一種壓力傳感器的無線數(shù)據(jù)傳輸裝置的設(shè)計

2004年8月A版

摘  要： 采用無線發(fā)射接收模塊，結(jié)合單片機(jī)控制，設(shè)計一種壓力傳感器的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。實際調(diào)試表明：性能達(dá)到了設(shè)計要求，傳輸距離達(dá)到幾十米。

關(guān)鍵詞：無線發(fā)射和接收；單片機(jī)；數(shù)據(jù)采集

引言

　　在當(dāng)今信息化時代，各種信息的感知、采集、轉(zhuǎn)換、傳輸和處理的功能器件——傳感器，已經(jīng)成為各個應(yīng)用領(lǐng)域，特別是自動監(jiān)測、自動控制系統(tǒng)中不可缺少的重要技術(shù)工具。在有些領(lǐng)域由于條件所限，采用普通有線電纜引出信號是無法滿足要求或者跟本無法實現(xiàn)的。近幾年，無線通信技術(shù)取得了很大的進(jìn)步，特別是數(shù)字電路和射頻電路工藝的進(jìn)步，使得無線通信更加經(jīng)濟(jì)、可靠。本文采用專用無線收發(fā)模塊，設(shè)計了一種基于壓力傳感器的無線數(shù)據(jù)采集方案。

系統(tǒng)總體設(shè)計

　　本系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集發(fā)送、數(shù)據(jù)接收處理兩部分組成。數(shù)據(jù)采集發(fā)送部分主要以單片機(jī)為核心，還包括傳感器、信號調(diào)理電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路及數(shù)據(jù)發(fā)送模塊。數(shù)據(jù)接收處理則是對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)碼顯示。系統(tǒng)總體框圖示于圖1。

數(shù)據(jù)采集

　　該系統(tǒng)采集主要以Atmel公司的AT89C51單片機(jī)為控制處理核心，由它完成對數(shù)據(jù)的采集處理以及控制數(shù)據(jù)的無線傳輸。AT89C51單片機(jī)是一種低功耗/低電壓/高性能的8位單片機(jī)，片內(nèi)帶有一個4KB的可編程／可擦除／只讀存儲器；其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS-51兼容。信號條理電路主要是采用儀表放大器AD623對傳感器采集到的微弱差分信號進(jìn)行放大，AD623是美國ADI公司的一種低價格，高性能的儀表放大器。數(shù)模轉(zhuǎn)換電路采用ICL7135將采集到的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。它是四位半的雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，具有精度高、價格低廉、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點。

　　數(shù)據(jù)經(jīng)過調(diào)理和數(shù)模轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)，單片機(jī)對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后通過無線發(fā)射模塊和接收模塊將壓力數(shù)據(jù)送入數(shù)碼顯示電路顯示數(shù)據(jù)。

無線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)

　　收發(fā)系統(tǒng)由發(fā)射單元(圖2)和接收單元(圖3)兩部分組成。工作原理是：單片機(jī)將4位并行數(shù)據(jù)輸出至編碼器PT2262，PT2262對4位并行數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，轉(zhuǎn)換成串行信號送入發(fā)射模塊F05C，通過天線發(fā)射出去；接收模塊則是將收到的信號進(jìn)行解調(diào)，然后送入解碼器PT2272解碼，解碼出4位并行數(shù)據(jù)。

　　本系統(tǒng)采用了專用發(fā)射模塊F05C和接收模塊J04E，該對模塊是專為這種編碼電路無線傳輸而設(shè)計的低速數(shù)傳模塊。該模塊采用SMT樹脂封裝，體積小巧，工作在315MHz頻率上，可以長時間連續(xù)發(fā)送和接收。發(fā)射模塊F05C采用聲表諧振器穩(wěn)頻，頻率一致性較好，免調(diào)試，特別適合多發(fā)一收無線遙控及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。它具有較寬的工作電壓范圍及低功耗特性，12V為最佳工作電壓，發(fā)射電流約5-8mA。而且F05C內(nèi)含隔離調(diào)制電路消除輸入信號對射頻電路的影響,信號直接耦合,性能穩(wěn)定編碼信號可以直接連接到F05C的數(shù)據(jù)輸入端。接收模塊J04E采用獨特的超再生電路結(jié)構(gòu)，內(nèi)含放大整形，輸出數(shù)據(jù)信號可以直接至解碼器，使用極為方便，是一種性價比較好的超再生模塊。，J04E具有極低功耗，3V時只消耗0.2mA電流，可長期處于待機(jī)狀態(tài)。

　　編解碼器PT2262/2272是一種CMOS工藝制造的低功耗低價位通用編解碼電路。發(fā)送端PT2262輸出12位編碼，高8位為地址，低4位為數(shù)據(jù)。發(fā)送時以高位在前，低位在后的順序逐次發(fā)送這12位碼，其中地址碼的邏輯狀態(tài)為“0”，“1”，“懸空”，數(shù)據(jù)碼的邏輯狀態(tài)為“0”，“1”。接收端PT2272接收到的地址與自身設(shè)置的地址相同時，才將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，并輸出。

　　PT2262編碼器的A0~A7引腳為地址引腳，每一位有三種邏輯狀態(tài)：“1”，“0”，“懸空” ，任意組合可提供6561個地址碼； D0~D3引腳為數(shù)據(jù)引腳，每一位有“0”，“1”兩種狀態(tài); OSC1,OSC2為震蕩器引腳，外接振蕩電阻就可以產(chǎn)生振蕩；TE引腳為發(fā)送使能端，給它一個低電平，就可以觸發(fā)振蕩器產(chǎn)生振蕩，地址和輸入的數(shù)據(jù)一起被編碼，經(jīng)DOUT引腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)字信號，8位地址碼和4位數(shù)據(jù)碼組成一個碼字，A0為首位。PT2272是與PT2262配對的解碼器，其中地址碼A0~A7的設(shè)置必須與PT2262相同才能將接收到的數(shù)據(jù)鎖存并輸出；DIN為數(shù)據(jù)輸入引腳，VT為有效輸出解碼有效確認(rèn)輸出端(常低)，解碼有效變成高電平。PT2262每次發(fā)射時至少發(fā)射4組字碼，解碼芯片PT2272接收到信號后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對后，VT引腳才輸出高電平，與此同時接收到的數(shù)據(jù)D0~D3鎖存并輸出。

顯示電路

　　為簡化電路，降低成本，本系統(tǒng)采用動態(tài)掃描驅(qū)動。數(shù)碼管的驅(qū)動包括位選驅(qū)動和段選驅(qū)動，段選驅(qū)動用段選線控制顯示不同的字符，位選驅(qū)動用位選線控制顯示器的某一位的亮暗。本系統(tǒng)采用P1口低4位驅(qū)動4位BCD鎖存/譯碼/驅(qū)動器MC14543，MC14543的輸出接LED的七段輸入，直接驅(qū)動數(shù)碼管。位選驅(qū)動采用反相器74LS04驅(qū)動，所以用單片機(jī)編程實現(xiàn)軟件位掃描時，對共陰的數(shù)碼管位選應(yīng)進(jìn)行反相賦值。顯示過程為：(1)將數(shù)據(jù)送入MC14543中，經(jīng)過譯碼驅(qū)動數(shù)碼管；(2)將位選信號送入74LS04，反向后驅(qū)動顯示器的某一位亮，并延時。(3)修改數(shù)據(jù)指針到下一個要顯示字符并重復(fù)上述過程。

結(jié)語

　　本文介紹了一種基于壓力傳感器的無線數(shù)據(jù)采集發(fā)送方案，試驗表明傳輸距離達(dá)到了幾十米，它適合于不方便連線的測試及遠(yuǎn)程顯示場合。

參考文獻(xiàn)：

1.      毋偉，張靜.高穩(wěn)定無線發(fā)射模塊F05A.現(xiàn)代通信，1999.10