基于无线通信的远程测控系统的研究

2022-09-13

远程测控系统在工业、农业、国防以及日常生活等诸多领域中应用十分广泛, 而对于被测对象多、工作环境恶劣 (如工作温度非常高、湿度大、毒性环境等) 的场合, 采用无线传输方式对被测对象实现远程数据采集与控制, 不仅实现起来简单、成本低, 而且系统的实时性和可靠性都比较高。

1 硬件系统设计原理

1.1 系统发射部分原理

在系统的发射部分如图1所示, 利用多个温度传感器A D 5 9 0进行温度数据的采集, 由于AD590采集到的数据是模拟量, 而单片机与PTR8000射频芯片操作的数据对象都是数字量, 因此必须把AD590输出的模拟量变换成数字量, 这就要用到A/D转换器。我们选用ADC0809做为A/D转换芯片。由ADC0809出来的信号为采集的温度信号的数字量, 将此数据送入单片机, 由单片机控制PTR8000射频芯片将温度量发送到接收模块。

1.2 系统接收部分原理

在系统接收部分如图2所示, 射频传送芯片PTR8000接收从发射部分传送过来的数据, 单片机从射频芯片PTR8000中读出测得的温度值, 然后通过预先写入的程序, 将此值在LED中显示出来。同时, 将得到的温度值与预先设定的报警温度值做比较, 如果高于报警温度值, 就启动报警装置。

1.3 单片机AT89C51

AT89C51是一个低电压, 高性能CMOS8位单片机, 片内含4k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器 (RAM) , 器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产, 兼容标准MCS-51指令系统, 片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元, 内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。

(1) 在本系统的发射模块中, 单片机AT89C51控制ADC0809, 得到采集到的数据, 再利用射频芯片PTR8000将数据传送出去。PTR8000与单片机AT89C51之间采用串行通信方式, 使用单片机AT89C51的R X D与T X D接口与射频传送芯片P T R 8 0 0 0的MISO与MOSI接口进行数据的传送。

(2) 在本系统的接收模块中, 单片机AT89C51控制射频芯片PTR8000接收数据包, 取得温度值信息, 将温度值信息与预设温度值进行比较, 大于或者小于 (使用时根据具体使用意图设定) , 触发相应的报警电路。并且将收到的温度值进行处理后送入LED显示电路进行显示。

1.4 射频芯片

在本系统中, 选用PTR8000作为射频芯片。无线收发一体化数传芯片PTR8000芯片性能优异, 在业界居领先水平, 它的显著特点是所需外围元件少, 因而设计非常方便。该模板块在内部集成了高频接收、PLL合成、FSK调制/解调、参量放大、功率放大、频道切换等功能, 因而是目前集成度较高的无线数传产品。

在发射模块上电以后, MCU首先配置P T R 8 0 0 0芯片, 先将P W R、T X E N、T R X-C E设为配置模式, 即PWR=1, TXEN=0, TRX-C E=X, M C U通过S P I将配置数据移入PTR8000模块;当MCU采集到温度数据后, 再将此数据连同作为接收数据使用的P T R 8 0 0 0的地址通过S P I接口传送给PTR8000, PTR8000收到数据之后将自动完成数据的打包 (加前导码和CRC效验码) , 通过DR端口向MCU发出数据准备就绪信号, M C U在收到D R信号后设置T R X-C E, T X-EN为高来启动数据的发射。完成数据的发射后, 执行一条指令, 进入待机模式。

在接收模块上电以后, MCU首先配置P T R 8 0 0 0芯片, 先将P W R、T X E N、T R X-C E设为配置模式, 即PWR=1, TXEN=0, TRX-C E=X, M C U通过S P I将配置数据移入PTR8000模块;之后, 将PWR、TXEN、TRX-C E设为接收模式, 即P W R=1, T X E N=1, TRX-CE=0, 在接收到数据包后, PTR8000内部运算芯片核对接收数据中的地址信息, 是否为本机地址, 如果是, 通过AD引脚发出地址匹配信号, MCU在扫描到此信号后读出温度数据值。

2 系统软件

在本系统的程序设计中, 一个极为重要的特点是采用了大量的模块化设计, 例如在执行主程序前, 事先就设计好了PTR8000的SPI输入输出程序, PTR8000的控制寄存器的配置程序, PTR8000的状态转换程序等;此程序的另一个重要特点就在采用了大量的宏定义, 例如在程序的开头, 就事先把一些主要的可选参数进行了宏定义, 例如“#defineCH_NO_FREQ_422_4MHz0x0000”, 在对应的控制寄存器配置程序中, 在对发射频率进行配置时, 如果要设定发射频率422.4MHz, 那么经过换算后要给对应的控制寄存器写如0X0000, 在进行宏定义后, 就不用那么麻烦, 只需要程序的对应位置该为C H_N O_F R E Q_4 2 2_4 M H z就可以了。发射程序模块图如图3, 接收程序模块图如图4所示。

3 结语

随着远程测控技术的进一步发展和应用, 人们对测控系统的要求越来越高, 例如:测量参数多样性, 测量的实时性以及测控系统的智能性。结合单片机技术和射频技术, 该方案能够对传感器采集到的数据进行发送和接收, 并对此模块做了详细的测试, 给出了整个发射模块、接收模块的结构和软件程序并实现了远程测控的要求。该无线远程测量系统, 在调式时实现了传输距离大于150米, 温度测试的误差小于5%, 通信延迟时间小于1秒等技术指标。

摘要：对于工作点多、通信距离远、环境恶劣且实时性和可靠性要求比较高的场合, 可以利用无线电通信来实现主控站与各个子站之间的数据通信, 采用这种远程测控方式有利于解决复杂连线, 无需铺设电缆或光缆, 降低了成本。

关键词：无线测控系统,多点温度,PTR8000收发模块,单片机