基于ARM无线数据采集系统.docVIP

引 言 在现代工业、农业、医药等生产过程中，温度、湿度、酸碱度、气体含量等环境参数的实时监测极为重要，环境参数的变化将极大地影响产品、农作物、医药等的质量，必须将检测到的现场环境参数及时无误地传到控制中心，而且对于大范围、大面积、大数目的现场环境监控而言，传感设备的布线和系统维护，以及对移动设备的实时监控，存在巨大的成本和技术问题。 随着无线通信技术、计算机技术的高速发展并应用到传感器技术中，传感器数据的无线数据采集成为可能，其特有的性能比传统数据采集系统更具优势。它可应用于布线和电源供给困难的区域、人员不能到达的区域(如高温、严寒、高湿的区域，受到污染的区域或环境被破坏的区域)和一些临时场合等，实现了传感系统的远程测试，这也是信息时代测试的必然趋势。 现在市面上的现场无线采集设备多为一对一采集模式，且存在传输距离短，传输速度慢，抗干扰能力差，可靠性和稳定性都不够高等问题。在本设计中针对这些问题展开思考与研究，设计能应用于供水、石化、环保、煤气、电力等各个行业，能为众多系统集成商、自动化公司和研究所一种具有极高性比、稳定可靠的无线数据采集产品。在设计中采用了ARM7处理内核提高数据处理的能力使用高性能的单片RF收发IC加大了传输距离与抗干扰能力采用优于RS-232通信接口的RS-485接口完成与PC机的连接，并可由PC通过LAN完成大范围建网。系统设计安全可靠的隔离电源，系统的稳定性和可靠性。 设计要求 在设计中，模拟使用环境为工业现场。其中使用环境温度：0℃～50℃存储温度：﹣40℃～﹢80℃，大气压力：86 Pa～106Pa，相对湿度：10% R～90%R。表1.1.1为在以上环境中具体的系统设计要求。表1.1.1 无线数据采集系统设计要求 整机部分 项 目 单 位 指 标 工作电源 V 24V DC±10% 环境温度对输出影响 ppm/℃ ≤200 绝缘强度 V ≥1000(无击穿/无飞弧) 绝缘电阻 MΩ ≥100 误码率 10E-4 数据刷新周期 s ≤1 通信频段 MHz 315 无线传输速率 bps 9600 有效传输距离 m空旷100，室内20 被测控数 通信协议 支持MODBUS ASCII波特率和奇偶校验可软件设置 接口方式 RS485接口或RS232接口 安装方式 卡式导轨安装或者底部螺丝固定 上位机部分 项 目 单 位 指 标 上位机平均功率 mW 1000 发射功率 dBm 5 控制信号频率 次/S 2 接收数据频率 次/S 与PC通信速率 bps 9600 下位机部分 项 目 单 位 指 标 下位机平均功率 mW ≤800 接受灵敏度 dBm 100 采样频率 次/S 分辨率 位 16 发送数据频率 次/S 1 下位机采集通道数 2 采集输入信号 V 0～5精 度 0.2% FS±1字 系统方案论证 控制器方案论证 由表2.1.1可知ARM处理器丰富的资源和优越的性能都是单片机无法比拟的。单片机因其功能有限，只能应用简单的控制，处理大量数据。选择ARM处理器处理多台下位机的同时通信不仅能加大系统容量，还能提高数据刷新速度。ARM与单片机资源对比见图2.1.1。 表2.1.1 系统控制器方案对比 控制器 优 点 缺 点 单片机 实现简单，开发成本低周期。 处理能力不强，被控对象少，易被干扰。 ARM 资源丰富，处理能力强，扩展简单。 开发成本、周期比单片机要高、。 图2.1.1 ARM微处理器与单片机资源对比无线通信方案论证 GPRS无线模块，适合于地区范围内外的无线数据传输，但其受到GPRS网络的限制，而且需要支出运营费用，图2.2.1GPRS采集方式原理。2.4GHz无线传输模块抗干扰能力强，稳定可靠，但其电路复杂，调试困难。从表2.2.1中可以看出，920MHz以下无线通信模块即可满足系统的设计要求，其在业界的应用方案也比较多，电路简单调试。表2.2.1系统无线通信方案对比 无线模块 传输距离 信道数 传输速率 采集对象数 成本 920MHz以下模块 50-3001-10道 300－19200bps 1-100 较低 2.4GHz模块 50-500012-120道 1M bps以上 1-100 较高 GPRS模块 受网络限制 受网络限制 受网络限制 受网络限制 很高 图2.2.1 GPRS采集方式原理方框图 A/D采集方案论证 目前业界专用AD芯片，越来越简单精度越来越高，可靠性与稳定性都要远远高于ARM处理器集成的A/D转换器。并参考表2.3.1各自优缺点。在设计中选用专用A/D芯片完成模拟量采集。 表2.3.1 A/D采集方案对比 A/D采集 位数 优点 缺点 ARM处理器集成