基于ADuC841的數據采集及無線收發(fā)系統(tǒng)
作者:谷宗冉,孟立凡,王華斌
來源:電子設計工程
日期:2010-01-11 11:11:58
摘要:傳統(tǒng)的測控現場都是通過有線方式發(fā)送、接收數據。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的數據采集及無線收發(fā)系統(tǒng)的設計方案。
1 引言
傳統(tǒng)的測控現場都是通過有線方式發(fā)送、接收數據。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的數據采集及無線收發(fā)系統(tǒng)的設計方案。
2 數據采集部分的設計ADuC841采集系統(tǒng)由模擬多路開關、溫度傳感器、采樣保持電路、12位逐次逼近A/D轉換器、+2.5 V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。當ADuC841采用內部參考電壓時,其有效輸入范圍為0~+2.5 V。ADuC841可工作在-40℃~+85℃的工作級溫度范圍內,有3 V和5 V兩種供電方式。該A/D轉換器模塊包含8通道12位、單電源供電A/D轉換器,其采樣頻率最高可達420 kS/s(2.38μs),在要求高速數據采集的應用中,為防止A/D轉換器采樣結果丟失,可采用DMA模式。ADuC841微控制器A/D轉換器共有3個控制寄存器:ADCCON1~ADC-CON3,其運行模式、轉換和采集時間完全取決于這3個控制寄存器的設置。其中控制寄存器ADCCON1控制A/D轉換器轉換和采集時間、硬件轉換模式及掉電模式:控制寄存器ADCCON2設置A/D轉換器通道及轉換模式;而控制寄存器ADCCON3控制各種校準模式和指示A/D轉換器忙狀態(tài)。圖1給出數據采集電路。
3 無線收發(fā)部分的設計
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:ISM(工業(yè)、科學和醫(yī)學)頻道,內部集成有頻率調制器、帶解調器的接收器、功放、晶體振蕩器和調節(jié)器。nRF905主要特點:頻道間的轉換時間小于650 μs。工作電壓為1.9~3.6 V,32引腳QFN封裝。自動產生前導碼和CRC校驗碼,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個引腳設置決定。圖2為nRF905發(fā)射模塊電路。
在實驗室中對該系統(tǒng)設計進行測試。其中一個應變對應0.002 mV,A/D轉換器的參考電壓為2.5 V,測試中分別選取100、300、1 000不同的微應變時所對應的電壓值,然后進行無線發(fā)射。實際測量結果見表1所示,由表1可看出:3次測得值均在允許的誤差范圍內,無線數據的發(fā)送和接收完全相同,滿足實際工程應用標準。
數據采集在工程實際中應用廣泛,設計種類多種多樣。該數據采集系統(tǒng)采用ADuC841單片機和nRF905單片射頻收發(fā)器設計,實現了數據采集以及實時發(fā)送,整個系統(tǒng)設計簡單,數據傳輸穩(wěn)定,便于遠距離測量。
傳統(tǒng)的測控現場都是通過有線方式發(fā)送、接收數據。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的數據采集及無線收發(fā)系統(tǒng)的設計方案。
2 數據采集部分的設計ADuC841采集系統(tǒng)由模擬多路開關、溫度傳感器、采樣保持電路、12位逐次逼近A/D轉換器、+2.5 V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。當ADuC841采用內部參考電壓時,其有效輸入范圍為0~+2.5 V。ADuC841可工作在-40℃~+85℃的工作級溫度范圍內,有3 V和5 V兩種供電方式。該A/D轉換器模塊包含8通道12位、單電源供電A/D轉換器,其采樣頻率最高可達420 kS/s(2.38μs),在要求高速數據采集的應用中,為防止A/D轉換器采樣結果丟失,可采用DMA模式。ADuC841微控制器A/D轉換器共有3個控制寄存器:ADCCON1~ADC-CON3,其運行模式、轉換和采集時間完全取決于這3個控制寄存器的設置。其中控制寄存器ADCCON1控制A/D轉換器轉換和采集時間、硬件轉換模式及掉電模式:控制寄存器ADCCON2設置A/D轉換器通道及轉換模式;而控制寄存器ADCCON3控制各種校準模式和指示A/D轉換器忙狀態(tài)。圖1給出數據采集電路。
3 無線收發(fā)部分的設計
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:ISM(工業(yè)、科學和醫(yī)學)頻道,內部集成有頻率調制器、帶解調器的接收器、功放、晶體振蕩器和調節(jié)器。nRF905主要特點:頻道間的轉換時間小于650 μs。工作電壓為1.9~3.6 V,32引腳QFN封裝。自動產生前導碼和CRC校驗碼,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個引腳設置決定。圖2為nRF905發(fā)射模塊電路。
在實驗室中對該系統(tǒng)設計進行測試。其中一個應變對應0.002 mV,A/D轉換器的參考電壓為2.5 V,測試中分別選取100、300、1 000不同的微應變時所對應的電壓值,然后進行無線發(fā)射。實際測量結果見表1所示,由表1可看出:3次測得值均在允許的誤差范圍內,無線數據的發(fā)送和接收完全相同,滿足實際工程應用標準。
數據采集在工程實際中應用廣泛,設計種類多種多樣。該數據采集系統(tǒng)采用ADuC841單片機和nRF905單片射頻收發(fā)器設計,實現了數據采集以及實時發(fā)送,整個系統(tǒng)設計簡單,數據傳輸穩(wěn)定,便于遠距離測量。