ADuC845單片機和PTR2000的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計[圖]

摘要：設計了一種基于單片機ADuC845和PTR2000的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分利用ADuC845單片機的片上資源，特別是兩個多通道且皆可達到24位分辨率的A/D轉換器。它對外部模擬信號溫度、濕度、壓力通過傳感器進行輸入、放大、濾波后送入A/D轉換器。通過對寄存器的合理配置，得到穩(wěn)定的輸出值，在數(shù)碼上顯示輸出。最終通過PTR2000將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送到PC機上。

引言

在工業(yè)控制領域，常常需要采集大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，如電壓、電流、溫度、濕度、氣壓等，并將這些數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C進行處理。由主機根據(jù)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。而目前數(shù)據(jù)傳輸通常使用的是RS485或者是CAN等網(wǎng)絡。這些網(wǎng)絡均基于有線傳輸，有線傳輸方式存在布線困難、維護成本高等問題，而無線通信技術解決了這些問題，因此被廣泛應用在很多場合。隨著信息技術的高速發(fā)展，人們需要能夠準確、快速和便攜地獲得大量數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)通過無線傳輸方式傳給遠端主控制室。無線傳輸具有一定的優(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?shù)目煽啃�。本文將單片機技術與數(shù)據(jù)采集技術、無線傳輸技術結合起來，設計了一套高速的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

1 無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體構成

無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)首先將傳感器所采集到的模擬信號經過信號調理模塊進行調理，然后進入到ADuC845單片機的A/D轉換端口進行模/數(shù)轉換，最后通過PTR2000無線收發(fā)模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件結構框圖如圖1所示。它包含信號調理模塊、電源模塊、LED顯示與鍵盤電路模塊、復位電路模塊、PTR2000無線收發(fā)模塊、LCD顯示模塊以及蜂鳴電路模塊等。

2 主要芯片的選取

2.1 ADuC845單片機

ADuC845是高度集成的單片機，該芯片主要由兩個多通道且皆可達到24位分辨率的A/D轉換器、雙D/A轉換器以及一個8位可編程微控制器組成。在ADuC845的雙通道ADC電路中，主通道用丁轉換第一級傳感器的輸入，該通道具有緩沖能力，并可編程為8個輸入范圍，工作電壓為±20～±2.56 mV，可由5個差動輸入端之一驅動。ADuC845采用△-∑轉換技術來實現(xiàn)高達24位無遺漏碼的優(yōu)良性能。

2.2 無線收發(fā)PTR2000

PTR2000是一個小型、超低功耗無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊。該模塊將發(fā)射和接收合為一體；采用FSK調制/解調，可直接輸入/輸出，抗干擾能力強，特別適合工業(yè)控制場合；采用DDS+PLLL頻率合成技術，因而頻率穩(wěn)定性極好；功耗低，具有兩個頻道，廣泛應用于多信道工作需要的場合。

3 硬件電路設計

3.1 信號調理電路設計

信號調理電路的設計就是利用放大電路、緩沖級電路、濾波電路等，將傳感器采集的非電量微弱信號調理成可以測量的數(shù)字信號，以方便檢測系統(tǒng)后續(xù)處理或顯示。信號調理電路如圖2所示。

溫度傳感器AD590采集的信號通過放大電路OP07進行放大，通過加法比例電路來進行零點漂移，調節(jié)R1來進行放大倍數(shù)的調節(jié)，使V1電壓輸出在0～2.5 V。然后再通過電壓跟隨器OP491和濾波電路，最后輸入到單片機ADuC845的一個AIN1輸入通道。

HIH3610相對濕度傳感器將采集的信號電壓V2接到信號調理電路中，同時要對電壓信號進行調理，讓其滿足ADuC845的通道輸入電壓，然后通過電壓跟隨器和濾波電路進入ADuC845中的AIN2輸入通道來進行數(shù)據(jù)采集。

26PC壓力傳感器是美國HoNEYWELL公司生產的差壓、表壓，無放大的帶溫度補償?shù)膲毫�傳感器，輸入電�?0～16 V)通過電壓跟隨電路和濾波電路后，連接到單片機ADuC845的AIN3輸入通道之中進行數(shù)據(jù)采集。

3.2 無線收發(fā)電路設計

PTR2000無線收發(fā)模塊與單片機ADuC845連接時，PTR2000模塊的D0和D1分別與ADuC845的RXD和TXD連接。單片機可直接通過P3.2位置高/低電平來控制收發(fā)模塊發(fā)射/接收狀態(tài)。ADuC845與PTR2000的接口電路如圖3所示。

當PC機與PTR2000之間連接時，必須經過電平轉換，將TTL電平利用MAX232轉換成RS-232電平。PTR2000與MAX232的電平轉換電路如圖4所示。

3.3 LED顯示與鍵盤電路設計

LED顯示與鍵盤電路的設計主要是用于采集、顯示、打印等操作。ZLG7289是一片具有串行接口，可同時驅動8位共陰式數(shù)碼管的智能顯示驅動芯片。該芯片同時還可連接多達64鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成LED顯示、鍵盤接口的全部功能，且不占用單片機系統(tǒng)資源。

電路的兩個下拉電阻R1、R2阻值為100 kΩ，8個按鍵與位選線DIG0～DIG7相連的8只電阻為位選電阻。SG～DP引腳為行掃描輸出，DIG7～DIG0引腳為列掃描輸出。LED顯示與鍵盤電路如圖5所示。

4 軟件設計

根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能要求，進行系統(tǒng)軟件的設計。包括主程序部分和子程序部分，主程序部分主要完成系統(tǒng)對各個硬件的初始化工作，子程序主要是完成和單片機進行交互并實現(xiàn)本部分的功能。主程序流程如圖6所示。

子程序包括A/D轉換、LED顯示與鍵盤、通信模塊和無線收發(fā)模塊等。數(shù)據(jù)采集子程序用來啟動A/D轉換，將采集值存放在內部RAM以及將采樣值送入顯示緩存區(qū)。ADC的設置和控制是通過專用寄存器中的一組寄存器來實現(xiàn)的，在進行數(shù)據(jù)采集時可以采取每隔一段時間采集一次、采集多次取平均值的方法來減小系統(tǒng)帶來的誤差。A/D數(shù)據(jù)采集流程如圖7所示。

編寫ADC程序中的主要函數(shù)有：

◆ void InitTIATION()，主要功能是端口初始化、主要包括初始化ADC、RAM、讀寫初始化；

◆ void ADC_Int()，ADC初始化函數(shù)；

◆ void Delay()，延時功能；

◆ void Extern_Interrupt_Open()，開外部中斷函數(shù)；

◆ void Extern_Interrupt_Close()，關外部中斷函數(shù)；

◆ void ADC_Conversion_Start()，A/D轉換啟動函數(shù)。

顯示子程序負責將顯示緩存區(qū)的數(shù)據(jù)進行顯示。監(jiān)控子程序負責系統(tǒng)的正常運行，以及調用各種子程序和管理中斷服務程序。系統(tǒng)的通信發(fā)送子程序負責與PC機的通信和發(fā)送采集的數(shù)據(jù)。PC機通信接收子程序負責接收單片機發(fā)送來的數(shù)據(jù)并處理。

5 結論

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)充分利用ADuC845具有多通道高速數(shù)據(jù)采集特性，實現(xiàn)了對溫度、濕度、壓力等信號的采集和處理功能；ADuC845具有2個獨立的高分辨(24位)的A/D轉換器，溫漂和失調系數(shù)都很小，符合高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求。PTR2000無線數(shù)據(jù)傳輸模塊是一種超小型、低功耗、高速率的無線收發(fā)傳輸模塊，通過PTR2000無線傳輸芯片，構建了一個數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、控制為一體的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有精度高、速度快、成本低等優(yōu)點。

作者：周鴻雁 來源：《單片機與嵌入式系統(tǒng)應用》

我推薦大家讀

輕松參與

VS

表達立場

這是垃圾文章