1 引言
傳統(tǒng)的測控現(xiàn)場都是通過有線方式發(fā)送、接收數(shù)據(jù)。但有線發(fā)送在一些特殊條件下并不適合，不但成本高，而且測量精度低。因此，這里提出一種基于ADuC841的數(shù)據(jù)采集及無線收發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。
2 數(shù)據(jù)采集部分的設(shè)計(jì)
ADuC841采集系統(tǒng)由模擬多路開關(guān)、溫度傳感器、采樣保持電路、12位逐次逼近A／D轉(zhuǎn)換器、+2．5V參考電壓組成。ADuC841的模擬輸入端電壓有效范圍與參考電壓有關(guān)。當(dāng)ADuC841采用內(nèi)部參考電壓時(shí)，其有效輸入范圍為0～+2．5 V。ADuC841可工作在-40℃～+85℃的工作級(jí)溫度范圍內(nèi)，有3 V和5 V兩種供電方式。該A／D轉(zhuǎn)換器模塊包含8通道12位、單電源供電A／D轉(zhuǎn)換器，其采樣頻率最高可達(dá)420 kS／s(2．38μs)，在要求高速數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用中，為防止A/D轉(zhuǎn)換器采樣結(jié)果丟失，可采用DMA模式。ADuC841微控制器A/D轉(zhuǎn)換器共有3個(gè)控制寄存器：ADCCON1～ADC-CON3，其運(yùn)行模式、轉(zhuǎn)換和采集時(shí)間完全取決于這3個(gè)控制寄存器的設(shè)置。其中控制寄存器ADCCON1控制A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換和采集時(shí)間、硬件轉(zhuǎn)換模式及掉電模式：控制寄存器ADCCON2設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換器通道及轉(zhuǎn)換模式；而控制寄存器ADCCON3控制各種校準(zhǔn)模式和指示A／D轉(zhuǎn)換器忙狀態(tài)。圖1給出數(shù)據(jù)采集電路。
3 無線收發(fā)部分的設(shè)計(jì)
無線收發(fā)部分采用nRF905單片射頻收發(fā)器，它可工作于433／868／915 MHz 3個(gè)：ISM(工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué))頻道，內(nèi)部集成有頻率調(diào)制器、帶解調(diào)器的接收器、功放、晶體振蕩器和調(diào)節(jié)器。nRF905主要特點(diǎn)：頻道間的轉(zhuǎn)換時(shí)間小于650 μs。工作電壓為1．9~3．6 V，32引腳QFN封裝。自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和CRC校驗(yàn)碼，可很容易通過SPI接口編程配置。外圍器件連接簡單，無需外部SAW濾波器。nRF905有ShockBurst TM發(fā)送ShockBurst RM接收兩種工作模式以及掉電和SPI編程模式、STANDBY和SPI編程模式兩種節(jié)能模式。nRF905的工作模式由TRX_CE、TX_IN、PWR_UP這3個(gè)引腳設(shè)置決定。圖2為nRF905發(fā)射模塊電路。
ADuC841通過其內(nèi)部集成的SPI接口控制nRF905的發(fā)射，接口電路如圖3所示。SPI串口能夠同步發(fā)送和接收8位數(shù)據(jù)，即雙工工作方式。SPI接口有4條線：串行時(shí)鐘線(SCLOCK)、主機(jī)輸入從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線(MISO)、主機(jī)輸出從機(jī)輸人數(shù)據(jù)線(MOSI)和低電平有效的從機(jī)選擇(SS)。
接收模塊電路采用STC89C52單片機(jī)控制nRF905的接收，模擬SPI通信，將接收到的數(shù)據(jù)通過串口上傳到PC機(jī)顯示。這里選用成本較低的STE89C52，可降低整個(gè)系統(tǒng)成本。圖4為接收模塊電路。該數(shù)據(jù)采集及無線收發(fā)系統(tǒng)利用ADuC841單片機(jī)的采集功能來檢測模擬信號(hào)，利用該單片機(jī)的SPI接口與nRF905進(jìn)行通信。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線收發(fā)，從而構(gòu)成一種實(shí)用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
4 試驗(yàn)結(jié)果
在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行測試。其中一個(gè)應(yīng)變對(duì)應(yīng)0．002 mV，A／D轉(zhuǎn)換器的參考電壓為2．5 V，測試中分別選取100、300、1 000不同的微應(yīng)變時(shí)所對(duì)應(yīng)的電壓值，然后進(jìn)行無線發(fā)射。實(shí)際測量結(jié)果見表1所示，由表1可看出：3次測得值均在允許的誤差范圍內(nèi)，無線數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收完全相同，滿足實(shí)際工程應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。
5 結(jié)束語
數(shù)據(jù)采集在工程實(shí)際中應(yīng)用廣泛，設(shè)計(jì)種類多種多樣。該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用ADuC841單片機(jī)和nRF905單片射頻收發(fā)器設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集以及實(shí)時(shí)發(fā)送，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，便于遠(yuǎn)距離測量。