基于PSoC的無(wú)線(xiàn)靜載儀采集系統

摘要：根據靜載檢測系統對系統結構和功能的新需求，采用Cypress公司的CY8C24894芯片作為系統的主控部分，提出了基于子節點(diǎn)、匯聚節點(diǎn)、上位機三層結構的數據傳輸方案，設計了節點(diǎn)、傳感器接口、無(wú)線(xiàn)傳輸模塊等硬件電路，給出了前端數據采集、通信控制等軟件流程，并成功實(shí)現US－BUART仿真串口通信功能。實(shí)際測試表明，該系統操作簡(jiǎn)便、實(shí)時(shí)性強、精度高，可廣泛應用于樁基承載力的靜載試驗中。

　　近年來(lái)，我國工程建筑事業(yè)開(kāi)展迅猛，城市高層建筑也隨之得到了前所未有的高速發(fā)展。樁基的成樁質(zhì)量與其實(shí)際承載力關(guān)系到整個(gè)高層建筑的設計和安危，因此對于高層建筑而言，樁基承載力檢測非常重要。我國建筑樁基技術(shù)規范（JCJ94－94）規定：對于一級建筑物以及缺乏可參照試樁資料的二級建筑物為確定單樁豎向極限承載力，應進(jìn)行現場(chǎng)靜載試驗。

　　現有的靜載檢測儀雖然做到了白動(dòng)化、智能化，但是都是基于有線(xiàn)連接方式的，并且所使用的8位MCS－51單片機功耗較大、功能較單一，數據盒與上位機交換數據采用RS－232串口通信，無(wú)法適應電子系統無(wú)線(xiàn)化、小型化、高效化、集成化、節能化的發(fā)展需求。并且新一代的PC機上的COM接口已逐浙消失，單獨設計USB轉RS－232會(huì )帶來(lái)不必要的麻煩，開(kāi)發(fā)帶有USBUART仿真串口的傳輸接口是當今檢測儀器的發(fā)展需要。

　　PSoC的特點(diǎn)在于既具有8位微控制器的處理能力，又集成了多種可編程數字用戶(hù)模塊。值得一提的是，PSoC史無(wú)前例地集成了多種可編程模擬用戶(hù)模塊功能，將全數字式的微控制器設計與純粹的模擬設計相結合，是一種具有SoC的基本原理的、基于高度靈活且完全可編程混合信號的全新一代器件。

　　CyFi低功耗無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)便、協(xié)議棧結構精簡(jiǎn)、可實(shí)現多信道跳變等特點(diǎn)，使其成為無(wú)線(xiàn)技術(shù)應用領(lǐng)域的新生力量，能廣泛應用于工業(yè)、消費電子、汽車(chē)家電、智能建筑等多種無(wú)線(xiàn)控制應用中。

　　CY8C24894是Cypress公司推出的帶有M8C控制內核的PSoC可編程片上系統，系統資源中帶有USBUART傳輸模塊。本文圍繞這款高性能、低功耗的片上系統設計了一個(gè)無(wú)線(xiàn)采集系統。

　　1系統組成與設計原理

　　系統分為數據采集部分與數據上傳部分。數據采集部分由5個(gè)子節點(diǎn)和1個(gè)匯聚節點(diǎn)通過(guò)CyFi無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)組成。其中，子節點(diǎn)又分為4個(gè)位移子節點(diǎn)和1個(gè)壓力子節點(diǎn)。子節點(diǎn)的核心控制單元是PSoC可編程片上系統，負責接收傳感器數據并控制CyFi無(wú)線(xiàn)模塊發(fā)送。另外，位移傳感器采用數字容柵式MS50傳感器，輸出量為數字信號。壓力傳感器采用壓阻式壓力傳感器MPM480，輸出量為模擬信號，需進(jìn)行A／D轉換。

　　數據上傳部分由匯聚節點(diǎn)與上位機通過(guò)USBUART傳輸技術(shù)組成，匯聚節點(diǎn)由基于PSoC可編程片上系統的數據盒控制。數據盒通過(guò)CyFi無(wú)線(xiàn)模塊，收集到全部子節點(diǎn)的傳感器數據并進(jìn)行存儲，當得到上位機讀取數據命令后，通過(guò)USB接口模擬的串口將數據上傳給上位機。系統整體設計方案如圖1所示。

圖1 采集系統框圖

　　2系統硬件設計

　　2.1 CY8C24894可編程片上系統

　　CY8C24894是一種高速低功耗的芯片，內含的M8C處理器工作頻率最高可為24 MHz，工作電源為3．3 V或5 y。CY8C24894內含1個(gè)XRES引腳支持系統內串行ISSP編程和外部復位控制。并且，CY8C24894不需要外部晶振驅動(dòng)便可以開(kāi)始工作。CY8C24894包含7個(gè)lO端菅口：Port0、Polt1、Polt2、Port3、Port4、Port5 和 Port7，共49個(gè)GPIO。模擬系統包括2列6個(gè)可編程模擬模塊和模擬互聯(lián)邏輯，數字模塊包括1行4個(gè)可編程數字模塊和數字互聯(lián)邏輯，另CY8C24894片上還集成了16 KB的Flash程序存儲器，1 KB的SRAM數據存儲器。

　　可編程片上系統CY8C24894集成了全速USB通信模塊、2個(gè)帶32位累加的高速8位乘法器、多個(gè)SPI主、從設各、6～14位模數A／D轉換器、濾波器、最大增益為48的可編程增益放大器PGA、6～9位模數D／A轉換器、電壓比較器等片上資源。