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      基于短距離無線技術(shù)的多功能位移測量系統(tǒng)研究

      2016-05-30 06:44:42李文紅
      科技尚品 2016年2期
      關(guān)鍵詞:短距離

      李文紅

      摘 要:隨著我國科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展,人民生活水平的提高,短距離無線技術(shù)在多功能位移測量中也得到了很大發(fā)展。結(jié)合容柵傳感器的工作原理,再加上具有高靈敏度的射頻芯片,以及STM8L101F3單片機,就可以設(shè)計出位移測量系統(tǒng),其功能多樣化,可以進行最小數(shù)、最大數(shù)跟蹤,還可以保持示值,對數(shù)值進行清零。下面就對其進行分析,希望給有關(guān)人士一些借鑒。

      關(guān)鍵詞:短距離;無線技術(shù);位移測量

      在現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展中,集群控制、自動化控制是發(fā)展的核心目標,除此之外,最好可以做好低功耗測量,不需要人來值守等。和傳統(tǒng)測量方式對比,短距離無線通信不僅有很強的抗干擾能力,而且安全性、可靠性都很好,基本不會受到地理因素的限制,人工安裝簡單,工作效率高,近些年其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴大,在以后必定是測量系統(tǒng)的主流。

      1 對系統(tǒng)內(nèi)部的測量原理研究

      這種測量原理由平板容量理論發(fā)展而來,經(jīng)過多年發(fā)展,該系統(tǒng)已經(jīng)逐漸成熟,先分析容柵傳感器的整體結(jié)構(gòu),主要包括以下幾個內(nèi)容,定柵板和動?xùn)虐?,其中定柵板中包含反射極,其是進行信息的反射,而動?xùn)虐灏ń邮諛O和發(fā)射極,主要進行信息的接收和發(fā)射。另一方面,還包括接收極和反射極,二者之間都能形成平板電容器,在操作中給予激勵信號,反射極就會把該信號反射到接收極中,而數(shù)據(jù)得到處理后,還會進行其他方向的傳輸,該系統(tǒng)工作效率比較高,可以說是短距離無線技術(shù)的核心內(nèi)容。除此之外,位移和相位之間的變化還遵循一個函數(shù)關(guān)系,θ(x)= arctan[(1-2x/w)/(1+2)],其中x是位移量,w表示小發(fā)射極的寬度,如果位移量發(fā)生1個w寬度的變化時,在接收極一方,就會產(chǎn)生45?的相位差。

      2 系統(tǒng)方案設(shè)計

      該系統(tǒng)主要可以分成3個部分,測量終端部分、接收機部分和主控機部分,除此之外,在近端終端還能作為遠端終端的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)使用,對于主控機方面,其主要工作就是管理、控制網(wǎng)絡(luò)通信,當采集到數(shù)據(jù)和節(jié)點后,要及時進行存儲和應(yīng)用,在這里PC是主控機,利用總線進行通信,芯片和RS標準電平不匹配,因此要使用芯片進行電平的轉(zhuǎn)換操作。對于接收機方面,無線系統(tǒng)在工作中會受到外部干擾、空間布局影響,致使終端節(jié)點不能直接和主控機進行通信,進而只能利用接收機作為中轉(zhuǎn)站。接收機有很強的處理能力,進行通信時,使用總線和主機就可以達到目的。對節(jié)點進行分析時,其就是一個無線數(shù)據(jù)接收和發(fā)射器,當接到上位機命令后,可以及時作出反應(yīng),在工作中要對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行采集,同時也要進行相關(guān)數(shù)據(jù)的處理。該系統(tǒng)可以對網(wǎng)絡(luò)進行自己管理、自己組織,但是該網(wǎng)絡(luò)一定要有統(tǒng)一的時鐘系統(tǒng),進而讓工作有條不紊。通常會把整個網(wǎng)絡(luò)分成5個時間段,廣播信號時間段、加入和退出網(wǎng)絡(luò)時間段、網(wǎng)絡(luò)同步時間段、點到點的數(shù)據(jù)交換時間段、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換申請時間段。

      3 科學(xué)對系統(tǒng)硬件的分析

      3.1 分析信號處理技術(shù)

      容柵一共有4根傳感器信號線,串行數(shù)據(jù)線(DATA)、時鐘線(CK)、地線(0V)、電源線(1.5V),通過控制信號線電平的高低,就可以讓傳感器達到不同的功能,例如對最小值的跟蹤、對最大值的跟蹤、對數(shù)據(jù)進行記錄和清零等。

      3.2 無線模塊

      使用A7102作為無線模塊,其可以應(yīng)用在單片射頻集成電路中,工作速率最高能達到160Kb/s,有很強的抗干擾能力。內(nèi)部還設(shè)置了硬件和地址碼控制,工作電壓在2.2~3.6V之間,耗能很低,在必要時可以進入休眠狀態(tài)。對模式進行切換時,操作時間不會大于228μs,進行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送可以達到64字節(jié),最大功率為+15dbm,在發(fā)射距離方面的優(yōu)勢明顯。

      3.3 硬件抗干擾

      該系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場經(jīng)常被使用,經(jīng)常會遇到電磁干擾,經(jīng)過技術(shù)人員的反復(fù)研究,發(fā)現(xiàn)應(yīng)用光耦技術(shù)可以有效隔離電磁的干擾,讓系統(tǒng)中的傳感器和單片機分開,提高設(shè)備運行的抗干擾能力。

      4 系統(tǒng)軟件

      4.1 數(shù)據(jù)采集

      每間隔250ms就會發(fā)送一次數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)在時鐘上升沿才會有效,否則都屬于無效數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中,設(shè)置了24位的二進制數(shù)據(jù),然后合理地分成六組,每組數(shù)據(jù)間隔都一致,數(shù)據(jù)是由低位到高位排列的。對于前五組數(shù)據(jù)而言,其單位都一樣,而在第六組數(shù)據(jù)中,還會涉及到公英制位和符號位。還要注意一點,零位的0表示正數(shù),而1用來表示負數(shù)。

      4.2 分析模塊控制技術(shù)

      業(yè)內(nèi)人士清楚,無線模塊共有兩種工作模式:FIFO模式和 Direct模式,利用寄存器中FMS可以進行設(shè)置,當設(shè)置為1時是 FIFO mode,當設(shè)置0時是Direct mode,通常會使用FIFO mode。在該模式下,射頻芯片可以自動對CRC 校驗碼和字頭進行處理,進行數(shù)據(jù)接收時,還可以自動去掉字頭和校驗碼。

      5 系統(tǒng)主程序設(shè)計

      系統(tǒng)主程序設(shè)計中,主要包含A7102軟件復(fù)位程序、數(shù)據(jù)收發(fā)程序、主程序、SPI寫操作程序、時鐘初始化子程序、SPI讀操作程序以及子程序,除此之外,還包括初始化子程序,其他功能子程序等,這些設(shè)備在工作中,對信息傳遞有很好的實時性,因該技術(shù)和其他信息傳輸技術(shù)相比,還是比較現(xiàn)進的。

      6 總結(jié)

      通過上述分析得知,該系統(tǒng)軟件運行穩(wěn)定,容柵傳感器能很好地完成其基本功能,和傳統(tǒng)通信方式對比,解決了野外測量的困難,降低了布線成本,在以后發(fā)展中使用范圍會更廣。

      參考文獻

      [1]李孝超,嚴高師.基于短距離無線技術(shù)的多功能位移測量系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器,2012,(1):43-45.

      [2]朱嶸濤,徐愛鈞,陳超.基于ZigBee的無線位移測量系統(tǒng)的設(shè)計[J].石油儀器,2011,25(2):1-3.

      [3]李艷芳,楊松,徐欣歌,等.基于像素差值的非接觸位移測量技術(shù)研究[J].機電技術(shù),2011,34(3):21-23.

      (作者單位:桂林市晶瑞傳感技術(shù)有限公司)

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