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新型无线传感器遥测系统设计方案

发布时间:2020-07-21 18:24:56 阅读: 来源:色精厂家

1引言

本文引用地址:近年来,随着无线通信技术的成熟,无线传感器遥测系统呈现出其巨大的优越性。遥测系统在于实现远距离的温度等参数测量,以解决被测地点与仪表室或控制室距离较远,或被测参数地点有害人身安全的问题。本系统利用基于射频芯片CC2420和单片机AT89S53为核心的无线传感器硬件节点设计了一种简单、数据传输精度高、抗干扰能力强的新型遥测系统,本系统主要用于有强电场、强磁场干扰且不便于近距离测量的场合。本文以遥测温度为例来说明设计思想。

2 系统总体方案

系统主要有四部分组成:数据采集部分;数据处理部分;无线通信部分;接收显示部分。其中数据采集部分由传感器、信号调整电路、光电隔离及A/D转换组成。接收显示电路部分由解码器、七段码译码器、十进制计数器、驱动器、数码显示电路等组成。发送电路中采用了编码器,在接收电路中相应增加了解码器,从而有效控制了由无线信道噪声或干扰造成的差错,同时也扩展了射频电路发送数据的容量。系统设计所选用的器件都具有较强的抗干扰能力,能够适用于有强电场、强磁场干扰的工业场合。

本系统是一种通用的遥测系统,只要变换不同的传感器,并调整调理电路结构及参数,修改计算处理软件程序,就可以达到遥测各种测量参数的目的[4]。本设计中,选用的无线通信芯片是CC2420,单片机是AT89S53。系统总体方案流程图如图1所示。

图1 系统总体方案流程图

3系统软硬件设计

3.1 硬件设计

3.1.1数据采集单元设计

本系统选用HD01系列温度变送器。它是一种将温度传感器(热电阻和热电隅信号),经全隔离放大转换成标准的直流信号,从而实现对被测信号精确测量的仪器。该变送器输入、输出、电源三方全隔离隔离,抗干扰能力强,且输入、输出选择范围宽,对应温度范围-200~1600℃内各量程,准确度高,电源可选择,导轨安装便于检测与维护。

温度变送器可对传感器的数据进行处理,包括对测量信号的调理(如滤波、放大等)、数据显示、自动校正和自动补偿等。它能把传感器检测的电信号变成4~20mA的直流信号。信号调整电路负责把温度传感器的4~20mA的标准电流信号转换为电压信号,最简单的方法是在输出端串联一个电阻,但这样的电压零点信号不是0V,所以一般采用I/V转换器,本系统采用了RCV420变换器。

现场传感器与A/D转换器之间的模拟信号的线性传送,可用光耦的这种线性区对模拟信号进行隔离。电耦合器隔离性能好,输入端与输出端实现了电隔离;光信号单向传输,输出信号对输入端无反馈,可有效阻断电路或系统之间的电联系,但并不切断他们之间的信号传递;光信号不受电磁干扰,工作稳定可靠;抗共模干扰能力强,能很好地抑制干扰并消除噪音。耦合器因为其独特的原理和结构特点特别使用于有强电场、强磁场干扰的场合。本系统采用Agilent公司的光耦HCNR201。

A/D芯片是系统的核心器件之一,测量的精度主要取决于A/D转换器的准确度。本系统采用了MC14433,它具备零漂补偿和采用CMOS工艺制造的3 1/2位单片双积分A/D转换器,具有外接元件少,输入阻抗高,功耗低,抗干扰能力强,电源电压范围宽,精度高等特点,并且具有自动校零和自动极性转换功能。由于它的低速转换,因此只能对一些变化缓慢的物理参数如温度、持续压力和拉力进行转化。其采用字位动态扫描BCD码输出方式,即千、百、十、个位BCD码分时在Q0~Q3轮流输出,同时在DS1~DS4端输出同步字位选通脉冲,读书直观,应用于各种仪器仪表。

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