ADuC845單片機(jī)和PTR2000的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)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(jī)的片上資源，特別是兩個(gè)多通道且皆可達(dá)到24位分辨率的A／D轉(zhuǎn)換器。它對(duì)外部模擬信號(hào)溫度、濕度、壓力通過傳感器進(jìn)行輸入、放大、濾波后送入A／D轉(zhuǎn)換器。通過對(duì)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(jī)上。
關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集；ADuC845；無線數(shù)據(jù)傳輸；PTR2000

引言
    在工業(yè)控制領(lǐng)域，常常需要采集大量的現(xiàn)場(chǎng)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(jī)進(jìn)行處理。由主機(jī)根據(jù)處理的結(jié)果，將控制信號(hào)傳輸給現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行模塊進(jìn)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(luò)。這些網(wǎng)絡(luò)均基于有線傳輸，有線傳輸方式存在布線困難、維護(hù)成本高等問題，而無線通信技術(shù)解決了這些問題，因此被廣泛應(yīng)用在很多場(chǎng)合。隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，人們需要能夠準(zhǔn)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(yuǎn)端主控制室。無線傳輸具有一定的優(yōu)勢(shì)，成本相對(duì)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)目煽啃浴１疚膶纹瑱C(jī)技術(shù)與數(shù)據(jù)采集技術(shù)、無線傳輸技術(shù)結(jié)合起來，設(shè)計(jì)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(gòu)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(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理模塊進(jìn)行調(diào)理，然后進(jìn)入到ADuC845單片機(jī)的A／D轉(zhuǎn)換端口進(jìn)行模／數(shù)轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。它包含信號(hào)調(diào)理模塊、電源模塊、LED顯示與鍵盤電路模塊、復(fù)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(jī)
    ADuC845是高度集成的單片機(jī)，該芯片主要由兩個(gè)多通道且皆可達(dá)到24位分辨率的A／D轉(zhuǎn)換器、雙D／A轉(zhuǎn)換器以及一個(gè)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(zhuǎn)換第一級(jí)傳感器的輸入，該通道具有緩沖能力，并可編程為8個(gè)輸入范圍，工作電壓為±20～±2．56 mV，可由5個(gè)差動(dòng)輸入端之一驅(qū)動(dòng)。ADuC845采用△-∑轉(zhuǎn)換技術(shù)來實(shí)現(xiàn)高達(dá)24位無遺漏碼的優(yōu)良性能。
2．2 無線收發(fā)PTR2000
    PTR2000是一個(gè)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(diào)制／解調(diào)，可直接輸入／輸出，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制場(chǎng)合；采用DDS+PLLL頻率合成技術(shù)，因而頻率穩(wěn)定性極好；功耗低，具有兩個(gè)頻道，廣泛應(yīng)用于多信道工作需要的場(chǎng)合。

3 硬件電路設(shè)計(jì)
3．1 信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)
    信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)就是利用放大電路、緩沖級(jí)電路、濾波電路等，將傳感器采集的非電量微弱信號(hào)調(diào)理成可以測(cè)量的數(shù)字信號(hào)，以方便檢測(cè)系統(tǒng)后續(xù)處理或顯示。信號(hào)調(diào)理電路如圖2所示。

    溫度傳感器AD590采集的信號(hào)通過放大電路OP07進(jìn)行放大，通過加法比例電路來進(jìn)行零點(diǎn)漂移，調(diào)節(jié)R1來進(jìn)行放大倍數(shù)的調(diào)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(jī)ADuC845的一個(gè)AIN1輸入通道。
    HIH3610相對(duì)濕度傳感器將采集的信號(hào)電壓V2接到信號(hào)調(diào)理電路中，同時(shí)要對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行調(diào)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(jìn)入ADuC845中的AIN2輸入通道來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
    26PC壓力傳感器是美國HoNEYWELL公司生產(chǎn)的差壓、表壓，無放大的帶溫度補(bǔ)償?shù)膲毫鞲衅?，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(jī)ADuC845的AIN3輸入通道之中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。[!--empirenews.page--]
2．3 無線收發(fā)電路設(shè)計(jì)
    PTR2000無線收發(fā)模塊與單片機(jī)ADuC845連接時(shí)，PTR2000模塊的D0和D1分別與ADuC845的RXD和TXD連接。單片機(jī)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(dāng)PC機(jī)與PTR2000之間連接時(shí)，必須經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換，將TTL電平利用MAX232轉(zhuǎn)換成RS-232電平。PTR2000與MAX232的電平轉(zhuǎn)換電路如圖4所示。

[!--empirenews.page--]
3．2 LED顯示與鍵盤電路設(shè)計(jì)
    LED顯示與鍵盤電路的設(shè)計(jì)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(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片同時(shí)還可連接多達(dá)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(jī)系統(tǒng)資源。
    電路的兩個(gè)下拉電阻R1、R2阻值為100 kΩ，8個(gè)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(shè)計(jì)
    根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能要求，進(jìn)行系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。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(duì)各個(gè)硬件的初始化工作，子程序主要是完成和單片機(jī)進(jìn)行交互并實(shí)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(zhuǎn)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(dòng)A／D轉(zhuǎn)換，將采集值存放在內(nèi)部RAM以及將采樣值送入顯示緩存區(qū)。ADC的設(shè)置和控制是通過專用寄存器中的一組寄存器來實(shí)現(xiàn)的，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)可以采取每隔一段時(shí)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(shí)功能；
    ◆ void Extern_Interrupt_Open()，開外部中斷函數(shù)；
    ◆ void Extern_Interrupt_Close()，關(guān)外部中斷函數(shù)；
    ◆ void ADC_Conversion_Start()，A／D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)函數(shù)。
    顯示子程序負(fù)責(zé)將顯示緩存區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。監(jiān)控子程序負(fù)責(zé)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，以及調(diào)用各種子程序和管理中斷服務(wù)程序。系統(tǒng)的通信發(fā)送子程序負(fù)責(zé)與PC機(jī)的通信和發(fā)送采集的數(shù)據(jù)。PC機(jī)通信接收子程序負(fù)責(zé)接收單片機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)并處理。

5 結(jié)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(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度、濕度、壓力等信號(hào)的采集和處理功能；ADuC845具有2個(gè)獨(dú)立的高分辨(24位)的A／D轉(zhuǎn)換器，溫漂和失調(diào)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(gòu)建了一個(gè)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(diǎn)。