無線數據采集模塊設計

2008-04-12 00:00:00肖峰陳愛國

現代電子技術 2008年19期

摘要：在工業控制領域，常常需要采集大量的數據，然后傳輸給主機進行處理。這些網絡多基于有線傳輸，在使用中有很多缺點，而無線傳輸具有成本低、效率高、維護方便等優勢。這里介紹一種以555定時器組成的電路為主體的多參數無線數據采集模塊，可對溫度、壓力等多種參數進行采集，并分時地用同一無線信道進行傳輸，有著廣泛的應用前景。

關鍵詞：無線數據采集；無線傳輸；參數采集；555定時器

中圖分類號：TN929.5文獻標識碼：B文章編號：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

在工業控制現場，常常需要采集大量的現場數據，如溫度、濕度、速度、壓力等，并將這些采集的數據傳輸到主機進行處理。目前數據的傳輸基本是基于有線的網絡，如RS 485，CAN等。這些有線的網絡一般具有成本比較高、維護不方便等缺點。而無線傳輸相對具有一定的優勢，如成本低、可靠性高、效率高、維護方便等，并且不受地理環境和地面狀況的影響，尤其適合在野外或者不便于鋪設線纜的地區進行數據傳輸和采集。針對這些特點，設計了一種采用無線傳輸方式的無線數據采集模塊。

2 硬件設計

本文中采用555定時器為主體的無線數據采集模塊，成本較低且適應性較強，利用通用ISM數傳頻率433 MHz作為傳輸信道。

如圖1所示為發射板的設計框圖。通過傳感器1、傳感器2、傳感器N將工業控制現場的信號采集回來，經過由555定時器組成的多諧振蕩器，通過模擬開關選擇通路，將這些信號轉換成頻率信號，再將這些頻率信號通過高頻載波發射出去。其中調制方式采用幅移鍵控方式(ASK)調制，然后由聲表面波(SAW)振蕩產生433 MHz的高頻信號載波發射。

2.1 信號變換原理

利用555定時器組成的多諧振蕩器實現R-f變換。R₁為調節頻率高低輸出的精密匹配電阻，電壓輸入端口CVOLT接一個0.01 μF的電容器C1到地，起諧振作用，以消除外來的干擾，確保參考電平的穩定。R₁，R₂，RT1(R₃或R4)、C2組成多諧振蕩器的主要參數元件，最后得到的方波頻率信號由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雙向模擬開關，有A，B兩個二進制控制輸入端和INH輸入端，當INH輸入端＝“1”時，所有的通道截止。此處只選用一組，另一組為以后增加檢測項目提供了冗余。R₃，R4和R7為測量單元，分別為傳感器1、傳感器2和傳感器3，用來采集工業現場的數據，定義采集數據為參數1、參數2和參數3。對于需要采集更多的現場數據，可以選用其他的模擬開關，例如CD4051為8選1模擬開關，然后增加測量單元(傳感器)的個數就行了?？紤]到成本問題，不用MCU控制模擬開關CD4052的兩個控制輸入端A和B，而選用14級二進制計數/分頻/振蕩器CD4060，12引腳R為高電平時，計數器清零且振蕩器使用無效。CD4060由振蕩器和14級二進制串行計數器組成，振蕩器的結構可以是RC或晶振電路。如果選用RC振蕩，則頻率不穩定，但頻率靈活，變換R和C就可得到想要的頻率；晶振穩定，但頻率受到晶振標準頻率的限制。介于開發設計階段，所以選用頻率靈活可變的RC振蕩。

2.3 通道的區分

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

由于工業控制現場的數據傳輸大部分采用遠距離的無線傳輸方式，要想達到較高的可靠性和高效率，對發射板來說，要求有足夠大的發射功率，而對于接收機，則要有盡可能高的接收靈敏度，根據實際需求來選擇合適的接收模塊。圖3為接收處理系統的設計框圖，預期完成微處理器模塊與接收模塊和其他器件的設計，完成對信號的處理，數據顯示以及與上位機的通訊等功能。