新型无线传感器遥测系统设计方案

1引言

　　近年来，随着无线通信技术的成熟，无线传感器遥测系统呈现出其巨大的优越性。遥测系统在于实现远距离的温度等参数测量，以解决被测地点与仪表室或控制室距离较远，或被测参数地点有害人身安全的问题。本系统利用基于射频芯片CC2420和单片机AT89S53为核心的无线传感器硬件节点设计了一种简单、数据传输精度高、抗干扰能力强的新型遥测系统，本系统主要用于有强电场、强磁场干扰且不便于近距离测量的场合。本文以遥测温度为例来说明设计思想。

　　2 系统总体方案

　　系统主要有四部分组成：数据采集部分;数据处理部分;无线通信部分;接收显示部分。其中数据采集部分由传感器、信号调整电路、光电隔离及A/D转换组成。接收显示电路部分由解码器、七段码译码器、十进制计数器、驱动器、数码显示电路等组成。发送电路中采用了编码器，在接收电路中相应增加了解码器，从而有效控制了由无线信道噪声或干扰造成的差错，同时也扩展了射频电路发送数据的容量。系统设计所选用的器件都具有较强的抗干扰能力，能够适用于有强电场、强磁场干扰的工业场合。

　　本系统是一种通用的遥测系统,只要变换不同的传感器，并调整调理电路结构及参数，修改计算处理软件程序,就可以达到遥测各种测量参数的目的[4]。本设计中，选用的无线通信芯片是CC2420，单片机是AT89S53。系统总体方案流程图如图1所示。

　　图1 系统总体方案流程图

　　3系统软硬件设计

　　3.1 硬件设计

　　3.1.1数据采集单元设计

　　本系统选用HD01系列温度变送器。它是一种将温度传感器(热电阻和热电隅信号)，经全隔离放大转换成标准的直流信号，从而实现对被测信号精确测量的仪器。该变送器输入、输出、电源三方全隔离隔离，抗干扰能力强，且输入、输出选择范围宽，对应温度范围-200～1600℃内各量程，准确度高，电源可选择，导轨安装便于检测与维护。

　　温度变送器可对传感器的数据进行处理，包括对测量信号的调理(如滤波、放大等)、数据显示、自动校正和自动补偿等。它能把传感器检测的电信号变成4～20mA的直流信号。信号调整电路负责把温度传感器的4～20mA的标准电流信号转换为电压信号，最简单的方法是在输出端串联一个电阻，但这样的电压零点信号不是0V，所以一般采用I/V转换器，本系统采用了RCV420变换器。

　　现场传感器与A/D转换器之间的模拟信号的线性传送，可用光耦的这种线性区对模拟信号进行隔离。电耦合器隔离性能好，输入端与输出端实现了电隔离;光信号单向传输，输出信号对输入端无反馈，可有效阻断电路或系统之间的电联系，但并不切断他们之间的信号传递;光信号不受电磁干扰，工作稳定可靠;抗共模干扰能力强，能很好地抑制干扰并消除噪音。耦合器因为其独特的原理和结构特点特别使用于有强电场、强磁场干扰的场合。本系统采用Agilent公司的光耦HCNR201。

　　A/D芯片是系统的核心器件之一，测量的精度主要取决于A/D转换器的准确度。本系统采用了MC14433，它具备零漂补偿和采用CMOS工艺制造的3 1/2位单片双积分A/D转换器，具有外接元件少，输入阻抗高，功耗低，抗干扰能力强，电源电压范围宽，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能。由于它的低速转换，因此只能对一些变化缓慢的物理参数如温度、持续压力和拉力进行转化。其采用字位动态扫描BCD码输出方式，即千、百、十、个位BCD码分时在Q0～Q3轮流输出，同时在DS1～DS4端输出同步字位选通脉冲，读书直观，应用于各种仪器仪表。