基于單片機的數據采集與近距離無線傳輸系統研究

郝小雷，劉志強

（1.69016部隊，新疆　烏魯木齊　830001；2.預備役192師第575團，遼寧 本溪 117000）

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基于單片機的數據采集與近距離無線傳輸系統研究

郝小雷1，劉志強2

（1.69016部隊，新疆烏魯木齊830001；2.預備役192師第575團，遼寧 本溪 117000）

摘要：近年來，我國工業發展迅速。在這樣的背景下，自動化機電設備的應用也得到了相應的普及。與此同時，一些自動化機電設備的規模、復雜程度以及智能程度也越來越高。在自動化機電設備廣泛應用的條件，確保其運行的穩定性及安全性非常重要。文章對基于單片機的數據采集與近距離無線傳輸系統進行研究，首先對相關系統進行簡要概述，然后對系統的結構及功能進行分析，進一步對硬件部分的實現以及軟件部分的實現進行分析，希望以此使該系統能夠為自動化機電設備可靠性及安全性的提高提供有效技術支撐。

關鍵詞：單片機；數據采集；無線傳輸系統

進入21世紀以來，我國社會經濟呈現了快速的發展勢態，在這樣的勢態下我國工業也快速發展起來［1］。基于工業生產過程中，少不了自動化機電設備的應用。而要想使自動化機電設備在運行過程中的穩定性及安全性得到有效保障，為其提供相關技術及系統的支持非常關鍵。而基于單片機的數據采集與近距離無線傳輸系統便能夠提高自動化機電設備在運行期間的穩定性及安全性。鑒于此，本文對“基于單片機的數據采集與近距離無線傳輸系統”進行研究意義重大。

1　相關系統簡要概述

基于工業控制系統當中，一般的數據方式有2類：其一為持續發生變化的電壓或電流等模擬量藍齊兒為基于二進制模式的開關量。當中，持續發生變化的模擬量需要多類傳感器的支持，才能夠使數據得到有效輸出。因此，此類數據方式相對于基于二進制模式的開關量更為常見。在此次研究中，將模擬量視為采集數據的主要途徑［2］。通常條件下，所采集的數據需使用導線向控制中心傳輸。此類方法需利用專門使用的電纜進行鋪設，并且在造價成本上顯得不夠經濟，此外在電纜維修養護方面難度也較大。綜合考慮，為了解決在造價成本、電纜維修養護方面的不足，此次在相關系統設計過程中，使用了AT89S52單片機作為核心芯片，并使用高性能無線收發芯片CC1000、MAX1167多通道A/D變換器以及AD623儀器放大器等芯片，進而使數據采集與近距離無線傳輸系統的高速性及穩定性得到有效提高。

2　系統結構及功能分析

在系統設計過程中，需對系統的結構及功能充分了解，這樣才能夠為系統的優化設計提供科學憑據。對于將AT89S52單片機作為核心芯片的系統來說，其系統結構以及系統相關功能為。

2.1系統結構

將AT89S52單片機作為核心芯片的系統主要由兩大組分組成：其一為數據接收處理部位；其二為數據采集發送部分。將數據接收處理部位稱之為上位機，上位機又進一步細分為3個模塊，即單片機控制系統模塊、無線收發模塊以及串行通信模塊。本文將數據采集發送部分稱之為下位機模塊，下位機模塊組分較多，包括了單片機控制系統、A/D轉換模塊、無線收發模塊以及信號放大模塊等［3］。此外，單從AT89S52單片機內部結構來看，包括了數據存儲器、程序存儲器、微處理器、控制部件以及特殊功能寄存器等。如圖1所示，為AT89S52單片機內部結構如圖1所示。

圖1　AT89S52單片機內部結構

2.2系統功能

要想了解系統的整體功能，需從上位機和下位機2個方面著手：（1）基于上位機中，單片機控制系統主要針對上位機的其他模塊進行控制。而無線收發模塊則主要和下位機保持通信關系，使短距離的數據傳輸得到有效實現，同時使信息的傳輸得到有效控制。對于串行通信模塊來說，主要把無線收發模塊所接收的數據向設備控制中心傳輸。（2）基于下位機中，傳感器主要對原始數據進行采集。放大器主要把傳感器傳輸得到的模擬量進一步放大。而模擬量被放大之后，其數字化則需A/D轉換模塊加以實現。進一步在單片機控制系統的作用下，使數字化進一步向二進制數據轉化［4］。此外，單片機控制系統還起到了對無線收發模塊控制的作用，進而以天線為傳輸渠道，通過電磁波的方式把數據向上位機發送過去。

3　系統硬件部分的實現分析

在上述分析過程中對本次設計系統的硬件有了一定的認識，為了使系統硬件部分得到有效實現，下面就對其相關硬件進行詳細分析。

3.1AT89S52單片機分析

在本次系統當中，所使用的單片機即為AT89S52單片機，由Atmel公司生產，屬于八位CMOS微處理器，主要特點是功耗低以及性能高。其內部具備在線可編程Flash存儲器，屬于8K字節類型，此外還包括了看門狗定時器以及計數器等。基于系統應用分析，AT89S2單片機能夠與工業上指定的80C51產生充分兼容，進而使系統功能的實現得到有效保障。

3.2無線收發模塊分析

基于無線收發模塊當中，系統應用了CC1000加以實現，這是一類單片無線收發一體芯片，由Chipcon公司生產，主要的特點是功耗低以及電壓低。在工業以及醫療的一些特定頻率當中，該無線收發模塊具備顯著應用價值。與此同時，在不能直接適應的頻率中，可采取編程的方式使其間接性地在一些頻率中應用。在此次系統設計過程中，將工作頻率控制在433MHz。在此芯片應用的條件下，使得短距離的數據傳輸顯得更加穩定，同時還具備接收穩定數據的功能。

3.3轉換器分析

在此次系統設計過程中，所使用的轉換器為MAX1167 A/ D轉換器，由MAXIM公司生產。該轉換器主要用于模數的轉換，其具備的特點包括功率低、高精度以及多通道等。采樣頻率最高數值為200K，其內部有4V左右的參考電壓集成，與此同時還包括了參考電壓緩沖器以及自動掉電等功能。總之，該轉換器在模數轉換中效率高，為系統硬件部分功能的實現奠定了基礎。

3.4放大器分析

為了使傳感器小信號的放大得到有效實現，此次設計了AD623放大器，這是一種集成單電源儀表放大器，基于單電源3～12V的條件下能夠使電源幅度的輸出得到有效實現。與此同時，該放大器可以進行單獨的增益設置電阻，進一步使增益編程得到有效實現，這樣便使得放大器的功能的靈活度得到有效提高。基于沒有外接電阻的情況下，如果該放大器設置單位增益，則可以使外接電阻值擴大數千倍［5］。并且，該放大器的誤差偏小，能夠使線路可能產生的噪聲得到有效控制。基于整體層面分析，AD623放大器是以單電源的方法進行設計的，基于雙電源工作環節中，它還是可以發揮出很好的性能作用。

4　系統控制流程及軟件實現分析

如前所述，系統做好分為上位機和下位機兩大構成部分。而本次所設計的系統的控制流程便是這兩大構成部分的主要工作。與此同時，軟件的實現也可系統控制流程有著密不可分的關系。具體內容包括如下。

4.1上位機控制流程分析

對于上位機來說，其控制流程實現需嚴格遵循基本原則：首先，通過上電完成初始化工作，然后由控制無線收發模塊對相關控制信息進行發送，例如下位機ID信息、校驗荷以及傳感器編號信息等。其次，通過串行通信模式把數據向設備控制中心傳輸，當接收到與設定值個數相符合的數據之后，上位機再進行控制信息的發送，進一步完成其他傳感器數據的采集。如果情況較為復雜，則可利用按鍵對一些復雜傳感器數據進行采集。

4.2下位機控制流程分析

與上位機相同，下位機在控制流程實現過程中也需遵循一定的原則：首先，下位機需保持在初始化狀態，將上位機的控制信息接收到之后，以控制信息為依據，對MAX1167采集到的不同通道的輸入數據進行控制，進一步在無線收發模塊的作用下，將采集的數據發送出去［6］。將一定數量的數據發送之后，再轉化為接收方式，對上位機的命令進行接收，最終對特定的傳感器數據進行采集以及發送。總之，無論是上位機控制還是下位機控制，均需要遵循一定的流程，這樣才能夠使軟件功能的實現得到有效保障。

5　結語

通過本文的探究，認識到在我國工業發展的背景下，相關技術也不斷的進步，而對于其中的自動化機電設備來說，由于復雜程度、只能程度越來越高，為此確保其在運行過程中的穩定性及安全性便顯得極為重要。在此次研究過程中，設計了基于單片機的數據采集與近距離無線傳輸系統。筆者認為，在系統設計過程中，首先需對系統的結構以及功能有足夠的了解，以此為系統的優化設計奠定基礎。本系統設計過程中，將AT89S52單片機作為核心芯片，同時還包括了無線收發、轉換器、放大器等硬件設備，每一類設備均具備自身的功能。此外，在系統控制流程方面，主要分為上位機的控制流程和下位機的控制流程。本次設計的系統能夠提高自動化控制設備在運行過程中的穩定性及安全性，進一步為相關工作生產效益的提高奠定堅實的基礎。

［參考文獻］

［1］劉小群，錢郁，陳磊.基于單片機的多路數據采集與傳輸顯示系統［J］.電源技術，2014（8）：1546-1548.

［2］李圖江.基于單片機的數據采集和無線數據傳輸系統研究［J］.硅谷，2014（17）：14.

［3］李斌，鄒家焱.基于MSP430單片機的錄井無線數據采集系統設計［J］.儀表技術與傳感器，2011（6）：69-71.

［4］樓平.基于GPRS的無線遠程氣象數據采集傳輸系統設計［J］.電子測量技術，2012（5）：118-122.

［5］梁錦，趙同剛.基于CC1110單片機的陰極保護數據采集通信節點及節點間無線通信控制系統設計［J］.軟件，2012（12）：205-209.

［6］左湘文，薛箏箏，肖建輝，等.基于51單片機的氣象數據無線傳輸系統的設計開發［J］.氣象科技，2015（5）：829-832.

Based on Single Chip Microcomputer Data
Acquisition and Wireless Transmission System Closely

Hao Xiaolei1, Liu Zhiqiang2
（1.69016 Units， Urumqi830001， China；2.Reserve 192， 575th Regiment， Benxi 117000， China）

Abstract：In recent years, the industry has developed rapidly in our country. In this context, the application of automated mechanical and electrical equipment is the popularity of the corresponding. At the same time, some degree of automation of mechanical and electrical equipment scale, complex and intelligent degree is becoming more and more high. In the conditions of the automation of mechanical and electrical equipment widely used， to ensure the running stability and security is very important. This paper based on the single-chip microcomputer data acquisition and wireless transmission system is studied from close range， frst to a brief overview of related systems，and then analyzes the structure and function of the system, further to the realization of the realization of the hardware part and software part were analyzed, and hope to make the system can provide automation to improve mechanical and electrical equipment reliability and security of effective technical support.

Key words：single chip microcomputer; data acquisition; the wireless transmission system

作者簡介：郝小雷（1981-），男，安徽渦陽，碩士，助理工程師；研究方向：計算機軟件工程，多agent系統。