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新型无线传感器遥测系统设计方案

2011年09月26日 11:44 次阅读

  1引言

  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。

  

新型无线传感器遥测系统方案流程图

 

  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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发表于 2013-02-27 13:49 1932次阅读
智慧医疗终端方案及应用详解

无线传感器网络路由协议的研究与改进

 无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Network)是传感器、通信和计算机3种技...

发表于 2012-11-30 11:41 729次阅读
无线传感器网络路由协议的研究与改进

凌力尔特推出最低功耗IEEE802.15.4E兼...

凌力尔特公司Dust Networks产品部推出SmartMesh LTC5800 (片上系统) 和...

发表于 2012-10-17 10:08 920次阅读
凌力尔特推出最低功耗IEEE802.15.4E兼...

无线传感器网络节点硬件的模块化设计

随着人们对于环境监测要求的不断提高,无线传感器网络技术以其投资成本低、架设方便、可靠性高的性能优势得...

发表于 2012-08-14 11:02 914次阅读
无线传感器网络节点硬件的模块化设计

一种快速可靠的无线传感器网络路由

无线传感器网络(wireless sensor networks,简称WSNs)是当前在国际上备受关...

发表于 2012-08-07 15:11 389次阅读
一种快速可靠的无线传感器网络路由

无线压力传感器在油田中的应用

昆仑海岸的无线通讯油井监控系统在华北油田得到了完美的应用,这不仅仅是一个简单的系统应用,更是对国内厂...

发表于 2012-06-07 15:22 1037次阅读
无线压力传感器在油田中的应用

基于无线传感器网络的空气质量监测站的设计

本文利用现在无线传感器网络和GPRS网路来设计空气质量监测站,介绍了监测站的基本结构、传感器节点和网...

发表于 2012-05-28 14:45 747次阅读
基于无线传感器网络的空气质量监测站的设计

一种以NRF9E5为核心的无线传感器网络监测系统...

利用计算机、传感器技术和无线通信,本文设计了用于PCB电镀电流检测的无线传感器网络监测系统。该监控系...

发表于 2012-05-24 10:47 375次阅读
一种以NRF9E5为核心的无线传感器网络监测系统...

基于EM250技术的ZigBee无线传感器网络解...

ZigBee协议是一种低成本、低功耗、低速率嵌入式设备互相间及与外界网络通信的组网解决方案,它是Zi...

发表于 2012-05-18 10:45 996次阅读
基于EM250技术的ZigBee无线传感器网络解...

大规模传感器网络应用面临的问题

无线传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络,其目的是协作地感知、采集...

发表于 2012-05-14 11:37 698次阅读
大规模传感器网络应用面临的问题

基于无线传感器网的智能交通信号控制设计

发表于 2011-08-11 09:17 1481次阅读
基于无线传感器网的智能交通信号控制设计