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单杆数据采集及无线数据传输系统分析
时间:2016/5/18 11:33:36

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,尽可能降低了信号被干扰的几率;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。

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