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

摘要：以C8051F020為核心處理器，設(shè)計無線傳感器網(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)點的8路傳感器信號的數(shù)據(jù)采集?，F(xiàn)場8路信號通過前端處理后，分別送入C8051F020的12位A／D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。經(jīng)過精確處理、存儲后的現(xiàn)場數(shù)據(jù)。通過Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)傳送到上位機，系統(tǒng)可達到汽車試驗中無線測試的目的。
關(guān)鍵詞：Zigbee；無線網(wǎng)絡(luò)；C8051F020；嵌入式系統(tǒng)

汽車試驗是發(fā)現(xiàn)汽車設(shè)計開發(fā)中各種問題的重要手段，依據(jù)試驗結(jié)果能對汽車各種性能做出客觀的評價。作為汽車工業(yè)的基礎(chǔ)工程之一，汽車試驗在汽車工業(yè)的整體發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。汽車性能測試系統(tǒng)是汽車試驗工程的關(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，為實現(xiàn)對汽車各項性能的測試而組成的有機整體，汽車測試系統(tǒng)的性能往往對整個汽車試驗的效用產(chǎn)生重要影響?，F(xiàn)有的汽車測試系統(tǒng)多采用有線連接，該方式存在2個弊端：1)汽車試驗需在大型專用試驗場或典型地域等惡劣環(huán)境中進行，現(xiàn)場布線任務(wù)繁瑣且易出錯；2)一些汽車試驗如蛇形試驗具有高危險性，對能夠減少試驗損失的測試系統(tǒng)更為重要。該系統(tǒng)以Cygnal公司的C8051F020單片機為控制核心，基于Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計例如多通道數(shù)據(jù)綜合采集系統(tǒng)，它利用較少的外圍器件實現(xiàn)汽車試驗中性能參數(shù)的測試，縮短了現(xiàn)場布線時間，提高了試驗效率，且在試驗事故發(fā)生時減少事故損失。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
汽車試驗主要包括動力性能、燃油經(jīng)濟性、操縱穩(wěn)定性和排放特性等測試項目，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)定性試驗中的動態(tài)運動參數(shù)等，通過傳感器得到的這些參數(shù)的測試信號，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，在單片機內(nèi)部進行模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理后通過串口實現(xiàn)與Zigbee終端節(jié)點的連接，再由終端節(jié)點在WLAN中將數(shù)據(jù)發(fā)出，Zi-gbee中心節(jié)點接收到數(shù)據(jù)后經(jīng)串口與上位機進行通訊。中心節(jié)點也可將上位機的命令發(fā)送給終端節(jié)點，控制終端節(jié)點執(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
2．1 前端處理模塊
傳感器將各種常見的非電量信號轉(zhuǎn)換為電量信號，一般都較微弱，前端處理模塊將這些信號進行處理后送至單片機的A／D轉(zhuǎn)換端口。本系統(tǒng)共有8路傳感器信號，包括2路壓變傳感器信號、2路-5～+5 V電壓信號、2路4～20 mA電流信號和2路熱電偶信號的前端處理。其中壓變傳感器信號和熱電偶信號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個外部電阻設(shè)置增益，增益范圍為l～10 000。對壓變傳感器信號的前端處理采用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。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)該路信號的參考電壓和模擬地的計算。
熱電偶傳感器用來測量汽車關(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量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號等。在對精確度要求不高的場合，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可適當(dāng)調(diào)整兩者的阻值。