基于短距離無線技術的多功能位移測量系統研究

李文紅

摘 要：隨著我國科學技術不斷的發展，人民生活水平的提高，短距離無線技術在多功能位移測量中也得到了很大發展。結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，就可以設計出位移測量系統，其功能多樣化，可以進行最小數、最大數跟蹤，還可以保持示值，對數值進行清零。下面就對其進行分析，希望給有關人士一些借鑒。

關鍵詞：短距離；無線技術；位移測量

在現代技術的發展中，集群控制、自動化控制是發展的核心目標，除此之外，最好可以做好低功耗測量，不需要人來值守等。和傳統測量方式對比，短距離無線通信不僅有很強的抗干擾能力，而且安全性、可靠性都很好，基本不會受到地理因素的限制，人工安裝簡單，工作效率高，近些年其應用領域也在不斷擴大，在以后必定是測量系統的主流。

1 對系統內部的測量原理研究

這種測量原理由平板容量理論發展而來，經過多年發展，該系統已經逐漸成熟，先分析容柵傳感器的整體結構，主要包括以下幾個內容，定柵板和動柵板，其中定柵板中包含反射極，其是進行信息的反射，而動柵板包括接收極和發射極，主要進行信息的接收和發射。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，在操作中給予激勵信號，反射極就會把該信號反射到接收極中，而數據得到處理后，還會進行其他方向的傳輸，該系統工作效率比較高，可以說是短距離無線技術的核心內容。除此之外，位移和相位之間的變化還遵循一個函數關系，θ（x）= arctan[（1-2x/w）/（1+2）]，其中x是位移量，w表示小發射極的寬度，如果位移量發生1個w寬度的變化時，在接收極一方，就會產生45?的相位差。

2 系統方案設計

該系統主要可以分成3個部分，測量終端部分、接收機部分和主控機部分，除此之外，在近端終端還能作為遠端終端的數據中轉使用，對于主控機方面，其主要工作就是管理、控制網絡通信，當采集到數據和節點后，要及時進行存儲和應用，在這里PC是主控機，利用總線進行通信，芯片和RS標準電平不匹配，因此要使用芯片進行電平的轉換操作。對于接收機方面，無線系統在工作中會受到外部干擾、空間布局影響，致使終端節點不能直接和主控機進行通信，進而只能利用接收機作為中轉站。接收機有很強的處理能力，進行通信時，使用總線和主機就可以達到目的。對節點進行分析時，其就是一個無線數據接收和發射器，當接到上位機命令后，可以及時作出反應，在工作中要對現場數據進行采集，同時也要進行相關數據的處理。該系統可以對網絡進行自己管理、自己組織，但是該網絡一定要有統一的時鐘系統，進而讓工作有條不紊。通常會把整個網絡分成5個時間段，廣播信號時間段、加入和退出網絡時間段、網絡同步時間段、點到點的數據交換時間段、網絡數據交換申請時間段。

3 科學對系統硬件的分析

3.1 分析信號處理技術

容柵一共有4根傳感器信號線，串行數據線（DATA）、時鐘線（CK）、地線（0V）、電源線（1.5V），通過控制信號線電平的高低，就可以讓傳感器達到不同的功能，例如對最小值的跟蹤、對最大值的跟蹤、對數據進行記錄和清零等。

3.2 無線模塊

使用A7102作為無線模塊，其可以應用在單片射頻集成電路中，工作速率最高能達到160Kb/s，有很強的抗干擾能力。內部還設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，在必要時可以進入休眠狀態。對模式進行切換時，操作時間不會大于228μs，進行數據的接收和發送可以達到64字節，最大功率為+15dbm，在發射距離方面的優勢明顯。

3.3 硬件抗干擾

該系統在工業現場經常被使用，經常會遇到電磁干擾，經過技術人員的反復研究，發現應用光耦技術可以有效隔離電磁的干擾，讓系統中的傳感器和單片機分開，提高設備運行的抗干擾能力。

4 系統軟件

4.1 數據采集

每間隔250ms就會發送一次數據，數據在時鐘上升沿才會有效，否則都屬于無效數據。在數據采集系統中，設置了24位的二進制數據，然后合理地分成六組，每組數據間隔都一致，數據是由低位到高位排列的。對于前五組數據而言，其單位都一樣，而在第六組數據中，還會涉及到公英制位和符號位。還要注意一點，零位的0表示正數，而1用來表示負數。

4.2 分析模塊控制技術

業內人士清楚，無線模塊共有兩種工作模式：FIFO模式和 Direct模式，利用寄存器中FMS可以進行設置，當設置為1時是 FIFO mode，當設置0時是Direct mode，通常會使用FIFO mode。在該模式下，射頻芯片可以自動對CRC 校驗碼和字頭進行處理，進行數據接收時，還可以自動去掉字頭和校驗碼。

5 系統主程序設計

系統主程序設計中，主要包含A7102軟件復位程序、數據收發程序、主程序、SPI寫操作程序、時鐘初始化子程序、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，這些設備在工作中，對信息傳遞有很好的實時性，因該技術和其他信息傳輸技術相比，還是比較現進的。

6 總結

通過上述分析得知，該系統軟件運行穩定，容柵傳感器能很好地完成其基本功能，和傳統通信方式對比，解決了野外測量的困難，降低了布線成本，在以后發展中使用范圍會更廣。

參考文獻

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（作者單位：桂林市晶瑞傳感技術有限公司）