2021-4-9 | 无线通信论文
作者：朱文超 刘艳辉 王芳 单位：广东省台山市气象局 广东省开平市气象局
在本设计中共使用两片单片机，分别来控制数据采集发射和数据接收显示两个设计部分。系统中数据采集转换单元用来采集转换模拟温度数据量；无线通信单元用来实现数字信号的无线远距离传输；译码显示单元进行适时的温度数据显示，并且，在显示译码单元中附加温度异常时的声光报警系统［４－６］。温室控制系统工作流程从设计的总体思路出发，要求设计能实现整个系统的各项功能。在这里有必要从整体上设计分析整个系统数据是怎么实现从数据采集到无线传输，再到最终显示数值的整个过程。系统工程流程如图２所示。
温室数据处理及功能实现
１数据采集转换单元设计温度数据的采集转换是整个系统设计的最为核心任务之一。本单元设计的主要设计任务为：温度数据采集传感器选用及对所选传感器前端处理电路的设计；多个温度传感器在测温环境中合理布线的分布结构的设计；采集数据的Ａ／Ｄ转换单元的设计；数据采集转换整个单元的软件设计。
１．１温度处理电路的设计如图３所示电路的设计中虽然比一般的处理电路复杂一些，但是却能很好的达到较宽测量范围，能够很好达到本系统的设计要求。图３中ＡＤ５９０即为本系统使用的集成室温温度传感器，电位器Ｒ２用于调整零点，Ｒ４用于调整运放ＬＦ３５５增益。调整方法如下：在０℃时调整Ｒ２，使输出Ｖ０＝０，然后在１００℃时调整Ｒ４使Ｖ０＝１００。如此反复调整多次，直至在０℃时，Ｖ０＝０ｍＶ，１００℃时Ｖ０＝１００ｍＶ为止。最后在室温下进行校验。若要使图３中的输出为２００ｍＶ／℃，可以加大反馈电阻的阻值去达到要求。在测华氏温度时要用热力学温度减去２５５．４再乘以９／５，故若要求输出为１ｍＶ／Ｆ，则调整反馈电阻应为１８０ｋΩ，使得温度为０℃时，Ｖ０＝１７．８ｍＶ；温度为１００℃时，Ｖ０＝１９７．８ｍＶ。
１．２温度传感器检测分布方式本系统采用的是多点温度检测，其分布方式采用的是常用的梯形式多点检测分布，如图４所示。其特点是每一根引线始端串接有一个采样电阻Ｒ，用于将ＡＤ５９０输出电流信号转换成电压。把每一根引线沿梯形向下折弯，再与其下面引线的横向段相交错（不相交）。在每个交错处接上相互反向的两只ＡＤ５９０。这种结构可以使引线上挂接的ＡＤ５９０数目提高将近一倍［７－９］。
２整个数据采集转换单元硬件电路实现如图５所示为发射端硬件电路，由于在本设计系统当中Ｃ５１单片机的Ｉ／Ｏ足够满足设计当中的各个管线的接口，所以没有必要再进行Ｉ／Ｏ口扩展。数据采集和处理的实现过程如下：数据的采集主要对８个通道的模拟信号轮流采集一次，采用软件延时法读取转换结果，并依次把转换结果存入数组中。在本系统中Ｐ２．４、Ｐ２．５、Ｐ２．６分别接ＡＤＣ０８０９的Ａ、Ｂ、Ｃ口，通过设置Ｐ２．４、Ｐ２．５、Ｐ２．６的值就可以决定采集的通道，其对应译码表如表１所示，首先对第一输入通道的模拟信号进行Ａ／Ｄ转换，将结果存入数组。然后通道数加１，然后单片机再向Ａ／Ｄ转换器发出采集指令，将第二路采集的温度数据同样存入数组，直至８路通道数据采集完毕。每采集完一个通道后，用软件延时一段时间，以便后续处理。单片机不断通过Ｐ１．４查询标志状态，其地址表见表１。
３数据采集转换单元的软件实现通过对硬件电路的完善，电路在硬件上基本上能够实现所需要的功能，但还必须从软件上对整个发射数据采集端实现控制，在实际调试过程中采用Ｃ５１调试软件，在这里通过软件程序图来说明系统软件设计工作过程，其中数据采集Ａ／Ｄ转换的程序流程如图６所示。软件流程具体工作实现过程设计如下：当温度传感器传输的信号经过处理电路处理后，传输到Ａ／Ｄ接口处的信号为便于芯片处理的电压信号，同时，数据处理开始，设置通道０的参数，对通道０的模拟信号进行数据模拟／数字转换，将所转换的数字数据存入预先设定的数组中，这时，通道０的地址加１，则进入通道１的数据采集，同样进行Ａ／Ｄ转换，存储转换过的数字信号，通道地址仍继续加１进入下一个通道采集数据，直到所有的８路通道的数据都采集转换完成，然后返回，等待下一轮的数据扫描采集［１０，１１］。
通信功能的实现
１无线通信硬件电路设计ＳＲＷＦ－１为ＲＦ收发芯片，ＩＳＭ频段工作频率，不需要申请频点，载频频率为４２９～４３３ＭＨｚ，也可提供３１５／８６８／９１５ＭＨｚ等载频，非常适用于无线数据传输，它可以直接和单片机的串口相连而不需要对数据进行曼彻斯特编码，编程简单，使用方便，在该设计的无线测温系统中，只需要用单片机上的ＴＸＤ和ＲＸＤ通过串口和ＳＲＷＦ－１引脚上的ＲＸＤ和ＴＸＤ相连接，并且接上电源和地，其他的管脚引线可以悬空不接。便可实现数据的无线收发，管脚接线方式如图７所示。在本设计中，我们所选择使用的为ＣＯＭ２连接方式，因此在使用调试的时候，ＣＯＭ２的两个连接管脚应进行悬空，这样就能避免数据传输的紊乱。
２无线通信单元的软件的实现按照图２ＳＲＷＦ－１的无线发射模块和无线接收模块分别与发射端和接收端单片机对应的管脚相连接，在这里我们把发射端的无线模块称为Ａ，把接收端的模块称为Ｂ。在发射端Ａ发送时，要先发送ＡＡ信号，在Ｂ收到信号后，回复ＢＢ信号，表示同意接收信号。在Ａ收到回复信号ＢＢ后，开始发送数据，数据块在发送数据结束后马上发送校验和。Ｂ机接收数据并将接受的数据存储在数据缓冲区中，接受一个数据就计算一次校验和，在接受完数据块后，再接收Ａ机发来的校验和，并与Ｂ机的校验和比较。若两者相等，则接收正确，Ｂ机回答００Ｈ；若不等，则接收错误，Ｂ机回答０ＦＦＨ［１，２］。Ａ机收到００Ｈ的回答后，结束发送。若收到的答复非零，即ＯＦＦＨ，则将数据重发一次。双方约定的波特率若为１２００ｂｉｔ，则查表可知，在双方的ｆＯＳＣ＝１１．０５９２ＭＨｚ情况下，Ｔ１工作在定时器方式２，ＴＨ１＝ＴＬ１＝０Ｅ８Ｈ，ＰＣＯＮ寄存器的ＳＭＯＤ位为０。
数据接收显示功能
数据接收显示功能硬件设计如图８所示，组成了接收显示单元的整体硬件电路图。在本设计中，同样设计了串口来对接收端的无线模块进行连接控制；Ｐ２．２用来控制当温度超过一定数值时，点亮报警电路中ＬＥＤ报警；Ｐ２．３～Ｐ２．７用来进行ＬＥＤ显示单元位控，整个Ｐ０口用来输送将要显示的字符段。５１单片机的外接口电路如图８所示。