基于PA及蓝牙无线传输的电气参数远程采集系统设计

乐山师范学院 侯 敏 胡玉旺 蒋 强



基于PA及蓝牙无线传输的电气参数远程采集系统设计

乐山师范学院 侯 敏 胡玉旺 蒋 强

【摘要】近几年无线通信技术发展非常迅速，蓝牙无线传输便是其中一种。本论文研究的是基于PA及蓝牙无线传输的电气参数的远程采集系统，利用CC2500芯片和单片机MK60组成一个PA无线传输系统，采用SPI通信将检测的电气参数（U、I）传输到上位机。无线传输方式利用ATK-HC05芯片和单片机MK60芯片组成蓝牙模块，采用串口通信将采集到的电气参数（U、I）传输到手机上。无线传输方式方便使用者随时随地的查看参数值的变化。

【关键词】电气参数；无线传输；参数采集；手机APP

1　引言

目前电气参数采用的主要方式都是有线传输方式[1]，有线传输方式的的最大的优点就是稳定，一般情况下不会出现故障[2].但是也有很多的不足之处，比如：有线传输建立需要架设电缆或者挖掘电缆沟；成本大，需要浪费人力物力。本论文采用的是无线传输方式（PA传输、蓝牙传输），克服了有线传输的不足，可以适应各种地理环境、扩展性好、设备少，维护方便，所以更加完美的实现了电气参数的传输，在电气参数传输中具有广阔的前景!

本研究采用CC2500芯片实现PA无线传输，传输距离广，在空旷的地方可以传输一千多米，在地形比较复杂的山区也可以传输比较长的距离。并且我们设置了一个蜂鸣器，给采集的电气参数（U、I）一个上下值，超出范围，就会由警报的方式超限报警。方便检测者实时监控数据的变化情况，及时做出应对措施。

2　数据采集系统的设计思路

图1　电气参数无线采集系统设计

本论文研究的是无线传输，分别是通过蓝牙传输到手机，通过PA无线传输传输给电脑。以下就单片机、蓝牙（串口通信）、PA无线传输这三部分作出说明。

3　单片机芯片MK60的简介

选用的K60P144M120SF3芯片，32位处理器内核，总线频率高达200MHz。还具有128KB的RAM和256KB的FLASH。相对于其他主控芯片具有高处理速度，精确处理的特点。

4　PA线无线传输

4.1PA线无线传输CC2500简介

图2　CC2500PA无线数传模块功能框图

CC2500PA远距离无线传输模块，它是一款工作于2.4-2.5GHz世界通用 ISM频段的无线收发芯片。它相对于CC2500模块，又集成了高集成度的射频前段芯片，使这个模块最高输出功率达到了+22dBm。经测试，在空旷地带可最远传输1500m的距离。这也是本设计的一个最大优点，它不仅传输距离远，数据传输精确，而且具有工作稳定抗干扰，价格便宜，实用的优点。

图3　CC2500PA无线数传模块引脚定义

图4　CC2500PA无线数传模块射频前段芯片控制

以上为CC2500PA无线数传模块的引脚定义，以及射频前段芯片控制，SPI通信是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间[3]，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议。

4.2CC2500的工作状态

CC2500四种工作状态：接收（RX）、发送（TX）、空闲（IDLE）、休眠（SLEEP）。休眠模式就是待机时间长、耗电少。各个模式之间可以自如的切换。CAA能够指示当前信道是否处于空闲状态。当芯片要进入发送模式时，会首先检查信道，只有信道为空闲时，才会进入发送模式，否则会停留在原模式或者由编程设定进入其他模式[4]。

4.3CC2500的数据传输方式

CC2500有独立的64bytes接收/发送缓冲区，可以只通过SPI的接口传输相应的命令控制CC2500，收发数据时只需要通过SPI直接操作数据缓冲区即可。

4.4SPI总线

SPI总线系统是一种同步串行外设接口，总共有SCK、SDO、SDI、SS这4根线。 SPI总线只有接一个从设备时，只要用到SCK、SDO、SDI这3根线。

SPI是一个环形总线结构，由ss(cs)、sck、sdi、sdo构成，其时序其实很简单，主要是在sck的控制下，两个双向移位寄存器进行数据交换[5]。

上升沿发送、下降沿接收、高位先发送。

上升沿到来的时候，sdo上的电平将被发送到从设备的寄存器中。

下降沿到来的时候，sdi上的电平将被接收到主设备的寄存器中[6]。

5　蓝牙串口通信

5.1蓝牙模块的简介

蓝牙无线传输方式近些年发展非常迅速 ，ATKHC05蓝牙模块采用跳频扩谱技术。ATK-HC05蓝牙设备的最大发射功率可分类为3级：100mw(20dB/m)、2smw(4dB/m)、1mw(0dB/m)。

5.2蓝牙模块的工作原理

ATK-HC05蓝牙模块设备在生产的时候就已经有了自身的配对信息，两个设备之间通电就可以自动连接，采用透明的串口传输，不需要外围电路的干涉。蓝牙系统的工作方式是跳频，可以点对点，点对多点的方式进行连接传输。

图5　ATK-HC05模块的各引脚功能描述

ATK-HCO5自带了一个状态指示灯：STA。这种灯有3种状态，分别是：

（1）在ATK-HC05模块通电时，KEY为高电平（接VCC），STA则慢闪(亮的频率大约是1秒/一次)，表明模块进入了AT状态。

（2）在ATK-HC05模块通电时，KEY接在GND或者悬空状态时，这时STA会出现快闪（亮的频率大约是1秒2次），表明ATK-HC05模块进入了了可以配对的状态。当然如果这个时候再次将KEY拉高，ATK-HC05模块也会进入AT的状态中，但是STA仍然会保持在快闪的状态。

（3）此刻证明模块已经属于配对成功状态，STA会进行双闪（亮的频率大约是一次闪2下，2秒/1次），如图6所示。

5.3串口通信

当CPU的并行数据字符转换为持续的串行数据发送出去，再将串行数据转换成为并行的数据字符提供给CPU器件。

串口按位（bit）发送和接收字节，串行接口工作的特点就是可以将CPU的并行数据字符和串行数据流可以相互转换。布线少，在实际的生产运用中，可以大大的节约生产成本。

5.4电气参数无线传输

电气参数无线传输系统分为电气参数采集端和电气参数接收端两个部分。采集端是将传感器采集到的电气参数传输到MK60芯片中，MK60和CC2500组成一个模块将数据无线发送到另一个MK60和CC2500组成的模块。接收端是MK60和CC2500模块将接收的数据储存于MK60的芯片中，再通过蓝牙串口通信传输到手机中，或者是通过串口通信传输到电脑中。这个方法充分的利用了无线传输的方法，将采集到的电气参数数据传输到电脑或者手机上面，方便实时查看其数值的变化。

图6　ATK-HC05蓝牙串口模块原理图

图7　无线传输示意图

6　结束语

本次的模拟装置主要是可以实现电气参数和非电气参数的采集、以及无线传输到电脑或者手机上，方便使用者可以实时检测到采集到的数据值。这次项目设计中，碰到一些疑难问题，在大家的不断探讨和查找资料之后，顺利解决。

参考文献

[1]侯文卓.基于Blackfin的工业智能相机设计[D].哈尔滨理工大学硕士论文,2012.

[2]刘润.基于STM32精密程控电压源系统的研究与设计[D].苏州大学硕士论文,2013.

[3]余川江.基于ARM平台的μC/OS-Ⅱ的内核分析、扩展及改进[D].西安电子科技大学硕士论文,2010.

[4]张菊.大型机床导轨直线度测量仪设计[D].哈尔滨理工大学硕士论文,2010.

[5]李渊,李巧,刘玉粱.基于RFID电子铅封管理系统的设计及应用[J].科技创业家,2012.

[6]赵宇杰.一种带非接触支付功能的USB Key硬件和固件设计与实现[D].太原理工大学硕士论文,2010.

侯敏（1993－），女，四川阆中人，本科，主要从事基于手机平台的电气参数无线采集系统设计。

胡玉旺（1993－），男，安徽淮南人，本科，主要从事基于手机平台的电气参数无线采集系统设计。

蒋强，博士，副教授，主要从事电力自动化研究。

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项目资助：乐山市科技局重点研究项目（项目编号：15NZD100）。