單片射頻收發(fā)器下的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

黃兆麒

摘要

伴隨社會(huì)的發(fā)展，無(wú)人化和智能化成為計(jì)算機(jī)科學(xué)的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)，研究單片射頻收發(fā)器下的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)對(duì)機(jī)械裝備和電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)具有重要意義。本文首先研究了射頻器件的選型，進(jìn)而給出增強(qiáng)類(lèi)8051微控制裝置研究，包含單片射頻收發(fā)板塊，ShockBurst工作方式，然后研究了高壓接點(diǎn)型無(wú)線測(cè)溫體系，分析了溫度數(shù)據(jù)采集和傳送，子模塊外圍電路和時(shí)鐘數(shù)據(jù)，最后給出單片射頻收發(fā)器下的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)基站，分析了電源和通訊電路。

【關(guān)鍵詞】無(wú)人化 智能化 計(jì)算機(jī) 單片射頻溫度數(shù)據(jù)

1引言

無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)作為計(jì)算機(jī)技術(shù)的前沿技術(shù)設(shè)計(jì)，被廣泛地應(yīng)用在電力監(jiān)測(cè)，鐵路，礦坑采集和大型鋼廠中，由于現(xiàn)有的有線測(cè)溫監(jiān)測(cè)模式在經(jīng)濟(jì)上開(kāi)銷(xiāo)較大，技術(shù)策略上較為弱勢(shì)，因而通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)策略克服距離對(duì)裝備溫度監(jiān)控帶來(lái)的難題具有重要意義。

2射頻器件的選型

2.1射頻芯片構(gòu)造功能

本文選擇nrf2401射頻片上系統(tǒng)，該系統(tǒng)在900MHz頻率上工作，并通過(guò)2.0V到3.8V完成單電源供電，其中的32腳通過(guò)QFN進(jìn)行封裝，其發(fā)射功率在12dBm左右，獲取數(shù)據(jù)的靈敏度達(dá)到-120dB，其低能耗電流值為3微安左右。

2.2增強(qiáng)類(lèi)8051微控制裝置

射頻芯片和8051單片機(jī)兼容，其中斷控制裝置支持多個(gè)中斷源，如ADC中斷，SPI型中斷，喚醒型中斷與兩個(gè)無(wú)線接收型中斷。此外，還拓展了兩個(gè)數(shù)據(jù)型指針，因而采用片外存儲(chǔ)器獲取數(shù)據(jù)。包括512字節(jié)的RAM和1024字節(jié)的ROM，上電復(fù)位之后控制核心能夠自動(dòng)依據(jù)ROM運(yùn)行代碼。

2.3單片射頻收發(fā)板塊

射頻芯片內(nèi)部設(shè)定的收發(fā)裝置具有和單品射頻收發(fā)裝置類(lèi)似的功能，可采用片內(nèi)MCU完成并行口，SPI接口以及微控制核心間的數(shù)據(jù)通訊。收發(fā)裝置主要包含合成裝置，功率放大裝置以及接收單元幾個(gè)板塊。而輸出功率，頻道以及其他射頻參量均采用特殊寄存裝置完成操控。

2.4ShockBurst工作方式

射頻芯片通過(guò)ShockBurst工作方式完成低速信息給入和高速信息的輸出，因而能夠減弱系統(tǒng)的平均損耗，并且在ShockBurst收發(fā)模式下，若獲得有效地址的射頻信息集合時(shí)，地址配準(zhǔn)寄存裝置與信息寄存裝置可采用片內(nèi)MCU完成信息給出。

3高壓接點(diǎn)型無(wú)線測(cè)溫體系

3.1溫度數(shù)據(jù)采集和傳送

高壓接點(diǎn)型無(wú)線測(cè)溫體系包含實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電氣銜接型溫度，并實(shí)現(xiàn)相關(guān)操作。該部分主要進(jìn)行溫度獲取，將得到的溫度信息經(jīng)過(guò)RS-485串口把溫度信息傳送給電腦終端中。

3.2單片射頻收發(fā)器下的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)子模塊

3.2.1無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)子模塊電路

無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)子模塊電路中的交流給入電壓選取特制的電流互感裝置裝設(shè)在高壓電纜上獲取，若一次側(cè)的電壓結(jié)果在0.1到1間變化時(shí)，則交流電壓則采用橋式整流，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源完成轉(zhuǎn)換，并通過(guò)恒定電流和電壓完成鋰電池充電。

3.2.2溫度獲取電路

溫度獲取電路主要完成現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)算，并把感溫裝置放置在物體表層，能夠真實(shí)地得到連接點(diǎn)的溫度值。感溫器件通過(guò)精準(zhǔn)度高，線性效果好，性價(jià)比穩(wěn)定的傳感元件PT100，其鉬絲熱電阻傳感裝置測(cè)試溫度區(qū)間在-100到300度間。

3.2.3無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)子模塊外圍電路

無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)子模塊外圍電路實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)操作和傳送，該電路的晶振動(dòng)作頻率為20MHz左右，能夠得到較為精準(zhǔn)的偏置電壓值。

3.2.4時(shí)鐘數(shù)據(jù)

給單片射頻收發(fā)器提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘數(shù)據(jù)，整個(gè)電路通過(guò)低功耗的CMOS型時(shí)鐘采用可編程電路的時(shí)鐘輸出信息，并通過(guò)I2C總線銜接。

4單片射頻收發(fā)器下的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)基站

4.1無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)基站電源電路

無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)基站采用交流或者直流電源供電，交直流電源直接和裝置電源輸入端口對(duì)接，并采用電源板塊完成交直流轉(zhuǎn)換。

4.2無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)基站無(wú)線獲取芯片和外圍電路

無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)基站無(wú)線獲取芯片和外圍電路從子站得到溫度信息，并把信息從串口傳送到本地監(jiān)控電腦中。為實(shí)時(shí)獲取射頻數(shù)據(jù)，整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)應(yīng)用單端天線獲取數(shù)據(jù)，并應(yīng)用四個(gè)兩位撥碼開(kāi)關(guān)。

4.3無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)基站通訊電路

無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)基站和子站間的信息交互則采用無(wú)線收發(fā)板塊實(shí)現(xiàn)，由于測(cè)溫端較多，則需要考量無(wú)線收發(fā)端的間距，并設(shè)置多組基站獲取子站信息。

4.4監(jiān)測(cè)核心板塊

4.4.1數(shù)據(jù)庫(kù)部分

數(shù)據(jù)庫(kù)部分主要存儲(chǔ)溫度信息和運(yùn)行信息，把獲取的信息及時(shí)調(diào)整保存在數(shù)據(jù)集合中，依據(jù)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)需求，隨時(shí)擴(kuò)展。

4.4.2監(jiān)測(cè)核心功能

監(jiān)測(cè)板塊能夠隨時(shí)監(jiān)測(cè)溫度數(shù)據(jù)，并在超過(guò)溫度限度值時(shí)發(fā)送警報(bào)數(shù)據(jù)，把得到的溫度數(shù)據(jù)制作日監(jiān)測(cè)曲線或時(shí)監(jiān)測(cè)曲線，保存預(yù)警的溫度時(shí)間和對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)。

5總結(jié)

采用計(jì)算機(jī)完成無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)有助于大型機(jī)械，電力和常見(jiàn)的無(wú)人監(jiān)測(cè)發(fā)展，并且防范由于負(fù)荷改變產(chǎn)生的裝備過(guò)熱狀況，帶來(lái)的裝備損壞。

本文研究了單片射頻收發(fā)器下的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義。進(jìn)而主要分析了射頻器件的選型，探究了射頻芯片構(gòu)造功能，增強(qiáng)類(lèi)8051微控制裝置，單片射頻收發(fā)板塊和ShockBurst工作方式。然后研究了高壓接點(diǎn)型無(wú)線測(cè)溫體系，分析了溫度數(shù)據(jù)采集和傳送，給出單片射頻收發(fā)器下的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)子模塊，和子模塊電路，溫度獲取電路，無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)子模塊外圍電路設(shè)計(jì)，并分析了時(shí)鐘數(shù)據(jù)。最后主要研究了單片射頻收發(fā)器下的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)基站，分析了無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)基站電源電路，無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)基站無(wú)線獲取芯片和外圍電路，無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)基站通訊電，給出監(jiān)測(cè)核心板塊，數(shù)據(jù)庫(kù)部分和監(jiān)測(cè)核心功能。

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