基于短距離無線技術(shù)的多功能位移測量系統(tǒng)研究

李文紅

摘 要：隨著我國科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展，人民生活水平的提高，短距離無線技術(shù)在多功能位移測量中也得到了很大發(fā)展。結(jié)合容柵傳感器的工作原理，再加上具有高靈敏度的射頻芯片，以及STM8L101F3單片機，就可以設(shè)計出位移測量系統(tǒng)，其功能多樣化，可以進行最小數(shù)、最大數(shù)跟蹤，還可以保持示值，對數(shù)值進行清零。下面就對其進行分析，希望給有關(guān)人士一些借鑒。

關(guān)鍵詞：短距離；無線技術(shù)；位移測量

在現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展中，集群控制、自動化控制是發(fā)展的核心目標，除此之外，最好可以做好低功耗測量，不需要人來值守等。和傳統(tǒng)測量方式對比，短距離無線通信不僅有很強的抗干擾能力，而且安全性、可靠性都很好，基本不會受到地理因素的限制，人工安裝簡單，工作效率高，近些年其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴大，在以后必定是測量系統(tǒng)的主流。

1 對系統(tǒng)內(nèi)部的測量原理研究

這種測量原理由平板容量理論發(fā)展而來，經(jīng)過多年發(fā)展，該系統(tǒng)已經(jīng)逐漸成熟，先分析容柵傳感器的整體結(jié)構(gòu)，主要包括以下幾個內(nèi)容，定柵板和動?xùn)虐?，其中定柵板中包含反射極，其是進行信息的反射，而動?xùn)虐灏ń邮諛O和發(fā)射極，主要進行信息的接收和發(fā)射。另一方面，還包括接收極和反射極，二者之間都能形成平板電容器，在操作中給予激勵信號，反射極就會把該信號反射到接收極中，而數(shù)據(jù)得到處理后，還會進行其他方向的傳輸，該系統(tǒng)工作效率比較高，可以說是短距離無線技術(shù)的核心內(nèi)容。除此之外，位移和相位之間的變化還遵循一個函數(shù)關(guān)系，θ（x）= arctan[（1-2x/w）/（1+2）]，其中x是位移量，w表示小發(fā)射極的寬度，如果位移量發(fā)生1個w寬度的變化時，在接收極一方，就會產(chǎn)生45?的相位差。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計

該系統(tǒng)主要可以分成3個部分，測量終端部分、接收機部分和主控機部分，除此之外，在近端終端還能作為遠端終端的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)使用，對于主控機方面，其主要工作就是管理、控制網(wǎng)絡(luò)通信，當采集到數(shù)據(jù)和節(jié)點后，要及時進行存儲和應(yīng)用，在這里PC是主控機，利用總線進行通信，芯片和RS標準電平不匹配，因此要使用芯片進行電平的轉(zhuǎn)換操作。對于接收機方面，無線系統(tǒng)在工作中會受到外部干擾、空間布局影響，致使終端節(jié)點不能直接和主控機進行通信，進而只能利用接收機作為中轉(zhuǎn)站。接收機有很強的處理能力，進行通信時，使用總線和主機就可以達到目的。對節(jié)點進行分析時，其就是一個無線數(shù)據(jù)接收和發(fā)射器，當接到上位機命令后，可以及時作出反應(yīng)，在工作中要對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行采集，同時也要進行相關(guān)數(shù)據(jù)的處理。該系統(tǒng)可以對網(wǎng)絡(luò)進行自己管理、自己組織，但是該網(wǎng)絡(luò)一定要有統(tǒng)一的時鐘系統(tǒng)，進而讓工作有條不紊。通常會把整個網(wǎng)絡(luò)分成5個時間段，廣播信號時間段、加入和退出網(wǎng)絡(luò)時間段、網(wǎng)絡(luò)同步時間段、點到點的數(shù)據(jù)交換時間段、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換申請時間段。

3 科學(xué)對系統(tǒng)硬件的分析

3.1 分析信號處理技術(shù)

容柵一共有4根傳感器信號線，串行數(shù)據(jù)線（DATA）、時鐘線（CK）、地線（0V）、電源線（1.5V），通過控制信號線電平的高低，就可以讓傳感器達到不同的功能，例如對最小值的跟蹤、對最大值的跟蹤、對數(shù)據(jù)進行記錄和清零等。

3.2 無線模塊

使用A7102作為無線模塊，其可以應(yīng)用在單片射頻集成電路中，工作速率最高能達到160Kb/s，有很強的抗干擾能力。內(nèi)部還設(shè)置了硬件和地址碼控制，工作電壓在2.2～3.6V之間，耗能很低，在必要時可以進入休眠狀態(tài)。對模式進行切換時，操作時間不會大于228μs，進行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送可以達到64字節(jié)，最大功率為+15dbm，在發(fā)射距離方面的優(yōu)勢明顯。

3.3 硬件抗干擾

該系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場經(jīng)常被使用，經(jīng)常會遇到電磁干擾，經(jīng)過技術(shù)人員的反復(fù)研究，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用光耦技術(shù)可以有效隔離電磁的干擾，讓系統(tǒng)中的傳感器和單片機分開，提高設(shè)備運行的抗干擾能力。

4 系統(tǒng)軟件

4.1 數(shù)據(jù)采集

每間隔250ms就會發(fā)送一次數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在時鐘上升沿才會有效，否則都屬于無效數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，設(shè)置了24位的二進制數(shù)據(jù)，然后合理地分成六組，每組數(shù)據(jù)間隔都一致，數(shù)據(jù)是由低位到高位排列的。對于前五組數(shù)據(jù)而言，其單位都一樣，而在第六組數(shù)據(jù)中，還會涉及到公英制位和符號位。還要注意一點，零位的0表示正數(shù)，而1用來表示負數(shù)。

4.2 分析模塊控制技術(shù)

業(yè)內(nèi)人士清楚，無線模塊共有兩種工作模式：FIFO模式和 Direct模式，利用寄存器中FMS可以進行設(shè)置，當設(shè)置為1時是 FIFO mode，當設(shè)置0時是Direct mode，通常會使用FIFO mode。在該模式下，射頻芯片可以自動對CRC 校驗碼和字頭進行處理，進行數(shù)據(jù)接收時，還可以自動去掉字頭和校驗碼。

5 系統(tǒng)主程序設(shè)計

系統(tǒng)主程序設(shè)計中，主要包含A7102軟件復(fù)位程序、數(shù)據(jù)收發(fā)程序、主程序、SPI寫操作程序、時鐘初始化子程序、SPI讀操作程序以及子程序，除此之外，還包括初始化子程序，其他功能子程序等，這些設(shè)備在工作中，對信息傳遞有很好的實時性，因該技術(shù)和其他信息傳輸技術(shù)相比，還是比較現(xiàn)進的。

6 總結(jié)

通過上述分析得知，該系統(tǒng)軟件運行穩(wěn)定，容柵傳感器能很好地完成其基本功能，和傳統(tǒng)通信方式對比，解決了野外測量的困難，降低了布線成本，在以后發(fā)展中使用范圍會更廣。

參考文獻

[1]李孝超，嚴高師.基于短距離無線技術(shù)的多功能位移測量系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2012，（1）：43-45.

[2]朱嶸濤，徐愛鈞，陳超.基于ZigBee的無線位移測量系統(tǒng)的設(shè)計[J].石油儀器，2011，25（2）：1-3.

[3]李艷芳，楊松，徐欣歌，等.基于像素差值的非接觸位移測量技術(shù)研究[J].機電技術(shù)，2011，34（3）：21-23.

（作者單位：桂林市晶瑞傳感技術(shù)有限公司）