单杆数据采集及无线数据传输系统分析

【摘要】构建了一种基思卡尔单片机的单杆数据采集及远程无线数据传输系统,给出了系统的硬件设计结构和软件设计流程。首先利用高精度传感器采集单杆数据，然后通过MC9S12XS128单片机与无线收发模块JZ873进行数据传输,从而实现数据的采集与无线收发功能。重点论述了系统的硬件设计原理和软件设计方案，并给出了实验测试数据。

【关键词】单杆；转换精度；RS-485

引言

单杆控制系统广泛应用于各种场合，尤其是在某些特定的坏境中。例如，光电经纬仪，通过单杆系统对经纬仪的方位角和俯仰角的控制，来实现对光电经纬仪的控制等[1]；单杆用来实现对处于生化试验或放射环境中的平台的远程控制,降低了操作的危险性[2]；在我国靶场跟踪测量装置设备中，由于受到各类条件的限制，必须借助于单杆跟踪手段，才能全程、稳定地跟踪目标[3]。目前使用的单杆控制系统多采用8位或10位的采样精度，难以满足高精度应用场合[2][4]；其采用的通讯接口多为RS-232或RS-422，传输距离相对较短。本文构建的基于单片机的单杆数据采集及远程无线数据传输系统,采用了MC9S12XS128单片机内置的A/D转换模块，达到了12位的数据转换精度；同时改进了目前常规通讯接口方式[2]，提高了抗干扰能力、增大了传输距离。

1系统硬件设计

本系统主要包括以下三个部分：数据采集模块、MC9S12XS128微控制器模块、无线传输模块。系统总体设计结构如图1所示。首先通过传感器采集单杆的方位和俯仰信息，再通过MC9S12XS128的A/D转换模块将获得的模拟信号转换成数字信号，然后通过微处理器MC9S12XS128的SCI模块与无线传输模块进行异步通信，最后由上位机接收，完成单杆数据的远程无线传输全过程。进行两路数据采集。当单杆在任意方向发生细微位移时，这两组电位计电阻值将发生相应变化，电阻变化量经过电桥便可以转换成模拟电量。通过电压表可测得，采集到的电压数值范围在，满足MC9S12XS128单片机A/D模块输入模拟电压的范围，直接通过单片机的模拟输入引脚AN14和AN15送入A/D模块内进行模数转换。1.2无线传输模块设计目前的单杆控制系统采用的无线接口主要有RS-232和RS-485两种形式。二者的部分特征参数详见表1[5]。经对比发现采用RS-485接口传输，信号能量衰减较小，传输距离比较远，抗干扰能力较强，适合信号的远程传输。JZ873数传模块窄带抗干扰性强，接收灵敏度高，视距可靠传输距离可达2000m，采用GFSK调制方式，载频433MHz，在远程无线传输中具有独特的优势。同时自带RS-485通用接口，符合系统的设计要求。

2系统软件设计

单杆数据采集及远程无线传输的主程序的流程如图2所示。其中，Init_port()：定义I/O端口；Init_SCI():设置接收和发送的波特率、起始位、数据位、停止位和奇偶校验位；Init_ATD():设置AD转换位数、次数、通道数、对齐方式；for(;;):死循环，通过语句while(!(ATD0STAT0&0x80))不断查询状态寄存器，当有转换完成时将数据发送出去，之后再进入while语句查询状态寄存器，循环往复。

3实验测试数据

为了测试系统的传输性能，分别进行了无障碍传输和有障碍传输两组实验。其中无障碍传输的发送端和接收端位于公园湖面的两岸，尽可能降低了信号扰的几率；有障碍传输的试验地点则位于市区的步行街道。测试数据如表2、表3所示。实验结果表明，本文设计的系统在无障碍传输时成功率最高可达98.38%，在有障碍传输时成功率有所下降，这主要是由电磁干扰和电源电压稳定性差导致的。

4结论

单杆数据采集及远程无线数据传输系统的采样精度为12位，理论误差为0.024%，与以往系统相比，提高了数据采集的精度。在实际远程数据传输测试时，数据传输成功率最高可达98.38%，保证了本文设计的系统能够在一定误差范围内高速、稳定地将单杆控制信息发送至上位机，可以用于相关方面的远程控制。

参考文献

[1]李一芒,何昕,魏仲慧等.光电经纬仪单杆数据采集系统设计与实现[J].仪表技术与传感器,2011(6):14-16.

[2]陈健,高慧斌,郭劲,陈贺新.数字化单杆控制系统设计[J].光学精密工程,2013,21(11):2844-2851.

[3]金英奎,谭广通.基于VB6.0单杆跟踪模拟训练软件的设计[J].科技信息,2009(23):827-828

[4]肖文礼.单杆数据采集专用系统的软硬件设计[J].光学精密工程,1996,4(3):62-67.

[5]龚义建.串行通讯接口RS-232/RS485的应用与转换[J].计算机与数字工程,2003,31(5):58-61.

作者：张梦璠 王月 滕杏 张鹏程 赵静荣 单位：吉林大学通信工程学院