多點信息采集系統(tǒng)的分析與設計①

摘 要：為了提高企業(yè)員工的心理素質(zhì)，設計一套能及時、準確了解企業(yè)員工心理狀況的信息采集系統(tǒng)就顯得極為重要。本文的系統(tǒng)設計包括兩方面：硬件設計主要采用8位單片機MC9S08GT60、nRF24L01芯片和RS-232串口；軟件設計主要采用Codewarrior6.2。然后對此系統(tǒng)進行測試，測試結(jié)果顯示，該系統(tǒng)基本滿足了系統(tǒng)設計的預期要求，具有一定的推廣作用。

關鍵詞：系統(tǒng)設計 MC9S08GT60 nRF24L01 系統(tǒng)測試

中圖分類號：TN92文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2012）09（a）-0025-01

現(xiàn)代社會快節(jié)奏的生活，使得人們承受的壓力越來越大，企業(yè)內(nèi)的員工的受壓情況問題也日益突出。心理素質(zhì)是員工素質(zhì)的核心構成之一，企業(yè)管理人員能準確、及時地了解員工的心理狀況是有效、合理地管理員工的途徑。因此，在企業(yè)內(nèi)部建立心理測試系統(tǒng)就顯得極為重要。筆者在本文中設計的多點信息采集系統(tǒng)，通過使用無線設備傳輸數(shù)據(jù)，有效地減少了使用電纜產(chǎn)生的諸多不便，同時也可以讓多人同時進行心理測試。

1 系統(tǒng)設計

系統(tǒng)硬件的設計理念是做到性價比高。筆者在設計時考慮到此系統(tǒng)主要應用于室內(nèi)環(huán)境，無需穿墻，因此采用成本和功耗低的無線模塊。單片機MC9S08GT60和nRF24L01芯片正好符合筆者的設計要求，實現(xiàn)了低功耗、低成本的設計理念。

1.1 系統(tǒng)硬件設計

硬件的設計從以下幾方面展開：一是電源設計。由于采用的兩種芯片的工作電壓都是3.3V，因此可以使用2節(jié)1.5V的干電池作為供電電源，如果要使用交流電供電的話，只需采用變壓器即可；二是鍵盤設計。員工的心理測試數(shù)據(jù)需要通過鍵盤來輸入，但當數(shù)據(jù)由多人同時鍵入時，可能會發(fā)生沖突，為了解決這一問題。系統(tǒng)數(shù)據(jù)的錄入可以通過鍵盤掃描的方式；三是通信接口的設計。本系統(tǒng)采用RS-232C通信方式。但隨之產(chǎn)生的問題是，RS-232C的電平使用的是負邏輯，而單片機使用的是CMOS電平，因此兩者之間需要轉(zhuǎn)化電壓信號，筆者使用MAX3232芯片來實現(xiàn)兩者之間的轉(zhuǎn)換；四是電路設計。MC9S08GT60單片機只需設計一定的電路就可控制nRF24L01。芯片nRF24L01被廣泛應用于短距離的無線傳輸網(wǎng)絡，特別是在低電耗狀態(tài)中長時間工作運行。nRF24L01自帶內(nèi)置穩(wěn)壓器，它只需一些必要的外圍元件就能實現(xiàn)無線傳輸，此外它還可以有效防止跳頻現(xiàn)象。它所具有的網(wǎng)絡協(xié)議是實現(xiàn)芯片超低功耗運行的關鍵，因為網(wǎng)絡協(xié)議可以精簡指令，只需滿足數(shù)據(jù)的傳輸要求即可。五是無線模塊設計。系統(tǒng)的無線通信效果良好與否受到PCB的影響。如果PCB設計的不合理，將直接導致系統(tǒng)的性能達不到設計要求。因此合理的設計就顯得極為重要，它能有效提高系統(tǒng)的抗干擾能力。筆者在設計時基于以下考慮：①模擬信號和數(shù)字信號不通它的抗干擾能力不強，特別是電源的噪聲。因此在設計時電源的布線應采用星型拓撲結(jié)構。②電路的設計要有一個接地層，接地層的接地點之間要分開，使它們之間不會發(fā)生耦合現(xiàn)象。③PCB上的布線應盡可能的縮短線的長度，因為導線也會導致干擾源的出現(xiàn)。同時，各模塊之間應分開布置，以免互擾。

1.2 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件設計筆者采用Codewarrior 6.2，這是一款運用于嵌入式應用開發(fā)的專業(yè)軟件工具。這款軟件包括如IDE、調(diào)試器、匯編語言程序等一系列工具用于構建平臺。Codewarrior6.2軟件尤其適用于Freescale8位單片機的模塊軟件開發(fā)。由該軟件開發(fā)出的程序是基于C語言編程的，軟件的調(diào)試還可以以在線和線下兩種形式進行。Codewarrior6.2軟件主要是針對兩個模塊進行設計，即單片機和nRF24L01軟件。

2 系統(tǒng)測試

系統(tǒng)設計完成后的第一步就是要進行系統(tǒng)的軟、硬件測試。測試即是為了檢驗系統(tǒng)的整體性能，也為了檢驗系統(tǒng)有無設計缺陷。系統(tǒng)測試主要是對誤碼率、傳輸速率等進行測試。每一種性能的測試都會運用不同的方式，如測試誤碼率時主要采用的方式是點對點，測試傳輸性能則采用二對一的方式。筆者主要從以下四個方面對系統(tǒng)進行測試：第一，誤碼率測試。這一測試項目在實驗室內(nèi)進行，主要對比發(fā)送的數(shù)據(jù)與接收到的數(shù)據(jù)之間的誤差率。經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)使用了CRC碼校驗，因此，在模塊的收發(fā)數(shù)據(jù)中只可能出現(xiàn)兩種情況：一是沒收到數(shù)據(jù)；二是收到正確數(shù)據(jù)。第二，傳輸范圍測試。此測試項目主要是針對傳輸?shù)挠行Ь嚯x的測試。第一次測試在相距20米的長度進行測試，如果數(shù)據(jù)傳輸暢通無誤，則再增加距離，直到收不到數(shù)據(jù)為止。第三，速率測試。通常實際的傳輸速率并不能達到理論傳輸速率。通過將一定大小的數(shù)據(jù)連續(xù)發(fā)送，測量其接受到的時間，從而計算出其傳輸速率。如果速率沒有達到設計的要求，可以嘗試采用更高速的處理器，則速率會有一定的提高。第四，抗干擾測試。系統(tǒng)設備周圍通常都會有一些干擾源，如電子產(chǎn)品或電器，它們都會對無線通信產(chǎn)生一定的干擾?？梢酝ㄟ^使用和模塊工作頻率相同的設備做干擾源來測試抗干擾能力。由于系統(tǒng)設計使用了跳頻技術，測試結(jié)果符合工作要求。

3 結(jié)語

本文探討了使用無線通信與心理測試系統(tǒng)相結(jié)合的方式來克服電纜通信的系統(tǒng)。通過綜合測試結(jié)果顯示，該系統(tǒng)基本滿足了系統(tǒng)設計的預期要求，具有一定的推廣作用。但還需要進一步的優(yōu)化和改善，使其更符合實際工作的需要。比如此模塊沒有USB通信接口，因此，筆者將繼續(xù)設計以USB為接口的系統(tǒng)，這樣不僅可以提高系統(tǒng)使用的便利度，還可以提高與計算機的傳輸速率。

參考文獻

[1]孫同景，陳桂友.Freescale 9S12十六位單片機原理及嵌入式開發(fā)技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[2]Carl J.Weisman，劉志華譯.射頻和無線技術入門（第二版）[M].北京：清華大學出版社，2005.

[3]潘勇，管學奎.基于NRF24L01的智能無線溫度測量系統(tǒng)設計[J].電子測量技術，2010（2）.

[4]王旭.一種短距離無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)[D].成都：電子科技大學碩士學位論文，2007.