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一种高精度数据采集无线传输系统硬件设计

　2006年4月重庆大学学报（自然科学版

Apr.2006　第29卷第4期JournalofChongqingUniversity（NturlScienceEdition

Vol.29　No.4

　　文章编号:

1000-582X（200604-0009-03

一种高精度数据采集无线传输系统硬件设计

尧　鹏1

谢志江2

余中云

（重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆　400030

摘　要:

.该系统通过基于W77E58,采用无线传输方式快速传递数据,、高精度数据转换、程控放大..

关键词:

;数据采集;无线传输;电路设计　　中图分类号:

TP273

文献标识码:

　　数据采集系统是工程测试系统中常用的环节,通常由信号调理、A/D转换、数据存储、数据分析、显示等几个功能模块组成

[1]

.然而,由于具体工况千差万

别,对数据采集系统的要求也各有不同,上述数据采集系统并不能满足所有工程实践的需求.在需要对运动构件上被测设备的振动量进行采集从而监测其运行状况时.由于被测设备上的传感器安装位置不固定,使得用电缆直接引出信号变得很不可靠,甚至根本不可能,例如输煤系统移动设备

[2]

和炼钢厂的高炉上料小车

等.此种特殊的工况复杂、采集困难的场合下,可采用高速单片机来构建数据采集无线传输系统,不但可解决信号采集和传输的困难,同时还具有体积小、功耗低、数据传输准确可靠、成本低廉等优点

[3]

1　系统方案设计

根据W77E58单片机卓越的内部硬件结构和增强的数据传输处理功能,系统测试给定的技术要求以及实现较高速度的数据采集、数据无线传输、采用参数的查询及保存等功能要求;设计出基于华邦W77E58单片机的数据采集无线传输系统的总体硬件结构

[4]

系统硬件总体结构框图如图1

所示,系统由信号差分放大、程控五阶低通滤波、程控放大、A/D转换、

W77E58单片机核心处理单元、EPROM、高速缓存、无

线模块、上位机等主要功能模块构成.

图1　系统硬件总体结构框图

2　系统硬件设计

2.1　系统硬件选型

1CPU选型:

W77E58

W77E58是台湾华邦公司生产的与MCS51系列

单片机兼容的可多次编程的快速微处理器在它内部集成有32K的可重复编程的flashRAM、256字节的片内存储器、1K的用movx指令访问的SRAM、可编程的看门狗定时器、3个16位定时器、2个增强型的全双工串行口、片内RC振荡器、双16位数据指针等功能,支持多达6个外部中断源.采用全静态CMOS设计,在相同的指令吞吐量下比起普通的8051具有更好的节电性能.

2A/D芯片选型:

ADS7805

收稿日期:

2005-11-16

作者简介:

尧鹏（1979-,男,四川内江人,重庆大学硕士研究生,从事DSP及嵌入式计算机测控技术研究.

在现代的数据采集系统中,ADC的转换精度决定了仪器的转换精度.为了满足对数据采集精度的要求,系统采用了BB公司的16位高精度转换器ADS7805.

ADS7805性价比高,连续两次采样仅间隔10μs,

最高转换频率可达100kHz,芯片内部含有采样保持、电压基准和时钟等电路,简化用户电路设计的同时提高了系统的稳定性.ADS7805功耗低（最大功耗为100mW,转换精度高（最大线性误差±3.0LSB,16位无

误码,信噪比低（20kHz信号输入最小信噪比为86dB,转换结果由16位数据线并行输出,启动转换和

读取上次转换的结果可同时进行.

,为433/315/868载频.基于FSK的调制方式,提高了数据抗突发干扰和随机干扰的能力.可靠传输距离可达300m,标准配置提供8个信道.

4低通滤波芯片:

MAX280.数据缓存芯

片:

UT621024.2.2　硬件电路设计

系统硬件电路设计包括:

单片机核心电路设计、程控滤波电路设计、程控放大电路设计、A/D转换电路设计、数据缓存电路设计、无线发射接收模块与CPU接口电路的设计及系统工作参数保存电路设计.以下主要介绍A/D转换电路和CPU接口电路设计和使用MAX280构成的五阶低通滤波电路设计.

1A/D转换电路与W77E58的接口电路设计

系统中W77E58外接22.1184MHz的晶振,工作时钟控制模式选为×1,此时可将ADS7805的/CS脚接到W77E58的P15信号引脚,接单片机的P17口,而/BUSY信号只需连接到普通的输入输口P16即可

[5]

.图2是一个ADS7805与W77E58的典型接口电路.

2程控滤波电路设计

系统中,使用由模拟多路开关AD7502（由单片机控制选通和单片集成5阶巴特沃斯低通滤波器MAX280组成的4档程控低通滤波器

[6]

电路的工作

原理如图3所示.AD7502的A0、A1脚接单片机P0口的P0.0脚和P0.1,单片机的P0口输出不同的值,控制多路开关AD7502不同通道的接通,从而选择不同组合的电阻,使555振荡电路产生不同振荡的频率,这样就可以得到不同的低通截止频率

2图3　程控滤波电路原理图

3　系统基本工作原理

系统采用锂电池供电,传感器信号经由程控放大模块、程控滤波模块、然后通过A/D转换由W77E58拾取,存入数据缓存芯片,信号数据通过串口传递给无线传输模块进行发送,再由地面无线传输模块接受,并且通过串口送入上位PC机,进行时域波形显示,并可对数据信号进一步进行故障诊断和精密分析.

系统各个状态参数和工作参数,例如信号增益倍数和低通滤波截止频率等参数均可通过上位机进行程控修改,并且保存在EEPROM里面,便于电池更换之后恢复工作状态和程序查询当前状态.上位机同时也可将控制命令以无线传输的方式送到采样模块,实现对采样模块的各种控制.

系统可以根据需要对无线模块进行简单配置,以确定信道、接口方式和数据格式.DTD462的右上角有一组5位的短线跳线组（JP2,分别定义为ABCDE,假设跳线开路（不插短路器为状态1,跳线短路（插入短路器为状态0,则配置方法如下:

JP2的ABC3位跳线提供8种选择,可以通过ABC3位跳线选择使用0～7号信道,在1个通信小网中,只要ABC的跳线方

式相同,就可以相互通信.DTD462提供的8个信道可

01重庆大学学报（自然科学版　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2006年

满足8路信号的无线传输.本系统选择:

D=0（跳线短路接口方式为RS-232,E=1（跳线开路偶校验.

4　小　结

课题主要设计并且实现了一种以W77E58单片机为核心,采用A/D芯片和无线传输模块构成的高精度数据采集无线传输系统.系统将基于单片机的数据采集系统的应用领域作了一定程度的拓展.为无线网络化的数据采集系统的研究提供了有益的理论探索和工程实践,并做了相关应用技术和经验方面的积累.针对现场条件复杂、工况特殊、,,程实用意义.

参考文献:

[1]　沈兰荪.高速数据采集系统的原理与应用[M].北京:

人

民邮电出版社,1995.

[2]　王明峰.电厂输煤系统斗轮机无线数据采集系统设计[J].

中国电力,2002,35（10:

70-72.

[3]　KOSTASKALAITZAKIS.DevelopmentofaDataAcquisition

SystemforMonitorofEnergySystems[J].Measurement,2003,34:

75-83.

[4],王汉功.[J].

（4-35.

].转换器ads7805及其应用[J].

1999,36（3:

50-52.

[6]　严楣辉.集成运算放大器分析与应用[M].成都:

电子科

技大学出版社,1992.

Electro2circuitDesignAbouttheDataAcquisitionand

WirelessTransmissionSystemBasedonHigh2speedSCM

YAOPeng1

XIEZhi2jiang2

YUZhong2yun

（StateKeyLaboratoryofMechanicalTransmission,ChongqingUniversity,Chongqing400030,China

Abstract:

Consideringthedifficultofacquiringandtransmissionthesignalfromthemovingequipment,anewfaultdiagnosismonitoringsystemispresented.Thesystemacquiresthestatesignalfromthemovingequipmentbydataacqui2sitionmodulethatbasedinW77E58high2speedSCM,andtransmitsthedatafastbywirelessmode.Thesignaldatacanbeuseforfaultdiagnosisandpreciseanalysis.Thesystemhastheabilityforacquiringabundanceofdatawithahighspeed,theabilityforhighaccuracydataconversion,andhasafunctionofprogrammecontrollinggainandprogrammecontrollinglow2passfiltering.Thesuccessfulapplicationofthissystemonthevibrationmonitoraboutthematerial2trans2portingbogieinanironworksofadomesticsteelenterpriseprovesthestabilityandcredibilityaboutthedesignproject,alsotestifiesitspracticalvalueandversatility.

Keywords:

SCM;dataacquisition;wirelesstransmission;electro2circuitdesign

（编辑　成孝义

1第29卷第4期　　　　　　　　　　尧　鹏等:

　一种高精度数据采集无线传输系统硬件设计

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