一种压力传感器的无线数据传输装置的设计

摘   要： 采用无线发射接收模块，结合单片机控制，设计一种压力传感器的无线数据传输系统。实际调试表明：性能达到了设计要求，传输距离达到几十米。

引言

在当今信息化时代，各种信息的感知、采集、转换、传输和处理的功能器件——传感器，已经成为各个应用领域，特别是自动监测、自动控制系统中不可缺少的重要技术工具。在有些领域由于条件所限，采用普通有线电缆引出信号是无法满足要求或者跟本无法实现的。近几年，无线通信技术取得了很大的进步，特别是数字电路和射频电路工艺的进步，使得无线通信更加经济、可靠。本文采用专用无线收发模块，设计了一种基于压力传感器的无线数据采集方案。

 

系统总体设计

本系统由数据采集发送、数据接收处理两部分组成。数据采集发送部分主要以单片机为核心，还包括传感器、信号调理电路、数模转换电路及数据发送模块。数据接收处理则是对接收到的数据进行数码显示。系统总体框图示于图1。

 

数据采集

该系统采集主要以Atmel公司的AT89C51单片机为控制处理核心，由它完成对数据的采集处理以及控制数据的无线传输。AT89C51单片机是一种低功耗/低电压/高性能的8位单片机，片内带有一个4KB的可编程／可擦除／只读存储器；其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容。信号条理电路主要是采用仪表放大器AD623对传感器采集到的微弱差分信号进行放大，AD623是美国ADI公司的一种低价格，高性能的仪表放大器。数模转换电路采用ICL7135将采集到的模拟数据转换为数字数据。它是四位半的双积分A/D转换器，具有精度高、价格低廉、抗干扰能力强的优点。

数据经过调理和数模转换送入单片机，单片机对接收到的数据进行处理，然后通过无线发射模块和接收模块将压力数据送入数码显示电路显示数据。

图1  系统框图

 

 

图2 发射电路

 

图3  接收电路

 

 

无线数据收发系统

收发系统由发射单元(图2)和接收单元(图3)两部分组成。工作原理是：单片机将4位并行数据输出至编码器PT2262，PT2262对4位并行数据进行编码，转换成串行信号送入发射模块F05C，通过天线发射出去；接收模块则是将收到的信号进行解调，然后送入解码器PT2272解码，解码出4位并行数据。

本系统采用了专用发射模块F05C和接收模块J04E，该对模块是专为这种编码电路无线传输而设计的低速数传模块。该模块采用SMT树脂封装，体积小巧，工作在315MHz频率上，可以长时间连续发送和接收。发射模块F05C采用声表谐振器稳频，频率一致性较好，免调试，特别适合多发一收无线遥控及数据传输系统。它具有较宽的工作电压范围及低功耗特性，12V为最佳工作电压，发射电流约5-8mA。而且F05C内含隔离调制电路消除输入信号对射频电路的影响,信号直接耦合,性能稳定编码信号可以直接连接到F05C的数据输入端。接收模块J04E采用独特的超再生电路结构，内含放大整形，输出数据信号可以直接至解码器，使用极为方便，是一种性价比较好的超再生模块。，J04E具有极低功耗，3V时只消耗0.2mA电流，可长期处于待机状态。

编解码器PT2262/2272是一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路。发送端PT2262输出12位编码，高8位为地址，低4位为数据。发送时以高位在前，低位在后的顺序逐次发送这12位码，其中地址码的逻辑状态为“0”，“1”，“悬空”，数据码的逻辑状态为“0”，“1”。接收端PT2272接收到的地址与自身设置的地址相同时，才将接收到的数据进行解码，并输出。

PT2262编码器的A0~A7引脚为地址引脚，每一位有三种逻辑状态：“1”，“0”，“悬空” ，任意组合可提供6561个地址码； D0~D3引脚为数据引脚，每一位有“0”，“1”两种状态; OSC1,OSC2为震荡器引脚，外接振荡电阻就可以产生振荡；TE引脚为发送使能端，给它一个低电平，就可以触发振荡器产生振荡，地址和输入的数据一起被编码，经DOUT引脚输出经调制的串行数字信号，8位地址码和4位数据码组成一个码字，A0为首位。PT2272是与PT2262配对的解码器，其中地址码A0~A7的设置必须与PT2262相同才能将接收到的数据锁存并输出；DIN为数据输入引脚，VT为有效输出解码有效确认输出端(常低)，解码有效变成高电平。PT2262每次发射时至少发射4组字码，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT引脚才输出高电平，与此同时接收到的数据D0~D3锁存并输出。

 

显示电路

为简化电路，降低成本，本系统采用动态扫描驱动。数码管的驱动包括位选驱动和段选驱动，段选驱动用段选线控制显示不同的字符，位选驱动用位选线控制显示器的某一位的亮暗。本系统采用P1口低4位驱动4位BCD锁存/译码/驱动器MC14543，MC14543的输出接LED的七段输入，直接驱动数码管。位选驱动采用反相器74LS04驱动，所以用单片机编程实现软件位扫描时，对共阴的数码管位选应进行反相赋值。显示过程为：(1)将数据送入MC14543中，经过译码驱动数码管；(2)将位选信号送入74LS04，反向后驱动显示器的某一位亮，并延时。(3)修改数据指针到下一个要显示字符并重复上述过程。

 

结语

本文介绍了一种基于压力传感器的无线数据采集发送方案，试验表明传输距离达到了几十米，它适合于不方便连线的测试及远程显示场合。