ADuC845單片機和PTR2000的無線數據采集系統設計

周鴻雁

（四平供電公司，四平 136000）

周鴻雁（工程師），主要研究方向為電氣工程及其自動化。

引 言

在工業控制領域，常常需要采集大量的現場數據，如電壓、電流、溫度、濕度、氣壓等，并將這些數據采集模塊采集的數據傳輸到主機進行處理。由主機根據處理的結果，將控制信號傳輸給現場執行模塊進行各種操作。而目前數據傳輸通常使用的是RS485或者是CAN等網絡。這些網絡均基于有線傳輸，有線傳輸方式存在布線困難、維護成本高等問題，而無線通信技術解決了這些問題，因此被廣泛應用在很多場合。隨著信息技術的高速發展，人們需要能夠準確、快速和便攜地獲得大量數據，并將采集到的數據通過無線傳輸方式傳給遠端主控制室。無線傳輸具有一定的優勢，成本相對低，并且傳輸中的干擾也較少，這也在一定程度上提高了傳輸的可靠性。本文將單片機技術與數據采集技術、無線傳輸技術結合起來，設計了一套高速的無線數據采集系統。

1 無線數據采集系統的總體構成

無線數據采集系統首先將傳感器所采集到的模擬信號經過信號調理模塊進行調理，然后進入到ADuC845單片機的A／D轉換端口進行模／數轉換，最后通過PTR2000無線收發模塊將數據發送出去。無線數據采集系統的硬件結構框圖如圖1所示。它包含信號調理模塊、電源模塊、LED顯示與鍵盤電路模塊、復位電路模塊、PTR2000無線收發模塊、LCD顯示模塊以及蜂鳴電路模塊等［1］。

圖1 無線數據采集系統的硬件結構框圖

2 主要芯片的選取

2.1 ADuC845單片機

ADuC845是高度集成的單片機，該芯片主要由兩個多通道且皆可達到24位分辨率的A／D轉換器、雙D／A轉換器以及一個8位可編程微控制器組成。在ADuC845的雙通道ADC電路中，主通道用于轉換第一級傳感器的輸入，該通道具有緩沖能力，并可編程為8個輸入范圍，工作電壓為±20～±2.56mV，可由5個差動輸入端之一驅動。ADuC845采用Δ－Σ轉換技術來實現高達24位無遺漏碼的優良性能［2］。

2.2 無線收發PTR2000

PTR2000是一個小型、超低功耗無線數據收發模塊。該模塊將發射和接收合為一體；采用FSK調制／解調，可直接輸入／輸出，抗干擾能力強，特別適合工業控制場合；

溫度傳感器AD590采集的信號通過放大電路OP07進行放大，通過加法比例電路來進行零點漂移，調節R1來進行放大倍數的調節，使V1電壓輸出在0～2.5V。然后再通過電壓跟隨器OP491和濾波電路，最后輸入到單片機ADuC845的一個AIN1輸入通道。

HIH3610相對濕度傳感器將采集的信號電壓V2接到信號調理電路中，同時要對電壓信號進行調理，讓其滿足ADuC845的通道輸入電壓，然后通過電壓跟隨器和濾波電路進入ADuC845中的AIN2輸入通道來進行數據采集。

26PC壓力傳感器是美國HONEYWELL公司生產的差壓、表壓，無放大的帶溫度補償的壓力傳感器，輸入電壓（0～16V）通過電壓跟隨電路和濾波電路后，連接到單片機ADuC845的AIN3輸入通道之中進行數據采集［3］。

2.3 無線收發電路設計

PTR2000無線收發模塊與單片機ADuC845連接時，PTR2000模塊的DO和DI分別與ADuC845的RXD和采用DDS＋PLLL頻率合成技術，因而頻率穩定性極好；功耗低，具有兩個頻道，廣泛應用于多信道工作需要的場合［4］。

3 硬件電路設計

3.1 信號調理電路設計

信號調理電路的設計就是利用放大電路、緩沖級電路、濾波電路等，將傳感器采集的非電量微弱信號調理成可以測量的數字信號，以方便檢測系統后續處理或顯示。信號調理電路如圖2所示。TXD連接。單片機可直接通過P3.2位置高／低電平來控制收發模塊發射／接收狀態。ADuC845與PTR2000的接口電路如圖3所示［5］。

圖3 ADuC845與PTR2000的接口電路

當PC機與PTR2000之間連接時，必須經過電平轉換，將TTL電平利用 MAX232轉換成 RS－232電平。PTR2000與MAX232的電平轉換電路如圖4所示。

圖4 PTR2000與MAX232的電平轉換電路

3.2 LED顯示與鍵盤電路設計

LED顯示與鍵盤電路的設計主要是用于采集、顯示、打印等操作。ZLG7289是一片具有串行接口，可同時驅動8位共陰式數碼管的智能顯示驅動芯片。該芯片同時還可連接多達64鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成LED顯示、鍵盤接口的全部功能，且不占用單片機系統資源。

電路的兩個下拉電阻R1、R2阻值為100kΩ，8個按鍵與位選線DIG0～DIG7相連的8只電阻為位選電阻。SG～DP引腳為行掃描輸出，DIG7～DIG0引腳為列掃描輸出。LED顯示與鍵盤電路如圖5所示。

4 軟件設計

根據數據采集系統的功能要求，進行系統軟件的設計。包括主程序部分和子程序部分，主程序部分主要完成系統對各個硬件的初始化工作，子程序主要是完成和單片機進行交互并實現本部分的功能。主程序流程如圖6所示。

子程序包括A／D轉換、LED顯示與鍵盤、通信模塊和無線收發模塊等。數據采集子程序用來啟動A／D轉換，將采集值存放在內部RAM以及將采樣值送入顯示緩存區。ADC的設置和控制是通過專用寄存器中的一組寄存器來實現的，在進行數據采集時可以采取每隔一段時間采集一次、采集多次取平均值的方法來減小系統帶來的誤差。A／D數據采集流程如圖7所示。

編寫ADC程序中的主要函數有：

◆void InitTIATION（），主要功能是端口初始化、主要包括初始化ADC、RAM、讀寫初始化；

◆void ADC＿Int（），ADC初始化函數；

◆void Delay（），延時功能；

◆void Extern＿Interrupt＿Open（），開外部中斷函數；

◆void Extern＿Interrupt＿Close（），關外部中斷函數；

◆ void ADC＿Conversion＿Start（），A／D 轉換啟動函數。

顯示子程序負責將顯示緩存區的數據進行顯示。監控子程序負責系統的正常運行，以及調用各種子程序和管理中斷服務程序。系統的通信發送子程序負責與PC機的通信和發送采集的數據。PC機通信接收子程序負責接收單片機發送來的數據并處理。

圖5 LED顯示與鍵盤電路

圖6 主程序流程

圖7 A／D數據采集流程

5 結 論

數據采集系統充分利用ADuC845具有多通道高速數據采集特性，實現了對溫度、濕度、壓力等信號的采集和處理功能；ADuC845具有2個獨立的高分辨（24位）的A／D轉換器，溫漂和失調系數都很小，符合高速數據采集系統的要求。PTR2000無線數據傳輸模塊是一種超小型、低功耗、高速率的無線收發傳輸模塊，通過PTR2000無線傳輸芯片，構建了一個數據采集、處理、顯示、控制為一體的無線數據采集系統。該系統具有精度高、速度快、成本低等優點。

［1］莊坤領.基于ADuC845的數據采集系統的研究與設計［D］.青島：中國海洋大學，2009，19－29.

［2］李剛，林凌，何峰等.ADuC845單片機原理、開發方法及應用實例［M］.北京：電子工業出版社，2006：105－111.

［3］劉敦濤，李翌，劉武.帶高精度24位的AD轉換的51核ADuC845［J］.電子元器件應用，2006（1）：108－112.

［4］劉舒祺.基于PTR2000的數據采集及傳輸系統設計［J］.江蘇技術師范學院學報，2008（12）：24－427.

［5］王中杰.基于PTR2000的無線數據傳輸系統設計［J］.電力學報，2006（21）：44－45.