无线数据采集系统的设计方案

摘　要：在工业控制领域，常常需要采集大量的现场数据，然后传输给主机进行处理。而目前数据传输通常使用的是RS485或者是CAN等网络。这些网络均基于有线传输，他们在使用中不仅要考虑成本因素，还要考虑数据传输中的干扰因素。而无线传输相对具有一定的优势，成本相对低，并且传输中的干扰也较少，这也在一定程度上提高了传输的可靠性。设计了一个基于PTR2000无线传输模块的数据采集系统。该实例对其他相类似的无线数据采集、无线数据传输应用具有一定的参考价值。
　
1　引　言
　　在工业控制现场，常常需要采集大量的现场数据，如电压、电流、温度、湿度、气压等，并将这些数据采集模块采集的数据传输到主机进行处理，由主机根据处理的结果，将控制信号传输给现场执行模块进行各种操作。目前数据的传输基本是基于有线的网络，如RS485，CAN等。这些有线的网络一般具有成本比较高、维护不方便等缺点。而无线传输相对具有一定的优势，如成本低、可靠性高、维护方便等。本文介绍一个基于PTR2000无线数据采集系统。通过本系统，不仅能了解数据采集的一般过程以及一般数据采集系统的构成，还能了解PTR2000模块、ADUC812单片机、USB100模块的功能。该系统最高传输速度可达19．2 kb/s。

2　系统原理
　　该系统由工控机、USB100、AT89C51单片机、PTR2000(2块)、ADUC812单片机构成。

2．1　ADUC812高性能单片机  ADUC812,pdf datasheet (with Embedded Flash MCU)
　　Anolog Device公司的ADUC812高性能单片机由与 8051兼容的内核［1］、片内外围设备、电源单元和模拟单元组成。8051兼容的内核额定的工作频率是12 MHz(最大可达16 MHz)，3个16 b定时计数器，功能包括看门狗定时器、电源监视PSM、高速ADC以及DMA控制器。片内有8 kB的闪速/电可擦除程序存储器，640 B的闪速/电可擦除数据存储器和256 B的片内数据RAM，支持16 MB的外部数据存储空间和64 kB的外部数据寻址空间，为多处理器接口和I/O扩展提供了32条可编程的I/O口线，端口3有高电流驱动能力，同时具有标准的UART接口和可配置的I2 C端口或SPI端口。模拟单元包括8通道、高速(200 kb/s)自校准12 b ADC、片内4OPPM/C电压基准、2个电压输出DAC和片内温度传感器等，可构成一个强大的12 b数据采集系统。

2．2　USB100通用串行总线协议模块
　　USB100是基于ASIC设计的，内部封装了USB1．1全部协议以及多达384 B的发送缓冲区和128 B的接收缓冲接口，对USB接口的操作如同对外部存储器操作一样方便，由USB100模块完成全部协议的转换和封装，使开发 过程变得十分简单。
　　各管脚说明如下：
　　P1～P9，P16，NC：空脚。
　　P10，VCC：输出，＋5 V输出，提供给外部MCU使用，最大400 mA。
　　P11，USBVCC：输入，USB接口的电源脚。P12～P13，D＋，D－：输入/输出，USB数据线。P14～P15，GND：电源地。
　　P17，RXE：输出，高表示模块没有数据输出；低表示模块有数据输出，可以读数据。
　　P18，TXE：输出，高表示模块发送缓冲区已满；低表示发送缓冲区为空，可以发送数据。
　　P19，WR：输入，将8 b并行总线上的数据锁存入内部缓冲区。
　　P20，RD：输入，允许内部接收缓冲区数据通过8 b并行总线读出。
　　P28～P21，D0～D7：8 b双向数据线，他是一个8 b并口，USB100通过他与单片机交换数据。
　　USB100模块的控制时序：
　　发送时序　当单片机检测到USB100模块TXE为低时，表示内部发送缓冲区允许发送数据到USB端口，可以 将数据通过8 b数据总线发给USB100模块，发送数据锁存由WR控制，USB100模块TXE为高时，禁止发送数据。

接收时序　当单片机检测到USB100模块RXF为低时，表示内部接收缓冲区有来自USB端口的数据，可以通过8 b数据总线将数据读入发给USB100模块，接收数据锁存由RD控制，接收时序如图5所示。

2．3　PTR2000无线传输模块
　　PTR2000是一个小型、超低功耗无线数据收发模块。 该模块工作频率为国际通用的数传频段433 MHz［3］，采用了FSK调制，抗干扰能力强，采用了DDS＋PLL频率合成技术，频率稳定性极好，灵敏度达到－105 dPm，最大发射功率为＋10 dPm，工作电压2．7～5．25 V，具有2个工作频道，工作最高速度可达19．2 kb/s(也可工作在其他频率，如9 600 b/s)，可直接与CPU串口使用如8031等，也可以接计算机RS232串口，软件编程非常方便。由于该模块采用了低发射功率、高灵敏度设计，使用无需申请许可证。