基于無線RF射頻的過程控制技術(shù)研究

徐海亮    尚輝    王虎

陜西省建筑設(shè)計研究院有限責(zé)任公司710003西安

中國市政工程華北設(shè)計研究總院710003西安

 RF射頻芯片以強大的集成開發(fā)環(huán)境作為支持，結(jié)合TI公司全球的協(xié)議棧、工具包和參考設(shè)計，展示了領(lǐng)先的2.4G無線技術(shù)解決方案。RF射頻芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。RF射頻芯片有四種工作模式，即PM0，PM 1，PM2和PM3，每種模式的功耗和特點不同。PM0是正常工作模式，PM3是功耗最小的模式。

 圖1.1  RF射頻芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

 1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)主要由傳感器節(jié)點和匯聚節(jié)點組成，傳感器節(jié)點一般由數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元和數(shù)據(jù)傳輸單元以及電源管理單元等模塊組成。負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給匯聚節(jié)點,匯聚節(jié)點負(fù)責(zé)子節(jié)點數(shù)據(jù)采集和發(fā)送,并將子節(jié)點采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給嵌入式計算機，即控制中心。

2、射頻電路設(shè)計

RF射頻芯片需要外接晶振，電容、電阻等無源器件，天線部分已經(jīng)集成在芯片內(nèi)部。基于RF射頻芯片電路如圖 3.1 所示。圖 3.1 中的部分元件采用了RF射頻芯片數(shù)據(jù)手冊中的數(shù)據(jù)。由于RF射頻芯片的射頻模塊工作在 32M 的晶振頻率下，因此RF射頻芯片外接了 32M的振蕩電路。

R圖3.1 基于F芯片 的射頻電路

3、RF射頻芯片模塊搭建

一般情況下，基于單片機的測控系統(tǒng)在獲得傳感器數(shù)據(jù)后，還需要將數(shù)據(jù)上傳到主機。可以采用有線傳輸，例如采用有線的串、并型總線，CAN總線，也可用無線傳輸。本設(shè)計的射頻模塊由芯片、巴倫電路和天線等組成。巴倫電路在系統(tǒng)中起阻抗變換的作用，無線模塊上預(yù)留chip天線和單極天線兩個接口。

軟件流程圖設(shè)計

對于無線RF射頻芯片技術(shù)程序設(shè)計采用軟件進(jìn)行模擬，軟件流程圖如圖5.1所示

圖5.1  軟件流程圖

主要有傳感器設(shè)備及其中心數(shù)據(jù)采集設(shè)備,對中心數(shù)據(jù)采集設(shè)備主要是定義端點、設(shè)備ID、設(shè)備版本、輸入輸出命令數(shù)量及其列表，中心數(shù)據(jù)采集設(shè)備作為協(xié)調(diào)器或者路由器。傳感器的輸出命令主要是讀取數(shù)據(jù)的類型（電壓或溫度），溫度范圍18℃-28℃電壓范圍為0-3.75V，精度為0.1V。

接下來就是進(jìn)行傳感器的發(fā)現(xiàn)和綁定，當(dāng)加入網(wǎng)絡(luò)之后，傳感器設(shè)備將試圖發(fā)現(xiàn)和綁定自己到一個中心數(shù)據(jù)采集設(shè)備。再下一步就是數(shù)據(jù)包的發(fā)送與接收階段，進(jìn)行成功綁定后，傳感器設(shè)備將根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的時間間隔周期采集溫度傳感器及其電池的電壓值，分通過報告命令發(fā)送給中心數(shù)據(jù)采集設(shè)備，改命令要求采集設(shè)備予以應(yīng)答。如果沒有得到應(yīng)答信號，傳感器將移除綁定，重新進(jìn)行搜索綁定。當(dāng)中心數(shù)據(jù)采集設(shè)備節(jié)點接收到傳感器設(shè)備發(fā)送來的數(shù)據(jù)包后，通過串口傳輸?shù)?/span>PC機，并通過串口調(diào)試工具進(jìn)行觀察。

4、結(jié)語

本章基于RF射頻芯片的無線RF射頻的過程控制技術(shù)，在此基礎(chǔ)上提出了更加先進(jìn)的無線通訊技術(shù)，對工業(yè)現(xiàn)場過程控制無線檢測技術(shù)，在數(shù)據(jù)測量的精確度上比已有技術(shù)有很大的提高。

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會    文徑網(wǎng)絡(luò)：劉軍 呂琳琳 編輯   劉真 文徑 審核)