一种用于传感器的无线数传模块的研制.pdf

《一种用于传感器的无线数传模块的研制.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种用于传感器的无线数传模块的研制.pdf（5页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第卷第期年月南通纺织职业技术学院学报综合版罗一种用于传感器的无线数传模块的研制何晖南通纺织职业技术学院,南通以】摘要提出了一种 应用于传感器 的 无线数传模块设计思路及实现方案给出 了基于无线射频芯 片和单片机的无线数传模块 的硬件 设计,并对 系统的传输距 离、传愉数据的正确性等进行了浏试试验表明,该系统性 能稳定,具有较强的抗干扰能力,将其应用于传感器进行无线传输,是一种可靠的方法关健词传感器无线数传模块中图分类号二文献标志码文章编号一一一引言在一些多测试点的系统中,伴随传感器而来的是大量数据线缆众多的线缆不仅带来布线复杂不便,而且存在着短路、短线隐患,成本高,易老化,错综复杂的线路还给系

2、统的调试和维护增加了难度另外,在一些特殊的应用场合,例如在有的应用中需要将传感器植入到被测的生物体内或附着在运动的物体上,或放置在有危险的封闭环境中进行工作,试图通过连线的方法得到传感器的信号显然是有一定难度的在诸如此类的场合下,采用无线方式来实现信号的传送,可以较好地解决这一问题本设计将传感器技术与无线通信技术相结合,研制出一种适用于各类传感器的无线数传模块以实现对被测点的无线测量该模块适用于各种不同类型的传感器,无论是模拟式传感器或是数字式传感器,都可以很方便地与该模块构成一个完整的测试系统通过相应的端口可以方便地对系统进行扩展,所以对于多测试点的系统也同样适用硬件电路的设计硬件电路设计框

3、图如图所示要实现无线数传的功能,主要需设计 出单片机电路和无线发射接收电路两个模块单片机电路的设计以芯片为核心,因为该芯片本身带有模数转换器,所以不需要外接单片机电路 设计时要考 虑 到电源的分配、口的配置等问题无线发射接收电路以芯片为核心,板的设计要合理规划,以保证无线发 射 接 收功能的正常工作可越牺黝遭秘昼查卜蟀画单片机电路石丽禅室喧旦厂二二 二 二厂一二面二刃拓刊无线接收器一单片机电路圈硬件 电路设计框圈无线发射接收电路收稿日期一一作密简介何晖一,女,江苏南通人,南通纺织职业技术学院机电系讲师。南通纺织职业技术学院学报 综合版的年无线收发模块研制在本设计中,无线射频模块采用娜威公司推出

4、的无线收发芯片该芯片使用频段,是真正的单片无线收发一体芯片,它在一个脚的芯片中包括了高频发射、高频接收、合成、调制、玲解调、多频道切换等功能,是目前集成度最高的无线数传产品无线射频模块采用在板差分环形天线,电路原理见图,图还列出了各外围元件的参数本系统发射端与接收端的电路示意图分别见图、图泊提供的控制端口、以及数据输入、输出端口、均采用电平标准,可以直接与接口在本系统中,无线发射部分电路,我们将数据输入端与的连接,与串口接收端连接,而控制端、一和分别与的其他口连接这样即可达到用控制数据的无线传输的目的噬习习习习习习习习习习习习习习仁仁仁叨汪飞飞飞飞日气气以凡甲,圈无胜收发电路硬件电路圈单单片机

5、机机机儿儿以以遨单单片机机机机机卫卫内内内计算机机圈发射端 电路示宜圈圈接收端 电路示宜圈第期何晖一种用于传感器的无线数传模块的研制调 制解调电路的研制本次设计中单片机硬件电路并不复杂,只要让单片机能正常工作即可单片机作为控制器件对测量数据进行数据处理和对系统进行控制配合芯 片,考虑到系统的低功耗性,可 采用竹 公司的系列单片机,该机能在超低功耗状态工作,其控制器具有强大的处理能力和丰富的片内外设,日电路设计一个好的印制 电路板设计对于获得好的性能是必需的,本系统用双面板来设计由于外围元件少,是目前集成度最高的收发芯片并集成了基带处理,设计比较方便,但是实际由于高频 电路的特性,工作频率较高,

6、且设计是混合信号电路设计,尽管已经大大简化了射频 电路设计及要求,设计时仍然需要十分注意系统的软件设计,发射端程序发射端程序主要功能是将单片机采集到的数字信号或模拟信号按照一定的编码方式传送给发射器,从而发射出去实际调试时,为了测试发射端的程序,必须与接收端程序一起调试程序流程图见图为了将、数字信号传送,必须对信号进行编码,也就是说按照什么规则发送信号编码的方法有很多,选择不 同的方法,可以使得整个系统的性能差别很大常用的编码方法 不 归零编码、曼彻斯特编码和差分 曼彻斯特编码、脉 宽调制编码等等因为时间 的限制,我们采用 了最简便、最易实现的一种方法,即采用脉宽调制编码编码发发送“”信号号号

7、发送“”信号号图发射端程序流程圈方式如图所示接收端程序功能主要是捕获这些不 同脉宽的信号,经过判断,确定信号为或方波数字信号名图脉宽调 制户编码下面为发送一个脉冲信号的程序醉群,几巧,打开代晶振,延时呢几】乃南通纺织职业技术学院学报综合版加 年,测试振荡器失效中断标志飞重复测试,直至标志始终复位咖一比,叨口令二二,为输出口,一,一,刊,接收端程序接收端程序主要功能是捕获发射端来的高、低电平,并且记录下脉冲宽度,从而判别是或信号,然后将信号还原成完整的位数据,最后计入到相应的内存单元接收端程序流程见图实验结果与分析当系统的硬件设计完成,软件调试成功以后,为了测试系统的稳定性以及数据传输的波特率,

8、我们作了一系列实验脉冲宽度浏试我们的编码方法是将、信号设置为不 同的脉冲宽度,然后在接收端进行判别,再将信号还原在这里,设合适的脉冲宽度是个问题当然,脉冲宽度越宽,接收端越容易捕捉,整个系统的误码率越低,但同时数据传输的速度也低相反,脉冲宽度越窄,接收端越难以捕捉,整个 系统的误码率越高,但同时数据传输的速度也快所以选择合适的脉冲宽度非常重要为了兼顾数据传输的可靠性与快速性,我们通过大量写写控侧字字数数据位“圈接收端程序流程圈的实验数据选择脉宽一创刃机器周期作为三态,即脉宽机器周期 表示信号“”,脉宽机器周期表示信号“”,脉宽侧刃机器周期表示“起始位”采样频率的侧试通过实验测试,该无线数传模块

9、的最高极限采样频率为,此时的波形完整性较好此时的波特率为巧以,还没有达到无线收发芯片的最高波特率口,这主要是受到了信号调制方式的限制我们采用的是调试,脉冲信号的低电平 占用了系统时间如果采用 曼彻斯特编码,可第期何晖一种用于传感器的无线数传模块的研制以提高数据传送的波特率距离的测试虽然理论计算出理想状况下无线数传模块的传输距离为,通过试验,我们测得实际的应用中该无线数传模块的最远有效传输距离为当距离增加到时,得到的输出波形出现 了个别坏数据,因此没有继续增加距离试验这是因为无线通信要受到各种外界因素的影响,如大气、阻挡物、干扰等造成的损耗,这些损耗在理论计算时都被忽略了结束与展望实验证明该无线

10、数传模块性能稳定,抗干扰能力强,可靠性高,搭建方便,易于扩展,室内实际发射距离约通过改进天线的设计可适度增加,本系统适用于在短距离对多种有传感器采集的模拟信号或数字信号的传送,有广阔应用前景对该系统的研究发现还存在一些问题需要解决,结合一些新技术和新器件的发展情况,可以从两方面考虑进行改进改变天线本设计中无线收发芯片采用了环形天线,如果采用鞭状天线可以提高发射距离改变编码方式本设计中采用的编码方式虽然简单易行,但传输速度较低,如采用其他编码可以大大提高传输速度参考文献【江冰,赵辉,奚吉 采用闭实现单片机与机无线数据通信田徽计算机信息,一蒋正义,朱善安,韩东芳基于和的无线自动抄表系统田电子技术应用,以”,一胡大可系列超低功耗位单片机原理与应用北京北京航空航天大学出版社,一而罗,即,沼,如一而袱