基于C8051F和Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)的汽車測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：以C8051F020為核心處理器，設(shè)計(jì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)采用SZ05-ADV型無線通訊模塊組建Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合嵌入式系統(tǒng)的軟硬件技術(shù)，完成終端節(jié)點(diǎn)的8路傳感器信號(hào)的數(shù)據(jù)采集。現(xiàn)場(chǎng)8路信號(hào)通過前端處理后，分別送入C8051F020的12位A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。經(jīng)過精確處理、存儲(chǔ)后的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。通過Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)傳送到上位機(jī)，系統(tǒng)可達(dá)到汽車試驗(yàn)中無線測(cè)試的目的。
關(guān)鍵詞：Zigbee；無線網(wǎng)絡(luò)；C8051F020；嵌入式系統(tǒng)

汽車試驗(yàn)是發(fā)現(xiàn)汽車設(shè)計(jì)開發(fā)中各種問題的重要手段，依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果能對(duì)汽車各種性能做出客觀的評(píng)價(jià)。作為汽車工業(yè)的基礎(chǔ)工程之一，汽車試驗(yàn)在汽車工業(yè)的整體發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。汽車性能測(cè)試系統(tǒng)是汽車試驗(yàn)工程的關(guān)鍵組成部分，它是由若干相互聯(lián)系、相互作用的傳感器和儀器設(shè)備等元件，為實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車各項(xiàng)性能的測(cè)試而組成的有機(jī)整體，汽車測(cè)試系統(tǒng)的性能往往對(duì)整個(gè)汽車試驗(yàn)的效用產(chǎn)生重要影響?，F(xiàn)有的汽車測(cè)試系統(tǒng)多采用有線連接，該方式存在2個(gè)弊端：1)汽車試驗(yàn)需在大型專用試驗(yàn)場(chǎng)或典型地域等惡劣環(huán)境中進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)布線任務(wù)繁瑣且易出錯(cuò)；2)一些汽車試驗(yàn)如蛇形試驗(yàn)具有高危險(xiǎn)性，對(duì)能夠減少試驗(yàn)損失的測(cè)試系統(tǒng)更為重要。該系統(tǒng)以Cygnal公司的C8051F020單片機(jī)為控制核心，基于Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計(jì)例如多通道數(shù)據(jù)綜合采集系統(tǒng)，它利用較少的外圍器件實(shí)現(xiàn)汽車試驗(yàn)中性能參數(shù)的測(cè)試，縮短了現(xiàn)場(chǎng)布線時(shí)間，提高了試驗(yàn)效率，且在試驗(yàn)事故發(fā)生時(shí)減少事故損失。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
汽車試驗(yàn)主要包括動(dòng)力性能、燃油經(jīng)濟(jì)性、操縱穩(wěn)定性和排放特性等測(cè)試項(xiàng)目，主要性能參數(shù)有速度、加速度、燃油消耗量、溫度以及操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)中的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)參數(shù)等，通過傳感器得到的這些參數(shù)的測(cè)試信號(hào)，經(jīng)過前端處理模塊處理(整形、濾波、放大等)后送入C805l-F020微處理器中，在單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理后通過串口實(shí)現(xiàn)與Zigbee終端節(jié)點(diǎn)的連接，再由終端節(jié)點(diǎn)在WLAN中將數(shù)據(jù)發(fā)出，Zi-gbee中心節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)后經(jīng)串口與上位機(jī)進(jìn)行通訊。中心節(jié)點(diǎn)也可將上位機(jī)的命令發(fā)送給終端節(jié)點(diǎn)，控制終端節(jié)點(diǎn)執(zhí)行。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1 前端處理模塊
傳感器將各種常見的非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電量信號(hào)，一般都較微弱，前端處理模塊將這些信號(hào)進(jìn)行處理后送至單片機(jī)的A／D轉(zhuǎn)換端口。本系統(tǒng)共有8路傳感器信號(hào)，包括2路壓變傳感器信號(hào)、2路-5～+5 V電壓信號(hào)、2路4～20 mA電流信號(hào)和2路熱電偶信號(hào)的前端處理。其中壓變傳感器信號(hào)和熱電偶信號(hào)前端處理硬件電路分別如圖2和圖3所示。

AD620是一款低成本、高精度儀表放大器，僅需1個(gè)外部電阻設(shè)置增益，增益范圍為l～10 000。對(duì)壓變傳感器信號(hào)的前端處理采用AD62-0、AD705組成的放大電路，該部分采用單電源供電，AD705是電壓跟隨器，為AD620提供輸出電壓的零點(diǎn)。將VREF、AGND送至MCU的8位精度AD-Cl的AINl．0、AINl．1端口，利用軟件程序?qū)崿F(xiàn)該路信號(hào)的參考電壓和模擬地的計(jì)算。
熱電偶傳感器用來測(cè)量汽車關(guān)鍵部件溫度，其前端處理電路采用OP07的可調(diào)增益放大電路。OP07是一種低噪聲、非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路，具有非常低的輸入失調(diào)電壓，低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測(cè)量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號(hào)等。在對(duì)精確度要求不高的場(chǎng)合，OP07的失調(diào)電壓可忽略，該電路中R25和R24用來調(diào)整系統(tǒng)放大倍數(shù)，在選用不同類別的熱電偶時(shí)可適當(dāng)調(diào)整兩者的阻值。