无线数据采集模块设计

2022-05-01 09:25:02 | 浏览次数：

摘要：在工业控制领域,常常需要采集大量的数据,然后传输给主机进行处理。这些网络多基于有线传输,在使用中有很多缺点，而无线传输具有成本低、效率高、维护方便等优势。这里介绍一种以555定时器组成的电路为主体的多参数无线数据采集模块，可对温度、压力等多种参数进行采集，并分时地用同一无线信道进行传输，有着广泛的应用前景。

关键词：无线数据采集；无线传输；参数采集；555定时器

中图分类号：TN929.5文献标识码：B文章编号：1004373X(2008)1914902

Design of Wireless Data Collection Module

XIAO Feng,CHEN Aiguo

(College of Information Engineering,Inner Mongolia University of Technology,Hohhot,010051,China)

Abstract：In the field of industrial control,it needs to collect large quantity of datum,and then sends them to host to process.These networks are mostly transmitted through wire,it also has lots of disadvantages.While,whreless transmission has characters of low cost ,high efficiency and easy maintance.This paper introduces a wireless multi-parameter data collection module/s circuit which is composed by 555 timer for the main body,it can collect the temperature,pressure and other parameters,and time-sharing carries on the transmission with the same channel.It has wide prospect of application.

Keywords：wireless data collection;wireless transmission;parameter collection;555 timer

1 引言

在工业控制现场,常常需要采集大量的现场数据,如温度、湿度、速度、压力等,并将这些采集的数据传输到主机进行处理。目前数据的传输基本是基于有线的网络,如RS 485,CAN等。这些有线的网络一般具有成本比较高、维护不方便等缺点。而无线传输相对具有一定的优势,如成本低、可靠性高、效率高、维护方便等，并且不受地理环境和地面状况的影响，尤其适合在野外或者不便于铺设线缆的地区进行数据传输和采集。针对这些特点，设计了一种采用无线传输方式的无线数据采集模块。

2 硬件设计

本文中采用555定时器为主体的无线数据采集模块，成本较低且适应性较强，利用通用ISM数传频率433 MHz作为传输信道。

如图1所示为发射板的设计框图。通过传感器1、传感器2、传感器N将工业控制现场的信号采集回来，经过由555定时器组成的多谐振荡器，通过模拟开关选择通路，将这些信号转换成频率信号，再将这些频率信号通过高频载波发射出去。其中调制方式采用幅移键控方式(ASK)调制，然后由声表面波(SAW)振荡产生433 MHz的高频信号载波发射。

2.1 信号变换原理

利用555定时器组成的多谐振荡器实现R-f变换。R₁为调节频率高低输出的精密匹配电阻，电压输入端口CVOLT接一个0.01 μF的电容器C1到地，起谐振作用，以消除外来的干扰，确保参考电平的稳定。R₁，R₂，RT1(R₃或R4)、C2组成多谐振荡器的主要参数元件，最后得到的方波频率信号由LM555芯片的第三引脚输出。

2.2 通道的变换

图2中CD4052为CMOS双4选1双向模拟开关，有A，B两个二进制控制输入端和INH输入端，当INH输入端＝“1”时，所有的通道截止。此处只选用一组，另一组为以后增加检测项目提供了冗余。R₃，R4和R7为测量单元，分别为传感器1、传感器2和传感器3，用来采集工业现场的数据，定义采集数据为参数1、参数2和参数3。对于需要采集更多的现场数据，可以选用其他的模拟开关，例如CD4051为8选1模拟开关，然后增加测量单元(传感器)的个数就行了。考虑到成本问题，不用MCU控制模拟开关CD4052的两个控制输入端A和B，而选用14级二进制计数/分频/振荡器CD4060，12引脚R为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效。CD4060由振荡器和14级二进制串行计数器组成，振荡器的结构可以是RC或晶振电路。如果选用RC振荡，则频率不稳定，但频率灵活，变换R和C就可得到想要的频率；晶振稳定，但频率受到晶振标准频率的限制。介于开发设计阶段，所以选用频率灵活可变的RC振荡。

2.3 通道的区分

图2中CD4060的7引脚Q4和CD4052的4引脚Y3相连，起到了同步发射标志的作用，即同一组参数(参数1、参数2和参数3为一组,参数1′、参数2′和参数3′为另一组,以此类推)分时的用同一信道发射。

由于工业控制现场的数据传输大部分采用远距离的无线传输方式，要想达到较高的可靠性和高效率，对发射板来说，要求有足够大的发射功率，而对于接收机，则要有尽可能高的接收灵敏度，根据实际需求来选择合适的接收模块。图3为接收处理系统的设计框图，预期完成微处理器模块与接收模块和其他器件的设计，完成对信号的处理，数据显示以及与上位机的通讯等功能。