新型無線傳感器遙測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

　　本系統(tǒng)采用摩托羅拉公司的編碼器MC145026及譯碼器MC145027。MC145026/27是Motorola公司生產(chǎn)的用于通信的配對芯片,它是一種低壓CMOS編譯碼器件，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，廣泛應(yīng)用于遙控遙測電路[5]。它們的基本特性是：

　　(1)當(dāng)編碼器發(fā)送腳TE(14腳)接地(低電平時(shí))，編碼器將5位地址及4位數(shù)據(jù)以不同的脈沖編碼方式串行輸出，每發(fā)送一次，編碼器自動送出兩串相同的地址、數(shù)據(jù)脈沖串(由15腳輸出)。

　　(2)譯碼器接收到編碼器發(fā)送的第一串脈沖信號后，若譯碼器的5位地址與編碼器的5位地址完全相同，則將傳送來的4位數(shù)據(jù)送入寄存器;接到第二串脈沖信號，再經(jīng)過第二次核對，若地址無誤，數(shù)據(jù)與第一次相符，才將4位數(shù)據(jù)送到輸出端并鎖存;VT腳由低電平變高電平，表示接收信號，此高電平一直保持到有新的數(shù)據(jù)輸入或間隔4次數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間而無新的數(shù)據(jù)輸入為止。

　　(3)每傳輸一次所需要的時(shí)間取決于內(nèi)部振蕩器的工作頻率，由片外的RC參數(shù)決定。振蕩頻率可在1.71~362KHz范圍內(nèi)選取。

　　(4)靜態(tài)電流特別小，編碼器小于1uA，譯碼器一般也小于100uA。

　　3.1.3數(shù)據(jù)處理單元設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)采用了單片機(jī)AT89S53，完成對所需測量的參數(shù)進(jìn)行定時(shí)采集、計(jì)算、誤差處理、存儲以及數(shù)據(jù)的發(fā)送控制等。 AT89S53是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含12k Bytes ISPD串行編程可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S53可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。

　　AT89S53單片機(jī)設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。

　　A/D變換器輸出的Q0～Q3及DS1～DS4采用查詢方式將千、百、十、個(gè)位數(shù)輸入單片機(jī)，并將這4位數(shù)分別存入RAM中。輸入的數(shù)據(jù)可以是正值或負(fù)值，這可根據(jù)千位的Q2來判斷：Q2=1時(shí)，數(shù)據(jù)為正;Q2=0時(shí)，數(shù)據(jù)為負(fù)。通過軟件來判別Q2是否為1，即可確定符號位的正負(fù)。由單片機(jī)程序控制，順序地將符號位、千位、百位、十位、個(gè)位數(shù)逐位地通過單片機(jī)輸出到無線通信芯片。單片機(jī)除了上述功能外，它還可以利用軟件進(jìn)行計(jì)算和數(shù)據(jù)處理，對非線性傳感器進(jìn)行校正，或?qū)δ承┯幸?guī)律的誤差進(jìn)行自動補(bǔ)償，這樣可充分發(fā)揮單片機(jī)的功能，并提高測量的精度。

　　3.1.4無線通信單元設(shè)計(jì)

　　無線通信模塊采用Chipcon 公司的CC2420 作為該模塊的核心器件。該芯片是符合IEEE802. 15. 4 規(guī)范、工作在2. 4 GHz ISM 公用頻道的射頻收發(fā)器[6]。該收發(fā)器低功耗、抗干擾能力強(qiáng)，具有輸出強(qiáng)度和收發(fā)頻率可編程等特點(diǎn)。一般相近兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的通信距離為10 ～ 100 m，在加大無線發(fā)射功率后，可增加到1 ～ 3 km。其最大收發(fā)速率為250kbps。該芯片還具有硬件加密、抗鄰頻道干擾能力強(qiáng)、安全可靠、抗毀性強(qiáng)等特點(diǎn)。

　　由CC2420 實(shí)現(xiàn)物理層的數(shù)據(jù)收發(fā)和底層控制，通過SFD，F(xiàn)IFO，F(xiàn)IFOP 和CCA4 個(gè)引腳表示收發(fā)數(shù)據(jù)的狀態(tài); 處理器通過SPI接口與CC2420 交換數(shù)據(jù)、發(fā)送命令。CC2420通過簡單的四線(SI、SO、SCLK、CSn)與SPI兼容串行接口配置，這時(shí)CC2420是受控的。AT89S53的SPI工作在主機(jī)模式，它是SPI數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂品剑珻C2420設(shè)為從機(jī)工作方式。AT89S53與CC2420引腳連接圖如圖2所示。

　　圖2 AT89S53與CC2420引腳連接圖

　　CC2420的外圍電路包括晶振時(shí)鐘電路、射頻輸入/ 輸出匹配電路和微控制器接口電路三個(gè)部分。CC2420可以通過4線SPI總線設(shè)置芯片的工作模式,并實(shí)現(xiàn)讀/ 寫緩存數(shù)據(jù),讀/ 寫狀態(tài)寄存器等。通過控制FIFO和FIFOP管腳接口的狀態(tài)可設(shè)置發(fā)射/ 接收緩存器。CC2420通過SI引腳接收從單片機(jī)AT89S53輸出的數(shù)據(jù)信號，并通過SO引腳把數(shù)據(jù)發(fā)送出去。