基于C8051F和Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)的汽車測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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2．2 C8051F020模塊
C805lF020是Cygnal公司的一種混合信號(hào)SOC型8位單片機(jī)，它是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)MCU器件，具有64個(gè)數(shù)字I／O引腳。該單片機(jī)采用高速805l微控制器內(nèi)核，速度可達(dá)25 MI／s，具有8個(gè)I／O口，5個(gè)通用定時(shí)器，5個(gè)捕捉／比較模塊及專用看門狗定時(shí)器，可同時(shí)使用SM-Bus，SPI及2個(gè)UART串口，內(nèi)置64 kB高速存儲(chǔ)器。模擬外設(shè)方面，器件具有1個(gè)12位A／D轉(zhuǎn)換器，1個(gè)8位A／D轉(zhuǎn)換器，2個(gè)12位D／A轉(zhuǎn)換器及2個(gè)模擬比較器。器件內(nèi)部的這些數(shù)字和模擬外設(shè)使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，集成度更高。
本模塊主要設(shè)計(jì)C8051F020的復(fù)位電路、外接晶振電路和接地處理，并將所有引腳引出，以便擴(kuò)展應(yīng)用。系統(tǒng)需要高速運(yùn)行才能及時(shí)、有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，所以單片機(jī)在一般情況下采用內(nèi)部振蕩器作為時(shí)鐘源。但由于內(nèi)部時(shí)鐘的誤差太大，在串口通訊的過程中，要選用外部時(shí)鐘，通過軟件設(shè)置可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)外時(shí)鐘的切換。在電源處通過去耦電容接到模擬地上，可以減少干擾回路的面積，降低電磁干擾輻射，可以把數(shù)字電流引起的干擾耦合到地，而不在外部電路的地中出現(xiàn)。為了使電容耦合最小，兩者沒有交迭，2個(gè)獨(dú)立的地在電源的公共“星”型地處通過瓷珠接到一起，電源處也采用類似處理以防止干擾。
2．3 Zigbee節(jié)點(diǎn)模塊
本文研究的汽車測(cè)試系統(tǒng)初步采用2個(gè)終端節(jié)點(diǎn)和1個(gè)中心協(xié)調(diào)器組成星狀網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，3個(gè)節(jié)點(diǎn)均選用SZ05-ADV型無線收發(fā)模塊，Zig-bee終端節(jié)點(diǎn)和中心節(jié)點(diǎn)通過標(biāo)準(zhǔn)串口分別與C8051F020模塊和PC設(shè)備相連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。SZ05-ADV是高性能嵌入式無線收發(fā)模塊，其核心器件是Freescale公司的MCl3213。它是第2代標(biāo)準(zhǔn)ZigBee無線通信平臺(tái)，在9 mmx9 mmxl mm 7l引腳LGA封裝中集成有低功耗的2．4 GHz RF收發(fā)器和8位微控制器，MCl3213器件具有60 kB的閃存，MCl32lx解決方案能在簡(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接到完整的ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中用作無線連接，小占位面積封裝中的無線電收發(fā)器和微控制器的組合使其成為成本效益的解決方案，MCl321x中的RF收發(fā)器工作在2．4 GHzISM頻段，和802．15．4標(biāo)準(zhǔn)兼容，收發(fā)器包括低噪音放大器，1 mW的RF輸出功率，帶VCO的功率放大器(PA)，集成的發(fā)送／接收開關(guān)，板內(nèi)的電源穩(wěn)壓器以及完全的擴(kuò)展頻譜的編碼和譯碼，MCl32lx中的微控制器基于HCS08系列微控制器單元(MCU)，HCS08 A版本，高達(dá)60 kB的閃存和4 kB的RAM。
SZ05-ADV嵌入式無線通信模塊集成有符合ZIGBEE協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)器和微處理器，其數(shù)據(jù)接口包括：TTL電平收發(fā)接口、標(biāo)準(zhǔn)串口RS2-32數(shù)據(jù)接口，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的廣播方式發(fā)送和目標(biāo)地址發(fā)送模式。除可實(shí)現(xiàn)一般的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)通信功能外，還可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通訊。其模塊連接電路如圖4所示。DATA、RUN、NET、ALARM為SZ05-ADV無線通信模塊的4個(gè)工作狀態(tài)指示端口，分別是數(shù)據(jù)收發(fā)、系統(tǒng)運(yùn)行、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和告警。SLEEP引腳用來控制系統(tǒng)進(jìn)入低功耗狀態(tài)，低電平進(jìn)入低功耗，高電平或懸空正常運(yùn)行。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/197655.htm
485CTL引腳是485收發(fā)控制，模塊485接收時(shí)低電平輸出，發(fā)送時(shí)高電平輸出。CENTER、DEVICE引腳是節(jié)點(diǎn)功能配置接口，均為低電平有效，或分別與引腳tiao7、tiao8接跳線帽實(shí)現(xiàn)，如這2個(gè)引腳都為高電平或懸空則為路由節(jié)點(diǎn)。CONFIG引腳是配置接口，低電平有效，或加跳線帽，可在超級(jí)終端中進(jìn)入系統(tǒng)配置狀態(tài)。模塊標(biāo)準(zhǔn)工作電壓為DC-5V，正常工作電壓范圍為5～12V。數(shù)據(jù)接口有RS-232和TTL收發(fā)2種接口模式。RS-232串口為TX2、RX2、SGND三線工作模式，TTL為TX1、RXl兩線工作模式，TTL電平為3．3V。RESET進(jìn)入低電平狀態(tài)3s，系統(tǒng)進(jìn)入配置狀態(tài)，高電平或懸空狀態(tài)則進(jìn)入工作狀態(tài)。
無線通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)按功能可分為中心協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點(diǎn)，中心協(xié)調(diào)器是網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)起組織、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和管理功能；路由器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的路由中繼轉(zhuǎn)發(fā)，終端節(jié)點(diǎn)只進(jìn)行本節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。在該系統(tǒng)中，可以預(yù)先在計(jì)算機(jī)超級(jí)終端中對(duì)無線模塊進(jìn)行節(jié)點(diǎn)類別、節(jié)點(diǎn)名稱和地址、無線頻點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)ID、波特率和數(shù)據(jù)類型的配置，配置正確后在上電時(shí)可以自動(dòng)組成網(wǎng)絡(luò)。
3 軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)程序開發(fā)采用C805lF系列單片機(jī)的專用集成開發(fā)環(huán)境Silicon Laboratories IDE，配置使用Keil C5l的匯編器、鏈接器和編譯器。利用C5l開發(fā)程序有利于系統(tǒng)程序的模塊化以及增加其可移植性，并能降低開發(fā)周期。系統(tǒng)軟件由主程序和A／D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理和通信這3個(gè)子程序組成，其中主程序部分包括系統(tǒng)初始化、調(diào)用A／D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、串口發(fā)送等子程序。初始化部分包括：看門狗模塊初始設(shè)置、系統(tǒng)時(shí)鐘及復(fù)位源的設(shè)置、I／O端口初始化、串行通信接口初始化、A／D轉(zhuǎn)換的初始化及定時(shí)器初始化等。ADC0的最高轉(zhuǎn)換速度為。100 ks／-s，其轉(zhuǎn)換時(shí)鐘來源于系統(tǒng)時(shí)鐘分頻，分頻值保持在寄存器ADCOCF的ADCSC位。在該片上系統(tǒng)中需要采集8個(gè)通道，將采樣頻率設(shè)置為50 000次／s。選用的ADCO轉(zhuǎn)換啟動(dòng)方式為定時(shí)器3溢出(即定時(shí)的連續(xù)轉(zhuǎn)換)方式。
4 試驗(yàn)
在Silicon Laboratories IDE中將程序通過U-EC2專用編程器燒寫入C805117020后，將各個(gè)模塊連接進(jìn)行調(diào)試，如圖5所示。8路傳感器信號(hào)(包括2路壓變傳感器，2路-5～+5 V信號(hào)，2路4～20 mA信號(hào)和2路熱電偶信號(hào))經(jīng)前端處理后送至MCU，經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理后通過串口輸出到Zigbee終端節(jié)點(diǎn)并在無線網(wǎng)絡(luò)中按目的地址模式或廣播模式發(fā)送，Zigbee中心協(xié)調(diào)器與上位機(jī)通過標(biāo)準(zhǔn)RS232串口連接，可以在超級(jí)終端或串口調(diào)試器中查看收到的數(shù)據(jù)。本研究側(cè)重于實(shí)驗(yàn)開發(fā)，電源模塊可采用將常見的220 V轉(zhuǎn)雙9 V變壓器，經(jīng)整流橋后，由LM7805、LM7905穩(wěn)壓輸出-5 V和+5 V的結(jié)構(gòu)(3．3 V電壓可由AMSlll7模塊轉(zhuǎn)換后得到)，實(shí)際應(yīng)用中可設(shè)計(jì)專門的電源模塊以方便使用。試驗(yàn)結(jié)果表明，系
統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)2個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的各自8路傳感器數(shù)據(jù)采樣，Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行正常，在超級(jí)終端中可以看到試驗(yàn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
5 結(jié)束語
本文設(shè)計(jì)的基于C805lF020和Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)的汽車測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了汽車試驗(yàn)中數(shù)據(jù)的無線傳輸，從而簡(jiǎn)化了試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)布線，提高了試驗(yàn)效率，一旦試驗(yàn)事故發(fā)生，損失也大大減少，實(shí)驗(yàn)證明了該系統(tǒng)取代傳統(tǒng)汽車測(cè)試系統(tǒng)的可行性，同時(shí)系統(tǒng)的擴(kuò)展也比較容易，可以實(shí)現(xiàn)更多功能。本研究側(cè)重于Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用開發(fā)，可為Zigbee技術(shù)在傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用提供一定的參考，但局限于軟件程序系統(tǒng)和試驗(yàn)的電磁干擾，該系統(tǒng)的同步機(jī)制和抗干擾性能有待于進(jìn)一步研究。
評(píng)論