基于单片机的数据采集与近距离无线传输系统研究

郝小雷，刘志强

（1.69016部队，新疆　乌鲁木齐　830001；2.预备役192师第575团，辽宁 本溪 117000）



基于单片机的数据采集与近距离无线传输系统研究

郝小雷1，刘志强2

（1.69016部队，新疆乌鲁木齐830001；2.预备役192师第575团，辽宁 本溪 117000）

摘要：近年来，我国工业发展迅速。在这样的背景下，自动化机电设备的应用也得到了相应的普及。与此同时，一些自动化机电设备的规模、复杂程度以及智能程度也越来越高。在自动化机电设备广泛应用的条件，确保其运行的稳定性及安全性非常重要。文章对基于单片机的数据采集与近距离无线传输系统进行研究，首先对相关系统进行简要概述，然后对系统的结构及功能进行分析，进一步对硬件部分的实现以及软件部分的实现进行分析，希望以此使该系统能够为自动化机电设备可靠性及安全性的提高提供有效技术支撑。

关键词：单片机；数据采集；无线传输系统

进入21世纪以来，我国社会经济呈现了快速的发展势态，在这样的势态下我国工业也快速发展起来［1］。基于工业生产过程中，少不了自动化机电设备的应用。而要想使自动化机电设备在运行过程中的稳定性及安全性得到有效保障，为其提供相关技术及系统的支持非常关键。而基于单片机的数据采集与近距离无线传输系统便能够提高自动化机电设备在运行期间的稳定性及安全性。鉴于此，本文对“基于单片机的数据采集与近距离无线传输系统”进行研究意义重大。

1　相关系统简要概述

基于工业控制系统当中，一般的数据方式有2类：其一为持续发生变化的电压或电流等模拟量蓝齐儿为基于二进制模式的开关量。当中，持续发生变化的模拟量需要多类传感器的支持，才能够使数据得到有效输出。因此，此类数据方式相对于基于二进制模式的开关量更为常见。在此次研究中，将模拟量视为采集数据的主要途径［2］。通常条件下，所采集的数据需使用导线向控制中心传输。此类方法需利用专门使用的电缆进行铺设，并且在造价成本上显得不够经济，此外在电缆维修养护方面难度也较大。综合考虑，为了解决在造价成本、电缆维修养护方面的不足，此次在相关系统设计过程中，使用了AT89S52单片机作为核心芯片，并使用高性能无线收发芯片CC1000、MAX1167多通道A/D变换器以及AD623仪器放大器等芯片，进而使数据采集与近距离无线传输系统的高速性及稳定性得到有效提高。

2　系统结构及功能分析

在系统设计过程中，需对系统的结构及功能充分了解，这样才能够为系统的优化设计提供科学凭据。对于将AT89S52单片机作为核心芯片的系统来说，其系统结构以及系统相关功能为。

2.1系统结构

将AT89S52单片机作为核心芯片的系统主要由两大组分组成：其一为数据接收处理部位；其二为数据采集发送部分。将数据接收处理部位称之为上位机，上位机又进一步细分为3个模块，即单片机控制系统模块、无线收发模块以及串行通信模块。本文将数据采集发送部分称之为下位机模块，下位机模块组分较多，包括了单片机控制系统、A/D转换模块、无线收发模块以及信号放大模块等［3］。此外，单从AT89S52单片机内部结构来看，包括了数据存储器、程序存储器、微处理器、控制部件以及特殊功能寄存器等。如图1所示，为AT89S52单片机内部结构如图1所示。

图1　AT89S52单片机内部结构

2.2系统功能

要想了解系统的整体功能，需从上位机和下位机2个方面着手：（1）基于上位机中，单片机控制系统主要针对上位机的其他模块进行控制。而无线收发模块则主要和下位机保持通信关系，使短距离的数据传输得到有效实现，同时使信息的传输得到有效控制。对于串行通信模块来说，主要把无线收发模块所接收的数据向设备控制中心传输。（2）基于下位机中，传感器主要对原始数据进行采集。放大器主要把传感器传输得到的模拟量进一步放大。而模拟量被放大之后，其数字化则需A/D转换模块加以实现。进一步在单片机控制系统的作用下，使数字化进一步向二进制数据转化［4］。此外，单片机控制系统还起到了对无线收发模块控制的作用，进而以天线为传输渠道，通过电磁波的方式把数据向上位机发送过去。

3　系统硬件部分的实现分析

在上述分析过程中对本次设计系统的硬件有了一定的认识，为了使系统硬件部分得到有效实现，下面就对其相关硬件进行详细分析。

3.1AT89S52单片机分析

在本次系统当中，所使用的单片机即为AT89S52单片机，由Atmel公司生产，属于八位CMOS微处理器，主要特点是功耗低以及性能高。其内部具备在线可编程Flash存储器，属于8K字节类型，此外还包括了看门狗定时器以及计数器等。基于系统应用分析，AT89S2单片机能够与工业上指定的80C51产生充分兼容，进而使系统功能的实现得到有效保障。

3.2无线收发模块分析

基于无线收发模块当中，系统应用了CC1000加以实现，这是一类单片无线收发一体芯片，由Chipcon公司生产，主要的特点是功耗低以及电压低。在工业以及医疗的一些特定频率当中，该无线收发模块具备显著应用价值。与此同时，在不能直接适应的频率中，可采取编程的方式使其间接性地在一些频率中应用。在此次系统设计过程中，将工作频率控制在433MHz。在此芯片应用的条件下，使得短距离的数据传输显得更加稳定，同时还具备接收稳定数据的功能。

3.3转换器分析

在此次系统设计过程中，所使用的转换器为MAX1167 A/ D转换器，由MAXIM公司生产。该转换器主要用于模数的转换，其具备的特点包括功率低、高精度以及多通道等。采样频率最高数值为200K，其内部有4V左右的参考电压集成，与此同时还包括了参考电压缓冲器以及自动掉电等功能。总之，该转换器在模数转换中效率高，为系统硬件部分功能的实现奠定了基础。

3.4放大器分析

为了使传感器小信号的放大得到有效实现，此次设计了AD623放大器，这是一种集成单电源仪表放大器，基于单电源3～12V的条件下能够使电源幅度的输出得到有效实现。与此同时，该放大器可以进行单独的增益设置电阻，进一步使增益编程得到有效实现，这样便使得放大器的功能的灵活度得到有效提高。基于没有外接电阻的情况下，如果该放大器设置单位增益，则可以使外接电阻值扩大数千倍［5］。并且，该放大器的误差偏小，能够使线路可能产生的噪声得到有效控制。基于整体层面分析，AD623放大器是以单电源的方法进行设计的，基于双电源工作环节中，它还是可以发挥出很好的性能作用。

4　系统控制流程及软件实现分析

如前所述，系统做好分为上位机和下位机两大构成部分。而本次所设计的系统的控制流程便是这两大构成部分的主要工作。与此同时，软件的实现也可系统控制流程有着密不可分的关系。具体内容包括如下。

4.1上位机控制流程分析

对于上位机来说，其控制流程实现需严格遵循基本原则：首先，通过上电完成初始化工作，然后由控制无线收发模块对相关控制信息进行发送，例如下位机ID信息、校验荷以及传感器编号信息等。其次，通过串行通信模式把数据向设备控制中心传输，当接收到与设定值个数相符合的数据之后，上位机再进行控制信息的发送，进一步完成其他传感器数据的采集。如果情况较为复杂，则可利用按键对一些复杂传感器数据进行采集。

4.2下位机控制流程分析

与上位机相同，下位机在控制流程实现过程中也需遵循一定的原则：首先，下位机需保持在初始化状态，将上位机的控制信息接收到之后，以控制信息为依据，对MAX1167采集到的不同通道的输入数据进行控制，进一步在无线收发模块的作用下，将采集的数据发送出去［6］。将一定数量的数据发送之后，再转化为接收方式，对上位机的命令进行接收，最终对特定的传感器数据进行采集以及发送。总之，无论是上位机控制还是下位机控制，均需要遵循一定的流程，这样才能够使软件功能的实现得到有效保障。

5　结语

通过本文的探究，认识到在我国工业发展的背景下，相关技术也不断的进步，而对于其中的自动化机电设备来说，由于复杂程度、只能程度越来越高，为此确保其在运行过程中的稳定性及安全性便显得极为重要。在此次研究过程中，设计了基于单片机的数据采集与近距离无线传输系统。笔者认为，在系统设计过程中，首先需对系统的结构以及功能有足够的了解，以此为系统的优化设计奠定基础。本系统设计过程中，将AT89S52单片机作为核心芯片，同时还包括了无线收发、转换器、放大器等硬件设备，每一类设备均具备自身的功能。此外，在系统控制流程方面，主要分为上位机的控制流程和下位机的控制流程。本次设计的系统能够提高自动化控制设备在运行过程中的稳定性及安全性，进一步为相关工作生产效益的提高奠定坚实的基础。

［参考文献］

［1］刘小群，钱郁，陈磊.基于单片机的多路数据采集与传输显示系统［J］.电源技术，2014（8）：1546-1548.

［2］李图江.基于单片机的数据采集和无线数据传输系统研究［J］.硅谷，2014（17）：14.

［3］李斌，邹家焱.基于MSP430单片机的录井无线数据采集系统设计［J］.仪表技术与传感器，2011（6）：69-71.

［4］楼平.基于GPRS的无线远程气象数据采集传输系统设计［J］.电子测量技术，2012（5）：118-122.

［5］梁锦，赵同刚.基于CC1110单片机的阴极保护数据采集通信节点及节点间无线通信控制系统设计［J］.软件，2012（12）：205-209.

［6］左湘文，薛筝筝，肖建辉，等.基于51单片机的气象数据无线传输系统的设计开发［J］.气象科技，2015（5）：829-832.

Based on Single Chip Microcomputer Data
Acquisition and Wireless Transmission System Closely

Hao Xiaolei1, Liu Zhiqiang2
（1.69016 Units， Urumqi830001， China；2.Reserve 192， 575th Regiment， Benxi 117000， China）

Abstract：In recent years, the industry has developed rapidly in our country. In this context, the application of automated mechanical and electrical equipment is the popularity of the corresponding. At the same time, some degree of automation of mechanical and electrical equipment scale, complex and intelligent degree is becoming more and more high. In the conditions of the automation of mechanical and electrical equipment widely used， to ensure the running stability and security is very important. This paper based on the single-chip microcomputer data acquisition and wireless transmission system is studied from close range， frst to a brief overview of related systems，and then analyzes the structure and function of the system, further to the realization of the realization of the hardware part and software part were analyzed, and hope to make the system can provide automation to improve mechanical and electrical equipment reliability and security of effective technical support.

Key words：single chip microcomputer; data acquisition; the wireless transmission system

作者简介：郝小雷（1981-），男，安徽涡阳，硕士，助理工程师；研究方向：计算机软件工程，多agent系统。