一种智能无线数据采集系统的设计与实现

1、第44卷2008年第2期V01.442008N0.2西北师范大学学报(自然科学版Journal of Northwest Normal University(Natural Science57一种智能无线数据采集系统的设计与实现余乾顺1,马胜前h,张光南12,胡玫1(1.西北师范大学物理与电子工程学院。甘肃兰州730070I2.宝鸡文理学院计算机科学系,陕西宝鸡721007摘要:提出了一种基于PC机控制的智能无线采集系统设计的新方法.利用A/D转换芯片采集数据,选用编解码芯片实现对数据的无线发送和接收,利用串口实现PC机与接收端单片机之间的通信,可实现对采集点进行单点循环或多点循环采集,并显示

2、与保存采集到的数据.关键词:无线传输;数据采集;单片机;A/D转换中围分类号:TM935.3文献标识码:A文章编号:1001988X(200802一0057一04Design and implement and wireless data of a kind of intelligent1'CO儿eCtlng SyStemSHE Qianshunl,MA Shengqianl,ZHANG Guang-nanl”,HU Meil(1.Co儿ege of Physics and Electronic Engineering,Northwest Normal University,Larlz

3、hou730070,Gansu,China;2.Department of Computer Science,Arts and Science of Baoji University,Baoji721007,Shaanxi,ChinaAbstr扯t:This paper introduces a kind of new design method of a intelligent and wireless data collecting system which is controlled by PC.Making use of the ADC chip to collect the data

4、,selecting coding and decoding chip to wireless send and receive the data,using the serial port to carry out the communication of PC and the microcontroller on the receiving side.It can carry out the collection of singlepoint circulation or the multiplepoint circulation to the collecting data,also c

5、an display and save the collected data.Key words:wireless communication;data conecting;microcontroller;ADC在现有的无线传输采集系统中,通常采用专用的无线传输模块来实现对数据的一对一无线传输1.3,可以实现对单一采集点进行定点数据的无线采集.编解码芯片价格较低,大多数应用在无线报警与遥控系统中,但也有学者利用编解码芯片设计了对单点数据的无线采集5.为了能够实现对多点数据的无线采集,笔者研究设计了一种智能无线数据采集系统,利用A/D转换芯片ICL7135对模拟数据进行采集,应用编解码芯片PT2

6、262/PT2272实现对数据的四位并行无线传输,通过PC机控制选择采集点并处理采集到的数据.1系统组成及工作原理系统组成框图如图1所示,主要由数据的无线采集、无线接收、前端处理模块以及PC机四部分组成.此系统无线收发是一个单向的过程,在软件里进行了数据同步与错误校验处理.无线采集模块主要完成对数据的采集并无线发送:由单片机AT89C51控制A/D转换器将模拟信号转换成数字信号,再经由编码芯片PT2262所组成的无线发送电路每次并行无线发送四位数据.无线接收模块由解码芯片PT2272及外围电路组成,解码出无线发送的数据.前端处理模块由单片机AT89C52与串收稿日期:20070529;修改稿收

7、到日期:200710一24基金项目:西北师范大学科技创新工程资助项目(NwNUKJCXGC03-24作者简介:佘乾顺(1983一,男,湖南邵东人,硕士研究生.主要研究方向为计算机测量与控制、嵌入式技术. *通讯联系人,E-mail:s.牛ma58西北师范大学学报(自然科学版Journal of Northwest Normal University(Natural Science第44卷V01.44匿塑哪摔制罔苎蓁国冀p 匡匠砬.1惨同块I2系统软、硬件设计,”?二1.2.1无线采集模块设计2.1.1采集部分本系统采用四位半双积分A/D转换芯片ICL7135,最大采集值为19999,最小分辨力

8、为100V.准确度达±1个字.采用BCD码扫描输出,土5V供电,工作电流为3mA,而且只要求单一外接基准电压.可自校零,保证Vi。一oV时读数为零.可以提供超量程和欠量程信号.当时钟频率为200kHz时,转换速度为3次/s.7135与单片机的接口电路如图2所示.将单片机ALE端的信号经过D触发器8分频后得到频率为250kHz的时钟信号,连接到7135的CLK 端.其软件设计如图3所示,采用查询方式对数据Fig 1system diagram of compose进行读取.IUUKUz100垃BFoUT|I J¨r 5AUToO 2AP一_=旦47心lI4INToUT LI一

9、i躲_争BUSY 厂-QY巨&22UNFRNG rPoL 23OVRNG PO 43B417PoL71毕P0552Y4B315PoL B816CRFRl广PO 672Y3B213UND B4l 5BS CRF+2Y2B111oVFRB214B4PO 79刖8113B2CLK22(cI.K>Bli陟兰一100kQvi2Yl2GALGCoMn 1uFPo 312A48B8P2l 12D5INP0214lY4A36B4P2217D4IN+10POl161Y3A24B2P2518D3RFF 21Y2Al2BlP2319D2STRB26P20世lPOO18扣LP2420DlR/_25P26

10、一,出I1Yl1G图2lCL7135与单片机接口电路图Fig 2Interface between ICL7135and microcontroller图3数据采集子程序流程图Fig 3Subprogram flow chart of collecting data2.1.2无线发送部分无线发送电路如图4所示.此系统必须给每个采样点设置不同的地址码,这样便于对各采集点的数据进行分类和处理.其中PT2262的A。A7为地址码,可设成置1、置O或悬空3种状态.地址编码不重复度为656l组,这样在理论上此系统可安装6561个采集点.这里只用到了两种状态,即置1或置O,这样可实际安装的采集点最多为25

11、6个.DoD。为数据码,每次传送四位二进制数据,编码信号从Do。,输出,再经过放大和315MHz高频调制后无线发送出去.软件设计如图5所示.由于ICL7135采集的数据是以BCD码形式输出的,对应的无线发送也采用BCD码形式,这样每一组完整的数据包含有个位、十位、百位、千位和万位.为了解决数据同2008年第2期2008N0.2佘乾顺等:一种智能无线数据采集系统的设计与实现Design and implement of a kind of intelligent and wireless data collecting system59步与出错问题并保证1组数据的完整性,一方面引入了1个起始同步

12、码1111,由于发送的数据都是BCD码,这样就能和数据区别开来.在发送1组数据之前先发送同步码,然后分别发送万位、千位、百位、十位和个位.另外,由于万位数据只包含2个有效位,即一位符号和一位数据,所以在万位数据中引入了两位万位标志11,这样就可以连续两次判断1组数据的开端.在发送个位数据以后,还发送1次包含有个位、十位、百位。千位、万位这五位数据的累加和,便于接收端判断这1组数据传输是否正确.图4无线发送电路图Fig4Circuit of wireless sending图5无线发送数据子程序流程图Fig5Subprogram flowchart of wireless send data 2

13、.2无线接收电路设计无线接收从工作方式可分为超外差式接收和超再生式接收.在这里所设计的接收模块为超再生型接收方式,它内含放大整形及解码电路,使用极为方便.其电路原理图可参考文献5.在接收模块电路中,天线是一根长度为23cm 的软导线,PT2272外接的振荡电阻为200kQ,可以和发射端PT2262外接的1.2MQ电阻匹配,使得中心频率在315MHz.通过单片机AT89C52的P2口来设置PT2272的地址码A。A,这样通过改变P2口的输出即可实现选择接收不同采集点的数据.PT2272的数据解码端D0D3与单片机的P1口(O3连接.在此系统中设计了如图6所示的电路来判断数据是否解码完毕,PT22

14、72的17脚为解码有效输出端,如果解码完毕则产生中断,单片机开始读取数据.软件设计如图7所示,先判断出1组数据的开端,然后按顺序接收本组数据,最后还有一次累加,判断接收的这组数据是否正确,这样就大大保证了数据传输的正确性.LSl4LS04图6中断信号产生电路图Fig6Circuit of intermit signal produce坚型一一一圃=二至2三一l读数据I亘运岁否为起始标志岁立/匝童困磊嘉渺丛是否为万位?=一读数据I=工=堡查墼堡I.一累加数据l=王位是否读完!读五位数据的累加和三蕊鼍掣豳u叫图7接收子程序流程图Fig7Subprogram flow chart of receiv

15、e60西北师范大学学报(自然科学版Journal of Northwest Normal University(Natural Science第44卷V01.442.3单片机与PC机通信设计单片机与PC机之间的通信通过RS一232电平转换芯片MAX232来实现,其硬件接口电路和软件设计可参考文献6.PC机运行的操作平台如图8所示,可选择只接收1个采集点或者多个采集点的数据,还可以设置循环采集次数.设置好这些参数以后,通过串口通信将这些采集点的数字代码和采集次数传送给接收模块的单片机进行识别和处理,对应去控制接收模块PT2272的地址码和循环接收的次数.在接收到一次采集到的数据后,将这个数据和对

16、应采集点的数字代码传送给PC机,然后又重新开始采集.这样循环进行一直到完成所有的任务为止.若选择了保存数据到文档选项,当显示区的数据达到这个列表的最大容量或者在点击采集结束这个按钮时,这些数据将自动以记事本的形式保存到预先设置好的目录下.图8数据采集控制平台Fig8Control panel of collecting data3结论经实验,所设计的系统完全能够正常工作.最多可设置256个采集点,只需要配置好一个接收模块,通过操作PC机上的控制界面即可实现对采集点的控制和保存采集到的数据,便于进一步的处理.此系统各个采集模块都可以无线安装,避免了布局布线复杂麻烦的困难,结构简单,准确率高,调试

17、方便,配置灵活,扩展性强,而且成本低,使用方便,能够广泛适用于各种数据采集.参考文献:1李春杰,王天庆.无线传输通讯模块在数据采集系统中的应用J.国外电子测量技术。2005(6:1719.张春峰.McU架构下温湿度无线采集监控系统J.电子技术.2005(9:3437.苏长赞.一种简单数据采集无线传输系统的设计与实现口.仪表技术。2007(2:810.陈龙,秦会斌,周庆华.可编程无线电遥控多通道开关系统的设计J.半导体技术.2004,29(9:60一64.何小映,杜永平.一种温度无线传输系统设计J.现代电子技术应用。2006(15:119120.石东海.单片机数据通信技术从入门到精通M.西安:西

18、安电子科技大学出版社,2002.(责任编辑孙晓玲 23456rL一rrL r- 一种智能无线数据采集系统的设计与实现作者:佘乾顺, 马胜前, 张光南, 胡玫, SHE Qian-shun, MA Sheng-qian, ZHANG Guang-nan, HU Mei作者单位:佘乾顺,马胜前,胡玫,SHE Qian-shun,MA Sheng-qian,HU Mei(西北师范大学,物理与电子工程学院,甘肃,兰州,730070, 张光南,ZHANG Guang-nan(西北师范大学,物理与电子工程学院,甘肃,兰州,730070;宝鸡文理学院,计算机科学系,陕西,宝鸡,721007刊名: 西北师范大

19、学学报(自然科学版英文刊名:JOURNAL OF NORTHWEST NORMAL UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE年,卷(期:2008,44(2引用次数:0次参考文献(6条1.李春杰.王天庆无线传输通讯模块在数据采集系统的应用期刊论文-国外电子测量技术 2005(62.张春峰MCU架构下温湿度无线采集监控系统期刊论文-电子技术 2005(93.苏长赞一种简单数据采集无线传输系统的设计与实现期刊论文-仪表技术 2007(24.陈龙.秦会斌.周庆华可编程无线电遥控多通道开关系统的设计期刊论文-半导体技术 2004(95.一种温度无线传输系统设计期刊论文-现代电子技术 2006

20、(156.石东海单片机数据通信技术从入门到精通 2002相似文献(10条1.学位论文张玉真数据采集蓝牙无线传输模块研制2004蓝牙技术是近年来发展迅速的短距离无线通信技术,可以用来替代数字设备间的有线电缆连接,在移动电话和计算机外设等领域有着广阔的应用前景.利用蓝牙技术构建数据采集无线传输模块,可以减少系统间的电缆连接,具有携带方便、应用灵活等优点,除了应用于各种普通场合外,还可以应用于各种临时监测和野外操作的场合,因此在工矿、企业具有广泛的应用前景.论文首先对数据采集无线传输系统作了简单的介绍,给出了数据采集无线传输系统的组成、数据采集模块的现状及应用和现阶段的无线通信技术.接着介绍了蓝牙技

21、术,给出了蓝牙技术的特点、蓝牙模块的结构示意图以及蓝牙技术的应用场合.在此基础上提出了该课题利用数据采集芯片ADuC812和蓝牙模块ROK 101 008所研制的数据采集蓝牙无线传输模块的系统方案,详细地叙述了各部分硬件电路的设计、软件程序流程的设计和蓝牙通信流程及指令分析.最后给出了数据采集蓝牙无线传输模块硬件、软件和系统调试的方法和结果.该数据采集蓝牙无线传输模块与数据分析软件相结合,已完成软件和硬件的设计、制作和调试工作.调试结果表明该模块可以实现8通道不同模式(连续模式、点检模式等的数据采集和2通道PID控制功能,数据采集速率最高可达150kHz,数据传输速率最高可达721kbps,具

22、有很强的实用性.因此该模块有望应用于各工矿企业.2.期刊论文何志敏.梅大成.谭文学一种基于无线传输的分布式数据采集和控制系统-现代电子技术2004,27(19 以AT89C2051单片机为核心,采用运算放大器LM324、TLC1549 10 b串行A/D转换器和深圳友讯达公司生产的FC-201E无线数传电台,实现了把从多路传感器采集来的信号,经过一系列的处理传到PC机上,从而构成了由单片机和PC机组成的分布式数据采集和控制系统.3.学位论文余子全校园“一卡通”数据采集无线传输嵌入式终端设计与实现2008校园“一卡通”在现代大学中的应用非常广泛。其典型应用之一就是教职员工的上下班考勤。在东华大学

23、,教职员工每天上下班基本上都乘坐校车,所以在校车上部署了用于考勤的校园“一卡通”读写机具。但是这种机具只具备采集校园“一卡通”数据的功能,而不具备把采集的数据传输到后台服务器的能力。完成这种功能必须依靠人工。实践表明,这种方式存在诸多弊端,效率低下。为了切实改善这种情况,我们提出了“基于无线传输的校园一卡通数据采集系统”作为解决方案。该方案采用无线通信网络作为传输手段,解决了目前存在的问题。本文所讨论的内容作为该课题的一个子课题,论述了其中的一个关键部分的设计与实现校园“一卡通”数据采集无线传输嵌入式终端。作为目前使用的校园“一卡通”读写机具的替代品,这种终端不仅能采集校园“一卡通”数据,而且

24、可以通过无线通信网把采集的数据传输出去。我们把终端部署在每辆校车上,又在停车场部署了一个嵌入式基站。这样,当校车行驶到停车场附近时,终端就会自动地把采集的数据通过无线网络传递给基站,再由基站通过有线网络传递给后台主机。本文结合具体的应用需求,论述了校园“一卡通”数据采集无线传输嵌入式终端的设计与实现过程。先介绍了课题的背景和我们提出的整体解决方案,以及本课题所涉及的领域的研究状况。接下来,我们从终端的硬件设计入手,详细描述了目标板的设计过程,从硬件系统框图设计到原理图设计,再到PCB布线图设计都逐一作了介绍,并给出了目标板的实物图。在介绍终端的嵌入式软件设计时,我们以实际的软件开发流程为顺序,

25、详细阐述了终端软件的分析建模、架构设计和详细设计过程,并着重介绍了软件中关键部分的实现。最后,对全文作了总结,并对系统的应用前景和今后的工作进行了展望。校园“一卡通”数据采集无线传输嵌入式终端已经基本实现,经测试表明,该系统运行稳定。运行结果证明该系统设计方案是可行的,具备了一定的实用性,而且对于其它类似的系统来说,也是一个非常好的范例。基于无线传输的校园“一卡通”数据采集系统的设计与实现,将从根本上改变目前东华大学人工传递“一卡通”数据的局面。自动的数据采集、传输流程带来的将是效率的提升和人力资源的节省。4.期刊论文孙铁强.闫兴龙数据采集及基于GSM网络的数据无线传输-电测与仪表2004,4

26、1(12介绍了用8位单片机控制的数据采集及基于GSM网络的数据无线传输系统.硬件电路采用模块化的设计思想,在实际应用中可以对各个部分进行选择组合,同样,使用C语言编写的应用程序的可移植性和伸缩性也非常强,可以根据外围电路的不同而增减相应程序功能模块.文中介绍了三种类型信号数据的采集方法及数据无线传输方式.5.学位论文王国防基于nRF24E1的数据采集及无线传输系统的研究2009在现代生产生活中,环境条件中的温度指标是许多场合的重要参数。在许多场合都需要对温度参数进行监测,以做出相应处理,使设备和系统运行在最佳状态。因此,研制可靠且实用的温度监测系统意义非常重大。随着无线传输技术的迅速发展,短距

27、离无线通信技术被越来越多的应用到各种不适合布线的场合，给人们带来了极大的便利。基于此，本文提出以nRF24E1射频芯片为核心，构建无线温度数据采集系统，并对该无线传输系统进行了深入 研究。通过本系统，可以方便迅速地采集到距接收端30m内任意位置的温度数据，可适用多种场合的应用。 本研究以射频收发芯片nRF24E1为核心，以模块化设计为指导思想，构建无线数据采集系统。该系统由采集模块和无线传输模块两部分组成。数据采 集模块以数字式温度传感器DS18820检测温度数据，然后将检测到的数据经简单处理后通过nRF24E1射频模块发送出去。通过对所选温度传感器DS18820和 MCU等电子元器件的结构分

28、析，以及各元器件的电气特性要求，结合PCB设计原则和各种经验，设计出合理的采集端硬件电路，并编制相应软件进行控制 。同样，无线传输模块通过nRF24E1芯片收发数据并进行处理。由于nRF24E1是一种集成有MCU的射频芯片，所以它具备数据处理、射频收发、自动CRC校 验等功能。nRF24E1芯片集成度高，所需外围元件少，所以硬件电路设计相对简单。围绕无线传输模块编制的相应软件和采集模块软件相互配合，共同管 理整个系统的正常运行。无线传输的接收端设计有MAX232接口，可通过RS232直接将采集到的数据送PC机显示或存储，也可通过nRF24E1自带的SPI接口将 采集数据传送到ARM7芯片上，进

29、行协议转换后送入以太网，以实现远程监控。 通过试验和调试证实，该数据采集系统满足短距离无线通信要求，采集数据速度快，结果准确可靠。这样一个高速、方便的数据采集和传输系统在 现代工业和科研领域具有普遍的应用价值。 6.期刊论文 蒋念平.黄文杰.JIANG Nian-ping.HUANG Wen-jie 基于无线传输的数据采集系统及智能管理 -微计算 机信息2009,25(22 针对传统分布式数据采集系统在数据传上存在的困难.提出一种基于SMS短信交互的无线传输解决方案.应用嵌入TC35i模块,通过GSM公共无线网络实 现现场数据采集模块与远程管理系统的互联,以实现异地监控管理功能.为使现场监控的

30、智能化,提出了一种"智能专家库"的系统监控方案. 7.学位论文 孙海英 基于双无线传输的手持式信息终端关键技术研究与实现 2009 手持终端是嵌入式领域的重要应用方向，特别是在检测、通信和信息采集等领域。终端对现场多媒体信息的采集和实时的无线传输可以为下一步的 执行做好充分的准备，在实际工作和生活中占有重要的地位。本设计构建一个通用的双无线多媒体信息采集平台，实现了其中的图像、语音、信息化辅 助管理和双无线模式的信息传输等关键技术。 为了将设计应用化，本论文以城市管理城管人员的手持设备应用为例进行应用设计。针对城管执法中存在的信息采集不全、传输不实时以及对执法 过程缺乏监督

31、与反馈问题，本文从技术层面上提出了一种手持式城管督察信息终端解决方案。 本论文针对城市管理信息化所需要的一个重要现场信息采集设备：即手持式城管督察管理信息终端，所需具备的主要功能、硬件平台以及关键实现 技术进行了研究，并对这些技术进行了实现论证，为进一步进行该设备的实用化开发打下基础。 在本设计中，首先构建了基于PXA270的嵌入式开发环境；然后在PXA270硬件平台客户端上实现了图像采集模块、语音采集模块、信息化辅助管理模 块以及操作界面的图形化和中文化模块。在服务器端实现了远程监督模块，文件显示功能模块。其中，为便于数据采集的实时传输，在客户端和服务器 端之间采用GPRS和WLAN两种方式

32、实现了数据采集的无线传输。 本设计完成了预定目标，利用嵌入式和Linux技术，对解决城管执法中的信息采集不全、不能实时传输、缺少监督和反馈问题进行了技术上的论证和 实现。尽管本设计针对的是手持式城管督察信息终端的设计与实现，但所研究和论证的主要技术方案也可用于其它应用领域的手持终端设备中。 8.期刊论文 王秀玉.毕雪杰.戴金英 论管线地理信息数据采集发展过程 -城建档案2009(6 本文介绍了管线地理信息数据采集的发展过程,以及对未来管线数据采集发展方向的介绍,使得管线数据采集的方式更便捷,通过无线传输技术实现数 据采集与管线GIS系统实时通讯,使得系统数据的管理更方便. 9.学位论文 张志勇 智能康复器械运动参数测试及无线传输系统研究 2007 智能康复器械运动参数测试仪是高档健身与康复器械的关键部件，能够实时、准确地测量用户的相关运动参数和生理参数，对肌肉损伤或残疾病人 的临床诊断和康复训练具有重要意义。 本课题来源于实验室承接的德国“DAVID FITNESS & MEDICAL”公司的研发项目。针对原测试盒功能简单、与PC机接口方式单一等问题，研制了一种 智能康复器械运动参数测试及无线传输系统，主要功能是采