新型無(wú)線(xiàn)傳感器遙測系統設計方案

1引言

　　近年來(lái)，隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的成熟，無(wú)線(xiàn)傳感器遙測系統呈現出其巨大的優(yōu)越性。遙測系統在于實(shí)現遠距離的溫度等參數測量，以解決被測地點(diǎn)與儀表室或控制室距離較遠，或被測參數地點(diǎn)有害人身安全的問(wèn)題。本系統利用基于射頻芯片CC2420和單片機AT89S53為核心的無(wú)線(xiàn)傳感器硬件節點(diǎn)設計了一種簡(jiǎn)單、數據傳輸精度高、抗干擾能力強的新型遙測系統，本系統主要用于有強電場(chǎng)、強磁場(chǎng)干擾且不便于近距離測量的場(chǎng)合。本文以遙測溫度為例來(lái)說(shuō)明設計思想。

　　2 系統總體方案

　　系統主要有四部分組成：數據采集部分;數據處理部分;無(wú)線(xiàn)通信部分;接收顯示部分。其中數據采集部分由傳感器、信號調整電路、光電隔離及A/D轉換組成。接收顯示電路部分由解碼器、七段碼譯碼器、十進(jìn)制計數器、驅動(dòng)器、數碼顯示電路等組成。發(fā)送電路中采用了編碼器，在接收電路中相應增加了解碼器，從而有效控制了由無(wú)線(xiàn)信道噪聲或干擾造成的差錯，同時(shí)也擴展了射頻電路發(fā)送數據的容量。系統設計所選用的器件都具有較強的抗干擾能力，能夠適用于有強電場(chǎng)、強磁場(chǎng)干擾的工業(yè)場(chǎng)合。

　　本系統是一種通用的遙測系統,只要變換不同的傳感器，并調整調理電路結構及參數，修改計算處理軟件程序,就可以達到遙測各種測量參數的目的[4]。本設計中，選用的無(wú)線(xiàn)通信芯片是CC2420，單片機是AT89S53。系統總體方案流程圖如圖1所示。

　　圖1 系統總體方案流程圖

　　3系統軟硬件設計

　　3.1 硬件設計

　　3.1.1數據采集單元設計

　　本系統選用HD01系列溫度變送器。它是一種將溫度傳感器(熱電阻和熱電隅信號)，經(jīng)全隔離放大轉換成標準的直流信號，從而實(shí)現對被測信號精確測量的儀器。該變送器輸入、輸出、電源三方全隔離隔離，抗干擾能力強，且輸入、輸出選擇范圍寬，對應溫度范圍-200～1600℃內各量程，準確度高，電源可選擇，導軌安裝便于檢測與維護。

　　溫度變送器可對傳感器的數據進(jìn)行處理，包括對測量信號的調理(如濾波、放大等)、數據顯示、自動(dòng)校正和自動(dòng)補償等。它能把傳感器檢測的電信號變成4～20mA的直流信號。信號調整電路負責把溫度傳感器的4～20mA的標準電流信號轉換為電壓信號，最簡(jiǎn)單的方法是在輸出端串聯(lián)一個(gè)電阻，但這樣的電壓零點(diǎn)信號不是0V，所以一般采用I/V轉換器，本系統采用了RCV420變換器。

　　現場(chǎng)傳感器與A/D轉換器之間的模擬信號的線(xiàn)性傳送，可用光耦的這種線(xiàn)性區對模擬信號進(jìn)行隔離。電耦合器隔離性能好，輸入端與輸出端實(shí)現了電隔離;光信號單向傳輸，輸出信號對輸入端無(wú)反饋，可有效阻斷電路或系統之間的電聯(lián)系，但并不切斷他們之間的信號傳遞;光信號不受電磁干擾，工作穩定可靠;抗共模干擾能力強，能很好地抑制干擾并消除噪音。耦合器因為其獨特的原理和結構特點(diǎn)特別使用于有強電場(chǎng)、強磁場(chǎng)干擾的場(chǎng)合。本系統采用Agilent公司的光耦HCNR201。

　　A/D芯片是系統的核心器件之一，測量的精度主要取決于A(yíng)/D轉換器的準確度。本系統采用了MC14433，它具備零漂補償和采用CMOS工藝制造的3 1/2位單片雙積分A/D轉換器，具有外接元件少，輸入阻抗高，功耗低，抗干擾能力強，電源電壓范圍寬，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉換功能。由于它的低速轉換，因此只能對一些變化緩慢的物理參數如溫度、持續壓力和拉力進(jìn)行轉化。其采用字位動(dòng)態(tài)掃描BCD碼輸出方式，即千、百、十、個(gè)位BCD碼分時(shí)在Q0～Q3輪流輸出，同時(shí)在DS1～DS4端輸出同步字位選通脈沖，讀書(shū)直觀(guān)，應用于各種儀器儀表。