基于C8051F和Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的汽車(chē)測試系統設計

摘要：以C8051F020為核心處理器，設計無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )數據采集系統。系統采用SZ05-ADV型無(wú)線(xiàn)通訊模塊組建Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，結合嵌入式系統的軟硬件技術(shù)，完成終端節點(diǎn)的8路傳感器信號的數據采集?，F場(chǎng)8路信號通過(guò)前端處理后，分別送入C8051F020的12位A／D轉換器進(jìn)行轉換。經(jīng)過(guò)精確處理、存儲后的現場(chǎng)數據。通過(guò)Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳送到上位機，系統可達到汽車(chē)試驗中無(wú)線(xiàn)測試的目的。
關(guān)鍵詞：Zigbee；無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )；C8051F020；嵌入式系統

汽車(chē)試驗是發(fā)現汽車(chē)設計開(kāi)發(fā)中各種問(wèn)題的重要手段，依據試驗結果能對汽車(chē)各種性能做出客觀(guān)的評價(jià)。作為汽車(chē)工業(yè)的基礎工程之一，汽車(chē)試驗在汽車(chē)工業(yè)的整體發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。汽車(chē)性能測試系統是汽車(chē)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備等元件，為實(shí)現對汽車(chē)各項性能的測試而組成的有機整體，汽車(chē)測試系統的性能往往對整個(gè)汽車(chē)試驗的效用產(chǎn)生重要影響?，F有的汽車(chē)測試系統多采用有線(xiàn)連接，該方式存在2個(gè)弊端：1)汽車(chē)試驗需在大型專(zhuān)用試驗場(chǎng)或典型地域等惡劣環(huán)境中進(jìn)行，現場(chǎng)布線(xiàn)任務(wù)繁瑣且易出錯；2)一些汽車(chē)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更為重要。該系統以Cygnal公司的C8051F020單片機為控制核心，基于Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)設計例如多通道數據綜合采集系統，它利用較少的外圍器件實(shí)現汽車(chē)試驗中性能參數的測試，縮短了現場(chǎng)布線(xiàn)時(shí)間，提高了試驗效率，且在試驗事故發(fā)生時(shí)減少事故損失。

1 系統總體結構設計
汽車(chē)試驗主要包括動(dòng)力性能、燃油經(jīng)濟性、操縱穩定性和排放特性等測試項目，主要性能參數有速度、加速度、燃油消耗量、溫度以及操縱穩定性試驗中的動(dòng)態(tài)運動(dòng)參數等，通過(guò)傳感器得到的這些參數的測試信號，經(jīng)過(guò)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，在單片機內部進(jìn)行模數轉換和數據處理后通過(guò)串口實(shí)現與Zigbee終端節點(diǎn)的連接，再由終端節點(diǎn)在WLAN中將數據發(fā)出，Zi-gbee中心節點(diǎn)接收到數據后經(jīng)串口與上位機進(jìn)行通訊。中心節點(diǎn)也可將上位機的命令發(fā)送給終端節點(diǎn)，控制終端節點(diǎn)執行。系統總體結構框圖如圖1所示。

2 系統硬件設計
2．1 前端處理模塊
傳感器將各種常見(jiàn)的非電量信號轉換為電量信號，一般都較微弱，前端處理模塊將這些信號進(jìn)行處理后送至單片機的A／D轉換端口。本系統共有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(gè)外部電阻設置增益，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(diǎn)。將VREF、AGND送至MCU的8位精度AD-Cl的AINl．0、AINl．1端口，利用軟件程序實(shí)現該路信號的參考電壓和模擬地的計算。
熱電偶傳感器用來(lái)測量汽車(chē)關(guān)鍵部件溫度，其前端處理電路采用OP07的可調增益放大電路。OP07是一種低噪聲、非斬波穩零的雙極性運算放大器集成電路，具有非常低的輸入失調電壓，低失調、高開(kāi)環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測量設備和放大傳感器的微弱信號等。在對精確度要求不高的場(chǎng)合，OP07的失調電壓可忽略，該電路中R25和R24用來(lái)調整系統放大倍數，在選用不同類(lèi)別的熱電偶時(shí)可適當調整兩者的阻值。