基于ADuC841的数据采集及无线收发系统

1 引言

传统的测控现场都是通过有线方式发送、接收数据。但有线发送在一些特殊条件下并不适合，不但成本高，而且测量精度低。因此，这里提出一种基于ADuC841的数据采集及无线收发系统的设计方案。

2 数据采集部分的设计

ADuC841采集系统由模拟多路开关、温度传感器、采样保持电路、12位逐次逼近A／D转换器、+2．5 V参考电压组成。ADuC841的模拟输入端电压有效范围与参考电压有关。当ADuC841采用内部参考电压时，其有效输入范围为0～+2．5 V。ADuC841可工作在-40℃～+85℃的工作级温度范围内，有3 V和5 V两种供电方式。该A／D转换器模块包含8通道12位、单电源供电A／D转换器，其采样频率最高可达420 kS／s(2．38μs)，在要求高速数据采集的应用中，为防止A/D转换器采样结果丢失，可采用DMA模式。ADuC841微控制器A/D转换器共有3个控制寄存器：ADCCON1～ADC-CON3，其运行模式、转换和采集时间完全取决于这3个控制寄存器的设置。其中控制寄存器ADCCON1控制A／D转换器转换和采集时间、硬件转换模式及掉电模式：控制寄存器ADCCON2设置A/D转换器通道及转换模式；而控制寄存器ADCCON3控制各种校准模式和指示A／D转换器忙状态。图1给出数据采集电路。

　
3 无线收发部分的设计

无线收发部分采用nRF905单片射频收发器，它可工作于433／868／915 MHz 3个：ISM(工业、科学和医学)频道，内部集成有频率调制器、带解调器的接收器、功放、晶体振荡器和调节器。nRF905主要特点：频道间的转换时间小于650 μs。工作电压为1．9~3．6 V，32引脚QFN封装。自动产生前导码和CRC校验码，可很容易通过SPI接口编程配置。外围器件连接简单，无需外部SAW滤波器。nRF905有ShockBurst TM发送ShockBurst RM接收两种工作模式以及掉电和SPI编程模式、STANDBY和SPI编程模式两种节能模式。nRF905的工作模式由TRX_CE、TX_IN、PWR_UP这3个引脚设置决定。图2为nRF905发射模块电路。


ADuC841通过其内部集成的SPI接口控制nRF905的发射，接口电路如图3所示。SPI串口能够同步发送和接收8位数据，即双工工作方式。SPI接口有4条线：串行时钟线(SCLOCK)、主机输入从机输出数据线(MISO)、主机输出从机输人数据线(MOSI)和低电平有效的从机选择(SS)。

接收模块电路采用STC89C52单片机控制nRF905的接收，模拟SPI通信，将接收到的数据通过串口上传到PC机显示。这里选用成本较低的STE89C52，可降低整个系统成本。图4为接收模块电路。该数据采集及无线收发系统利用ADuC841单片机的采集功能来检测模拟信号，利用该单片机的SPI接口与nRF905进行通信。实现数据的无线收发，从而构成一种实用的数据采集系统。


4 试验结果

在实验室中对该系统设计进行测试。其中一个应变对应0．002 mV，A／D转换器的参考电压为2．5 V，测试中分别选取100、300、1 000不同的微应变时所对应的电压值，然后进行无线发射。实际测量结果见表1所示，由表1可看出：3次测得值均在允许的误差范围内，无线数据的发送和接收完全相同，满足实际工程应用标准。


5 结束语

数据采集在工程实际中应用广泛，设计种类多种多样。该数据采集系统采用ADuC841单片机和nRF905单片射频收发器设计，实现了数据采集以及实时发送，整个系统设计简单，数据传输稳定，便于远距离测量。