【正文】 圖 、圖 分別為上電復(fù)位和上電開關(guān)電路的原理圖。 (1)晶振電路 AT89S51[6]內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益的反向放大器，引腳 XTAL1 和XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端。 ANT1 和 ANT2 是 nRF2401接收時天線的輸入以及發(fā)送時功率放大器的輸出?；? RS232 協(xié)議的串行口是 PC 的標(biāo)準(zhǔn)接口，且其硬件簡單、易于操作，而成為單片機應(yīng)用系統(tǒng)與 PC 機短距離通訊的理想選擇。如果數(shù)據(jù)不正確 ,重新向傳感器模塊發(fā)送取數(shù)據(jù)命令 ； 如果數(shù)據(jù)正確 ,通過串口 1 把數(shù)據(jù)發(fā)送出去。系統(tǒng)間歇周期為 1s，即在 1s 內(nèi) ， nRF401 處于接收狀態(tài)的時間為 10ms。 nRF401 的卓越性能使得 PTR20xx 成為超小型、超低功耗、高速率的無線收發(fā)數(shù)據(jù)傳輸 MODEM。 當(dāng) ADDRESS 第 1 位為 0 時 ， 包頭取值為 ―01010101‖， 反之則為 “ 10101 010” 。 CLK CLK2 為通道 2 時鐘信號端 ， 由控制器提供 ， 在突發(fā)模式下 ， 控制器在時鐘上升沿由 DATA 引腳向 nRF2401 寫入數(shù)據(jù) ， 在下降沿從 nRF2401 的 DATA 引腳讀出數(shù)據(jù) ； DR DR2 為通道 2 接收數(shù)據(jù)就緒信號端 ； DATA、 DOUT 為通道 2 數(shù)據(jù)端 ， 控制器與 nRF2401由 CLK、 DR 和 DATA 組成的三線接口交換傳輸?shù)臄?shù)據(jù) ， 通道 1 可接收和發(fā)送數(shù)據(jù) ， 通道 2 只能接收數(shù)據(jù) 。 其中 nRF2401 具有以下特點： （ 1） nRF2401 工作于全球開放的 ~ GHzISM 免申請頻段共 125 個頻點，可滿足多頻點及跳頻需要；最高速率可達 1 Mb/s，低能耗；發(fā)射功率、工作頻率等所有工作參數(shù)通過軟件設(shè)置 完成，工作電壓 ~；每個芯片可以通過軟件設(shè)置多達 40b 的地址，只有收到本機地址時才會輸出數(shù)據(jù)并提供一個中斷指示，編程方便。 基于 nRF2401的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng) –13– 4 無線傳輸 nRF2401 無線射頻收發(fā)一體芯片 經(jīng)歷了幾年的發(fā)展， RF 無線射頻收發(fā)一體芯片趨于成熟，被廣泛應(yīng)用與近距離通訊、監(jiān)控安防等領(lǐng)域，國外各大電子元件生產(chǎn)商都推出了自己的嵌入式射頻收發(fā)一體型芯片。 公式節(jié)點使用類型檢查以確保數(shù)組索引是數(shù)值數(shù)據(jù)且位操作的操作數(shù)是整數(shù)。 本設(shè)計中采用字符串至字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換，然 后用索引數(shù)組實現(xiàn)采集到的元素或子數(shù)組值來實現(xiàn)本系統(tǒng)中的四位數(shù)字顯示。當(dāng)條件接線端為 真 （ T） 時繼續(xù) 時， While 循環(huán)將執(zhí)行其子程序框圖直到條件接 線端接收到一個 FALSE 值。 輸入 信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)數(shù)碼管顯示實現(xiàn)溫度采集。 LabVIEW 編程語言和常規(guī)的程序語言不同，它 是一種定位于非計算機專業(yè)人員使用的編程工具。 在本文所述的系統(tǒng)設(shè)計中，在無線部分，我們使用 了 基于 PTR20xx 的無線收發(fā)系統(tǒng) ，它是基于 nRF2401 的無線通信數(shù)傳 系統(tǒng) 。單片射頻集成電路的選擇直接決定了無線 傳輸 系統(tǒng) 的功能和成本。在中等衰減的建筑物中， RF 信號一般可穿透一至三堵墻。 HomeRF(家用射頻 )技術(shù)是由 Microsoft， Intel， HP， Motorola 和 Compaq 等公司 設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 的。 它采用紅外線作為通信媒介，支持各種速率的點到點的話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)， IrDA 主要應(yīng)用在嵌入式的系統(tǒng)和設(shè)備中，進行設(shè)備互聯(lián)，可完成不同設(shè)備內(nèi)文件與信息的交換 ； 作為信息網(wǎng)關(guān)，連接信息終端和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。一個數(shù)據(jù)包名義上占用一個時隙，但實際上可以被擴展到占用 5 個時隙。 藍(lán)牙技術(shù)是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信的開放性全球規(guī)范，它以低成本的近距離無線連接為基礎(chǔ)，為固定與移動設(shè)備通信環(huán)境建立一個特別連接。 在此，我們簡單的介紹在智能樓宇，以及工業(yè)現(xiàn)場中成熟使用的短距離無線通信傳輸標(biāo)準(zhǔn)，以此為基礎(chǔ)更好的闡述我們在溫度巡檢這一智能檢測系統(tǒng)中使用無線傳輸標(biāo)準(zhǔn)的可行性與必然性。在測量終端較集中的現(xiàn)場和能夠覆蓋到的地方，通常都采用有線連接的數(shù)據(jù)通信方式。而借助無線傳輸手段的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，更具有工程造價和人力資 源成本低，傳輸數(shù)據(jù)不受地域的影響，可靠性高，免維護等優(yōu)點。 第二 、 五代無線通訊標(biāo)準(zhǔn)建構(gòu)于第二代的無線傳輸技術(shù)之上，包括建構(gòu)于 GSM 標(biāo)準(zhǔn)而向上發(fā)展制定的 GPRS（ General Packet Radio Service）與 EDGE（ Enhanced Data rates for GSM Evolution）以及建構(gòu)于 CDMA 標(biāo)準(zhǔn)之上的 CDMA20xx1X。直至 20 世紀(jì) 30 年代，商業(yè)無線廣播的出現(xiàn)與收音機的普及，才使得無線通訊技術(shù)進入商業(yè)應(yīng)用與個人生活。每個芯片可以通過軟件設(shè)置最多 40 位地址，只有收到本機地址時才會輸出 數(shù)據(jù) (提供一個中斷指示 )。 PTR20xx 是超小型、超低功率、高速率無線數(shù)傳 MODEM。 (2) 以 ATMEL89S51 單片機 [2]為核心的硬件電路的設(shè)計，主要包括電源電路、數(shù)碼管顯示電路、 數(shù)模 轉(zhuǎn)換 電路及與無線通信 PTR20xx 部分的接口電路。目 前 ， 我國大部分疲勞試驗機從加載試樣到記錄數(shù)據(jù) ， 幾乎全部靠人工現(xiàn)場的操作。此片PTR20xx 再將信號無線傳輸給與電腦相連的那片 PTR20xx，最后由基于 LabVIEW 的上位機監(jiān)控系統(tǒng)進行監(jiān)控。它是超小型，超低功耗，高速率無線收發(fā)數(shù)傳模塊，靈敏度高，具有兩個頻道，特別滿足需要多信道工作的特殊場合，它可完成點對點傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集，用于工業(yè)控制 ； 數(shù)據(jù)采集 ； 遙控 ； 遙測 ； 無線抄表 ； 門禁系統(tǒng) ； 小區(qū)傳呼 ； 工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ； 小型無線數(shù)據(jù)終端 ； 無線遙控系統(tǒng) ； 水文氣象監(jiān)控 和 機器人控制中。 LabVIEW。無線監(jiān)控系統(tǒng)已在高頻疲勞試驗機系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。所有的程序均使用 匯編 [3]語言來完成，已達到充分的可讀性和可移植性，在程序的編寫過程中，加入了詳細(xì)的文字注釋，以便于后期的改進與維護。 nRF2401 內(nèi)置了 CRC糾檢錯硬件電路和協(xié)議。 在 PC 機與單片機 [4]構(gòu)成的上下位機系統(tǒng)中，經(jīng)常采用由單片機及其外圍電路構(gòu)成的下位機進行數(shù)據(jù)采集，然后利用基本二線制的 RS232串行口通信將數(shù)據(jù)傳送給 PC 機，由 PC 機進行數(shù)據(jù)的進一步處理。在類比式移動 電話 通訊系統(tǒng)發(fā)展初期，由于所采用的標(biāo)準(zhǔn)未經(jīng)妥善規(guī)劃與定制，再加上半導(dǎo)體技術(shù)不足以提供通訊電路整合的解決方案，因此類比式移動電話既笨重龐大又價格昂貴 。數(shù)據(jù)采集技術(shù)作為信息科學(xué)的一個重要分支，是以傳感器、信號測量與處理、微型計算 機等技術(shù)為基礎(chǔ)而形成的一門綜合應(yīng)用技術(shù)。遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于技術(shù)實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信，業(yè)務(wù)具有接入迅速、永遠(yuǎn)在線、流量計費等特點，在遠(yuǎn)程 突發(fā)性數(shù)據(jù)實時傳輸中有不可比擬的優(yōu)勢 ， 既具有有線方式的效率高，實時性好、成本低的優(yōu)點，同時安裝方便、可維護性好、易實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理。 圖 短距離的無線傳輸標(biāo)準(zhǔn)分類 而實際上，對于我們期待中的控制系統(tǒng)而言，上述的無線移動通信標(biāo)準(zhǔn)和能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用設(shè)備多無外過于昂貴至于奢侈，真正能夠引起我們極大興趣的是相對簡單而針對性強從而能夠使用于家庭、企業(yè)、以至于個人的短距離無線通訊標(biāo)準(zhǔn)，很簡單的理由：更實用，更廉價，因而效率更高。 CDMA 是碼分多址的英文縮寫（ Code Division Multiple Access），它是在數(shù)字技術(shù)上的分支 — 擴頻通信技術(shù)上發(fā)展起來的一種新的無線通信技術(shù)。 ISM 頻帶是對所有無線電系統(tǒng)都開放的頻帶，因此使用其中的某個頻段都會遇到不可預(yù)測的干擾源?；鶐Р糠置枋隽擞布?基帶鏈路控制器的數(shù)字信號處 理規(guī)范。 UWB 為無線通信和雷達發(fā)展提供了希望，它們能夠透過墻壁或碎石看見成像，是重要的突破性技術(shù)。但是 ， 該標(biāo)準(zhǔn)與 不兼容，并占據(jù)了與 和 Bluetooth 相同的 頻率段 ， 所以在應(yīng)用范圍上會有很大的局限性，更多的是在家庭網(wǎng)絡(luò)中使用。在實際應(yīng)用中，無線射頻收發(fā)一體型芯片的外圍電路十分簡單，可方便與單片機或 DSP 連接，而且有些型號的無線射頻收發(fā)一體型芯片在環(huán)境以及電磁兼容性方面的要求可滿足工業(yè)設(shè)備或軍工設(shè)備的使用。而數(shù)字傳輸是將 調(diào)整 后的傳感器的輸出信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后再調(diào)制發(fā)送。 nRF2401 的工作電壓范 圍為 ~， 發(fā)射電流為 8mA~18 mA， 接收電流約為 10mA， 待機電流為 8? A。作為一種高水平的程序設(shè)計平臺同傳統(tǒng)的編程語言相比，采用 LabVIEW 圖形 編程方式可以節(jié)省大約 80%的程序開發(fā)時間，而其運行 速度 卻幾乎不受影響。條件接線端的默認(rèn)動作和外觀為 真 （ T） 時停止 。要停止一個無限循環(huán)，必須單擊工具欄上的 中止執(zhí)行 按鈕中止整個 VI。這些程序的組成元素與在 C 語言程序中的元素相似，但并不完全相同。 在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中采 用無線收發(fā)芯片 nRF2401 作為通信芯片 ， 實現(xiàn)了主機與從機的通信 ， 這樣可以 使改良后的系統(tǒng)具備了計算機無線遠(yuǎn)程監(jiān)控和現(xiàn)場實時控制的功能。與藍(lán)牙不同的是， nRF2401 沒有復(fù)雜的通信協(xié)議，它完全對用戶透明，同種產(chǎn)品之間可以自由通信 ， 更重要的是， nRF2401 比藍(lán)牙產(chǎn)品更便宜。 （ 2） 地址寬度：聲明射頻數(shù)據(jù)包中地址占用的位數(shù)，使 nRF2401 能夠區(qū)分地址和數(shù)據(jù) . （ 3） 地址字節(jié)：接收數(shù)據(jù)的地址，有 信道 1 的地址和信道 2 的地址 。 各狀態(tài)字位功能 如下 ： 位 143~122 為測試保留 ； 位 121~120為發(fā)送閉環(huán) PLL； 位 119~112 為通道 2 數(shù)據(jù)段長度 ； 位 111~104 為通道 1 數(shù)據(jù)段長度 ；位 103~64 為通道 2 硬件地址 ； 位 63~24 為通道 1 硬件地址 ； 位 23~18 為地址段長度 ；位 17 為校驗段長度 ， 值為 1 是 16 bit， 為 0 是 8 bit； 位 16 為校驗使能 ， 值為 1 是校驗有效 ， 為 0 是無效 ； 位 15 為啟用通道數(shù) ， 值為 1 是兩通道接收 ， 為 0 是單通道接收 ；位 14 為通信模式 ， 值為 1 表示工作于突發(fā)模式 ， 為 0 表示工作于直接模式 ； 位 13 為通信速率 ， 值為 1 是 1 Mbit/s， 為 0 是 250 kbit/s； 位 12~10 為晶振頻率 ， 值為 011 時頻率是 16MHz； 位 9~8 為輸出功率 ， 值為 11 時功率是 0 dBm； 位 7~1 為工作頻段 ， 設(shè)值為X， 則通道 l為 2 400 MHz+X MHz； 位 0 為工作狀態(tài) ， 值為 1 表示處于接收狀態(tài) ，為 0 表示處于發(fā)送狀態(tài) 。 便將數(shù)據(jù)幀解包 ， DR 信號置 1 提醒控制器讀取數(shù)據(jù) 。因為 nRF2401 處于接收狀態(tài) ， 并且空中無有效信號時 ， 會有雜波信號干擾 ， 所以正常喚醒至少需要收到兩個字節(jié)的喚醒碼。如果與自身ID 號相符合 ， 通過串口 0 向傳感器模塊發(fā)送取數(shù)據(jù)命令 ， 同時啟動定時器判斷系統(tǒng)是否超時 ； 如果在規(guī)定的時間內(nèi)沒有返回數(shù)據(jù) ， 則重新向模塊發(fā)送取數(shù)據(jù)命令 ； 如果連續(xù)5 次取數(shù)據(jù)不成功 ， 進入出錯處理程序 ， 向上位機發(fā)送錯誤信息 ， 等待上位機處理命令。如果數(shù)據(jù)接收正確 ，上位機返回正確確認(rèn) 信息。 基于 nRF2401的遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng) –20– 由于采集端的數(shù)據(jù)是以二進制方式發(fā)送的，所以程序在讀 COM口時必須以 “ Binary”方式操作，否則將得到一堆亂碼。由于采用差分環(huán)形天線， VDD 必須通過環(huán)形天線的中心輸入，調(diào)整圖中 RF 偏壓電阻 R3 可以調(diào)節(jié)輸出發(fā)射功率，是其最大可達到 +l0dBm。 本系統(tǒng)中 ， 時鐘頻率為 4MHz 晶振 。 8 位段碼輸出地址為 0X004H,位碼輸出地址為 0X002H，此處的 X 是由片選 CS 決定的。 外接晶體以及電容 C1 和 C2 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路接在放大器的反饋回 路中，晶振應(yīng)盡量靠近單片機，以減少寄生電容，提高晶振穩(wěn)定性。圖 為差分方式 天線應(yīng)用設(shè)計圖。采集軟件的設(shè)計應(yīng)在滿足用戶控制采集過程要求的前提下，盡量使操作方便，界面簡潔。除此之外 ， 還要在信息中加上信息類型 、 本機 ID 等信息 ， 上位機接收到信息后 ， 會把收到的數(shù)據(jù)校驗 ， 如果與接收到的校驗字節(jié)不相同 ， 則向數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)發(fā)送錯誤信息。這樣設(shè)置 ， 系統(tǒng)的平均工作電流可在 300? A 以下 ， 兩節(jié) AA 電池可工作半年左右。 圖 描述了 PTR20xx 無線通信模塊的引腳排列，引腳功能如下： Pin1： VCC， 正電源 ， 接 至 ； Pin2： CS， 頻道選擇 ； Pin3： DO， 數(shù)據(jù)輸出 ； Pin4： DI， 數(shù)據(jù)輸入 ； Pin5： GND，電源地 ； Pin6： PWR， 節(jié)能控制， PWR=1 正常工作狀態(tài)， PWR=0 待機微功耗狀態(tài) ； Pin7： TXEN， 發(fā)射接收控制， TXEN=1 時為發(fā)射狀態(tài)， TXEN=0 時為接收狀態(tài)。CRC 為數(shù)據(jù)校驗段 ， 可設(shè)定 8 bit 或 16 bit 校驗位 。 控制器將 nRF2401 設(shè)為配置方式 ，然后由通道 1 向 nRF2401 寫入狀態(tài)字的配置值 ， 寫時高位在前 。ilters maximum8mA 40mA 最大輸出功率 +10dBm +5dBm +12dBm +5dBm +14dBm 速率 20Kbps 128 或 kbps 64Kbps 封裝