基于單片機及射頻器的振動數據的無線傳輸

耿翔宇+何正紅+姬廣振+蔣一博+黃碧豪+郝雪弟

摘 要：井下設備部件受損，振動信號便會發生變化。設備會有不同的受損情況，這就需要通過設備振動信號的變化情況來進行判斷，對于已經受損的部件和部件具體的損壞情況進行識別。如果我們能以無線傳輸的形式讓所布置的傳感器節點和上位機進行通信，來組成無線傳感器網絡，這會顯著提高振動信號采集的效率。我們應用單片機，，振動數據傳感器，A/D和D/A轉換器組成一個小型的WiFi傳輸鏈，實現了振動數據的無線傳輸，方便第一時間知道井下設備受損的情況。

關鍵詞：振動數據；無線傳輸；STC89C52RC單片機；NRF905；振動數據傳感器

1 緒論

在煤炭生產中，通過監測設備的運行狀態，并對這些參數進行分析，能夠可以發現哪些特征參數便發生了變化，從而判斷出設備是否出現故障。要保證煤礦井下的安全生產，就無法離開對井下設備的監控，怎樣能實時有效地獲知井下設備的運行狀態，對井下的生產安全起著至關重要的作用，而其中振動數據的獲取尤其重要。

2 Wifi無線數據傳輸技術

現階段，針對井下設備的振動數據采集分析希望能夠通過無線方式來實現，而振動信號無線傳輸技術仍不夠成熟，井下布局又十分復雜。為實現振動數據的無線傳輸，需要在已有短距離無線傳輸方式Zigbee、WiFi、藍牙、超寬帶中進行對比分析，找出較為適合的無線通訊方式，并對其展開全面探究與分析。

我們的選擇：相比較地面來說，井下空間不足，存在眾多障礙，會影響傳輸信號的真實性。ZigBee的傳輸的穿墻能力太弱，這明顯不適合于井下的傳輸。藍牙的傳輸熟慮不是很快，并且它的應用成本偏高，對于井下這個需要大規模傳輸數據的地方來說顯然不適合。Wifi傳輸速率快，傳輸范圍相對比較大，在井下組建wifi網絡，類似局域網之類的，可以很方便的傳輸數據。因此wifi更適合作為井下的無線傳輸方法。

3 無線傳輸的硬件設計

3.1 單片機選型

STC89C52RC是STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K字節系統可編程Flash存儲器。STC89C52使用經典的MCS-51內核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。

3.2 硬件的連接

先是由振動傳感器產生振動信號，再通過A/D轉換器，接著是單片機再到nRF905發送端，再由nRF905接收端接受，然后到單片機，經過D/A轉換器最后傳輸到電腦上。

4 無線傳輸的軟件設計

nRF905 發送數據的流程介紹：

（1）當單片機有數據要發送時， 通過SPI 接口， 按時序把接收機的地址和要發送的數據送傳給nRF905， SPI 接口的速率在通信協議和器件配置時確定；

（2） 通過單片機置高TRX_CE 和TX_EN， 激發nRF905 的射頻發送（ShockBurstTM）模式；

（3）若單片機置AUTO_RETRAN 寄存器為高， 表示需要重發數據， nRF905 不斷重發， 直到單片機將TRX_CE 置低；

（4）當TRX_CE 被置低， nRF905 發送過程完成， 自動進入空閑模式。

nRF905 接收數據的流程介紹：

當TRX_CE為高、TX_EN為低時，nRF905進入接收模式：

（1）650μs后，nRF905開始監聽無線電信號；

（2）當nRF905檢測接收頻率的載波時，CD變為高電平；當接收到一個有效的地址，AM變為高電平；

（3）當被接收的數據包CRC校驗正確，nRF905將除去報頭，地址及CRC比特，同時使DR變為高電平；

（4）微控制器把TRX_CE置低，nRF905進入空閑模式；微控制器通過SPI口，以一定的速率把數據移到微控制器內；

（5）當所有的負載數據傳出后，nRF905再次將設定AM和DR為低電平；

5 結論

本課題采用WiFi技術作為一種無線傳輸技術，它接收無線電信號可以達到數百英尺。它有一個最大優點，那就是傳輸速度很高，而且如果出現信號較弱或者有干擾，它的帶寬是可以進行調整的，網絡的穩定性和可靠性可以得到比較有效地保障。另外，它有較長的傳輸有效距離，而且如果是在開放性區域，其通信距離可以達到305m，如果是在封閉性區域，其通信的距離為76m-122m，若想要增加其傳輸距離，還可以加入功率放大電路。但WiFi技術的價格偏高、抗干擾不強、功耗量較大。考慮礦井下現場情況考慮到礦井下現場情況和機械振動檢測系統的實際特點，若解決供電問題，選擇無線WiFi作為井下系統的振動數據傳輸方式更加有優勢。

參考文獻

[1] 宏晶科技.JASK1000+開發板原理圖+系列單片機器件手冊[DB/OL].