基于無線RF射頻的過程控制技術研究

徐海亮    尚輝    王虎

陜西省建筑設計研究院有限責任公司710003西安

中國市政工程華北設計研究總院710003西安

 RF射頻芯片以強大的集成開發環境作為支持，結合TI公司全球的協議棧、工具包和參考設計，展示了領先的2.4G無線技術解決方案。RF射頻芯片內部結構如圖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射頻芯片內部結構圖

 1、系統結構框圖

系統主要由傳感器節點和匯聚節點組成，傳感器節點一般由數據采集單元、數據處理單元和數據傳輸單元以及電源管理單元等模塊組成。負責數據采集并將采集到的數據發送給匯聚節點,匯聚節點負責子節點數據采集和發送,并將子節點采集的數據發送給嵌入式計算機，即控制中心。

2、射頻電路設計

RF射頻芯片需要外接晶振，電容、電阻等無源器件，天線部分已經集成在芯片內部。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射頻芯片數據手冊中的數據。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在獲得傳感器數據后，還需要將數據上傳到主機。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。巴倫電路在系統中起阻抗變換的作用，無線模塊上預留chip天線和單極天線兩個接口。

軟件流程圖設計

對于無線RF射頻芯片技術程序設計采用軟件進行模擬，軟件流程圖如圖5.1所示

圖5.1  軟件流程圖

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

接下來就是進行傳感器的發現和綁定，當加入網絡之后，傳感器設備將試圖發現和綁定自己到一個中心數據采集設備。再下一步就是數據包的發送與接收階段，進行成功綁定后，傳感器設備將根據系統設定的時間間隔周期采集溫度傳感器及其電池的電壓值，分通過報告命令發送給中心數據采集設備，改命令要求采集設備予以應答。如果沒有得到應答信號，傳感器將移除綁定，重新進行搜索綁定。當中心數據采集設備節點接收到傳感器設備發送來的數據包后，通過串口傳輸到PC機，并通過串口調試工具進行觀察。

4、結語

本章基于RF射頻芯片的無線RF射頻的過程控制技術，在此基礎上提出了更加先進的無線通訊技術，對工業現場過程控制無線檢測技術，在數據測量的精確度上比已有技術有很大的提高。

(本文來源：陜西省土木建筑學會    文徑網絡：劉軍 呂琳琳 編輯   劉真 文徑 審核)