遠程無線數據傳輸系統

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】構建了一種基于飛思卡爾單片機的單桿數據采集及遠程無線數據傳輸系統,給出了系統的硬件設計結構和軟件設計流程。首先利用高精度傳感器采集單桿數據，然后通過MC9S12XS128單片機與無線收發模塊JZ873進行數據傳輸, 從而實現數據的采集與無線收發功能。重點論述了系統的硬件設計原理和軟件設計方案，并給出了實驗測試數據。

【關鍵詞】單桿；轉換精度；RS-485

0　引言

單桿控制系統廣泛應用于各種場合，尤其是在某些特定的壞境中。例如，光電經緯儀，通過單桿系統對經緯儀的方位角和俯仰角的控制，來實現對光電經緯儀的控制等[1]；單桿用來實現對處于生化試驗或放射環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、穩定地跟蹤目標[3]。

目前使用的單桿控制系統多采用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。本文構建的基于單片機的單桿數據采集及遠程無線數據傳輸系統,采用了MC9S12XS128單片機內置的A/D轉換模塊，達到了12位的數據轉換精度；同時改進了目前常規通訊接口方式[2]，提高了抗干擾能力、增大了傳輸距離。

1　系統硬件設計

本系統主要包括以下三個部分：數據采集模塊、MC9S12XS128微控制器模塊、無線傳輸模塊。系統總體設計結構如圖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轉換模塊將獲得的模擬信號轉換成數字信號，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，完成單桿數據的遠程無線傳輸全過程。進行兩路數據采集。當單桿在任意方向發生細微位移時，這兩組電位計電阻值將發生相應變化，電阻變化量經過電橋便可以轉換成模擬電量。通過電壓表可測得，采集到的電壓數值范圍在，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模塊內進行模數轉換。

圖1　系統總體設計結構圖

1.1數據采集模塊設計

為了采集單桿的方位和俯仰信息，通過WX74A-1型電位計

1.2無線傳輸模塊設計

目前的單桿控制系統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詳見表1[5]。經對比發現采用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調制方式，載頻433MHz，在遠程無線傳輸中具有獨特的優勢。同時自帶RS-485通用接口，符合系統的設計要求。

表1　RS-232與RS-485串行接口比較

2　系統軟件設計

單桿數據采集及遠程無線傳輸的主程序的流程如圖2所示。

圖2　主流程圖

其中，Init_port()：定義I/O端口；Init_SCI():設置接收和發送的波特率、起始位、數據位、停止位和奇偶校驗位；

Init_ATD():設置AD轉換位數、次數、通道數、對齊方式；

for(;;):死循環，通過語句while(!(ATD0STAT0&0x80))不斷查詢狀態寄存器，當有轉換完成時將數據發送出去，之后再進入while語句查詢狀態寄存器，循環往復。

3　實驗測試數據

為了測試系統的傳輸性能，分別進行了無障礙傳輸和有障礙傳輸兩組實驗。其中無障礙傳輸的發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；有障礙傳輸的試驗地點則位于市區的步行街道。測試數據如表2、表3所示。

表2　無障礙無線傳輸測試數據

表3　有障礙無線傳輸測試數據

實驗結果表明，本文設計的系統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定性差導致的。

4　結論

單桿數據采集及遠程無線數據傳輸系統的采樣精度為12位，理論誤差為0.024%，與以往系統相比，提高了數據采集的精度。在實際遠程數據傳輸測試時，數據傳輸成功率最高可達98.38%，保證了本文設計的系統能夠在一定誤差范圍內高速、穩定地將單桿控制信息發送至上位機，可以用于相關方面的遠程控制。

參考文獻

[1]李一芒,何昕,魏仲慧等.光電經緯儀單桿數據采集系統設計與實現[J].儀表技術與傳感器,2011(6):14-16.

[2]陳健,高慧斌,郭勁,陳賀新.數字化單桿控制系統設計[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計[J].科技信息,2009(23):827-828

[4]肖文禮.單桿數據采集專用系統的軟硬件設計[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的應用與轉換[J].計算機與數字工程,2003,31(5):58-61.

張夢璠（1995—），江蘇連云港人，大學本科，現就讀于吉林大學。

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。

通訊作者：

作者簡介：