無線數據采集系統(tǒng)的設計方案

摘　要：在工業(yè)控制領域，常常需要采集大量的現(xiàn)場數據，然后傳輸給主機進行處理。而目前數據傳輸通常使用的是RS485或者是CAN等網絡。這些網絡均基于有線傳輸，他們在使用中不僅要考慮成本因素，還要考慮數據傳輸中的干擾因素。而無線傳輸相對具有一定的優(yōu)勢，成本相對低，并且傳輸中的干擾也較少，這也在一定程度上提高了傳輸的可靠性。設計了一個基于PTR2000無線傳輸模塊的數據采集系統(tǒng)。該實例對其他相類似的無線數據采集、無線數據傳輸應用具有一定的參考價值。

　
1　引　言

　　在工業(yè)控制現(xiàn)場，常常需要采集大量的現(xiàn)場數據，如電壓、電流、溫度、濕度、氣壓等，并將這些數據采集模塊采集的數據傳輸到主機進行處理，由主機根據處理的結果，將控制信號傳輸給現(xiàn)場執(zhí)行模塊進行各種操作。目前數據的傳輸基本是基于有線的網絡，如RS485，CAN等。這些有線的網絡一般具有成本比較高、維護不方便等缺點。而無線傳輸相對具有一定的優(yōu)勢，如成本低、可靠性高、維護方便等。本文介紹一個基于PTR2000無線數據采集系統(tǒng)。通過本系統(tǒng)，不僅能了解數據采集的一般過程以及一般數據采集系統(tǒng)的構成，還能了解PTR2000模塊、ADUC812單片機、USB100模塊的功能。該系統(tǒng)最高傳輸速度可達19．2 kb/s。

2　系統(tǒng)原理

　　該系統(tǒng)由工控機、USB100、AT89C51單片機、PTR2000(2塊)、ADUC812單片機構成。

2．1　ADUC812高性能單片機ADUC812,pdf datasheet (with Embedded Flash MCU)

　　Anolog Device公司的ADUC812高性能單片機由與 8051兼容的內核［1］、片內外圍設備、電源單元和模擬單元組成。8051兼容的內核額定的工作頻率是12 MHz(最大可達16 MHz)，3個16 b定時計數器，功能包括看門狗定時器、電源監(jiān)視PSM、高速ADC以及DMA控制器。片內有8 kB的閃速/電可擦除程序存儲器，640 B的閃速/電可擦除數據存儲器和256 B的片內數據RAM，支持16 MB的外部數據存儲空間和64 kB的外部數據尋址空間，為多處理器接口和I/O擴展提供了32條可編程的I/O口線，端口3有高電流驅動能力，同時具有標準的UART接口和可配置的I2 C端口或SPI端口。模擬單元包括8通道、高速(200 kb/s)自校準12 b ADC、片內4OPPM/C電壓基準、2個電壓輸出DAC和片內溫度傳感器等，可構成一個強大的12 b數據采集系統(tǒng)。

2．2　USB100通用串行總線協(xié)議模塊

　　USB100是基于ASIC設計的，內部封裝了USB1．1全部協(xié)議以及多達384 B的發(fā)送緩沖區(qū)和128 B的接收緩沖接口，對USB接口的操作如同對外部存儲器操作一樣方便，由USB100模塊完成全部協(xié)議的轉換和封裝，使開發(fā) 過程變得十分簡單。

　　各管腳說明如下：

　　P1～P9，P16，NC：空腳。

　　P10，VCC：輸出，＋5 V輸出，提供給外部MCU使用，最大400 mA。

　　P11，USBVCC：輸入，USB接口的電源腳。P12～P13，D＋，D－：輸入/輸出，USB數據線。P14～P15，GND：電源地。

　　P17，RXE：輸出，高表示模塊沒有數據輸出；低表示模塊有數據輸出，可以讀數據。

　　P18，TXE：輸出，高表示模塊發(fā)送緩沖區(qū)已滿；低表示發(fā)送緩沖區(qū)為空，可以發(fā)送數據。

　　P19，WR：輸入，將8 b并行總線上的數據鎖存入內部緩沖區(qū)。

　　P20，RD：輸入，允許內部接收緩沖區(qū)數據通過8 b并行總線讀出。

　　P28～P21，D0～D7：8 b雙向數據線，他是一個8 b并口，USB100通過他與單片機交換數據。

　　USB100模塊的控制時序：

　　發(fā)送時序　當單片機檢測到USB100模塊TXE為低時，表示內部發(fā)送緩沖區(qū)允許發(fā)送數據到USB端口，可以 將數據通過8 b數據總線發(fā)給USB100模塊，發(fā)送數據鎖存由WR控制，USB100模塊TXE為高時，禁止發(fā)送數據。

　　接收時序　當單片機檢測到USB100模塊RXF為低時，表示內部接收緩沖區(qū)有來自USB端口的數據，可以通過8 b數據總線將數據讀入發(fā)給USB100模塊，接收數據鎖存由RD控制，接收時序如圖5所示。

2．3　PTR2000無線傳輸模塊

　　PTR2000是一個小型、超低功耗無線數據收發(fā)模塊。 該模塊工作頻率為國際通用的數傳頻段433 MHz［3］，采用了FSK調制，抗干擾能力強，采用了DDS＋PLL頻率合成技術，頻率穩(wěn)定性極好，靈敏度達到－105 dPm，最大發(fā)射功率為＋10 dPm，工作電壓2．7～5．25 V，具有2個工作頻道，工作最高速度可達19．2 kb/s(也可工作在其他頻率，如9 600 b/s)，可直接與CPU串口使用如8031等，也可以接計算機RS232串口，軟件編程非常方便。由于該模塊采用了低發(fā)射功率、高靈敏度設計，使用無需申請許可證。