容栅技术无线通信系统设计

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1微控制器电路和键盘显示电路模块

数显力矩扳手的微控制器模块采用低价廉、低功耗的8位PIC单片机［6］，该款单片机操作简单、易于编程，单片机内部自带EEPROM和RAM，并且工作温度可以达到0℃～70℃。微控制器将传感器采集来的数据控制显示到LCD液晶模块上，同时利用数显扳手的设定的力矩值来控制声、光报警功能，这可以提醒使用者数显扳手达到了某种状态。另外，微控制器还控制着按键，将设定不同的按键实现不同的功能，来实现开机/关机功能、清零功能、方向加、减力矩值功能及快速保持显示模式功能，数显力矩扳手面板按键功能图如图3所示。

2无线通信电路模块

本文设计的数显力矩扳手通信系统采用的是一款2．4GHz射频芯片，其低功耗、内部自嵌IEEE802．15．4通讯协议，并且此芯片还支持2007Pro协议。无线通信模块［7］广泛应用于智能家居系统、环境监测系统等领域。这款射频芯片内部集成了8051内核、高性能的射频收发器、8K的RAM及FLASH，供电电压为3V，它包括三种工作模式分别为:1μA的睡眠模式、0．2μA的呼唤模式、0．4μA的中断模式，还有多通道的DMA控制器、MAC定时器、通用定时器及A/D转换器，工作温度在－40℃～125℃，这种高度集成化电流可以节约无线系统的开发成本，当无线模块在发送数据和接收数据的情况下，电流损耗大约24μA和29μA，在由休眠状态转化为主动状态时间很短，这有助于数显力矩扳手的电池使用寿命周期将会增长。数显力矩扳手的传感器芯片供电电源为1．5V，而无线通信模块电路［8］供电电源是3V，这就要求系统在传输数据时需对信号进行调理、电平转换，以保证数据可以正常可靠的通信。其无线通信模块的电平转换电路原理图如图4所示。此款无线通信模块相比蓝牙和WIFI覆盖距离面广［9］，其网络扩展性更加灵活，硬件架构简单，传输通信速率在250Kbps，相对比较快，其拥有免费的开放频带，大约在868MHz至2．4GHz左右，网络节点数可达65000个，联网所需的时间仅在30ms，而且终端设备费用低、集成度高、可靠性强，成本低等特点。

3系统软件设计

本文设计的数显力矩扳手主要工艺改进是将原有的有线数据通信技术变为无线通信技术，此无线通信技术采用高级语言C编程，使用的软件开发环境IAR来完成。其中系统包括两个收发模块，其中发送数据模块集成到数显力矩扳手主板上来发送数据，接收模块以USB接口形式插到电脑的USB口来接收数据。整个无线通信系统发送的数据的原理框图如图5所示。数显力矩扳手使用的无线通信技术有很大的优势如下。1)将给客户带来多样选择性，针对不同的客户需求，方便客户选择不同的产品，可以使用现有的有线数据传输，短距离通信;同时也可以选择无线通信传输，远距离通信;2)解决了原有传输数据的局限性，在实际传输数据的过程中，由于计算机接口有限，除了数据传输受到限制外，传输数据量也将受到限制。通过无线接收模块可以实现多个数显设备与电脑同时进行数据传输，并能够保证数据传输可靠，显示在电脑的上位机软件上。其无线通信模块的程序流程框图［10］如图6所示。

4实验结果

数显力矩扳手的无线通信模块在开发环境IAR下，使用C语言技术编程，将容栅位移传感器采集来的数据，通过无线发送模块发送到电脑的TXT文档、Excel表格中或上位机软件上。其中无线传输模块的传输速率为9600，1位起始位，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验位，传输距离可以达到15m。无线接收模块实物图如图7所示，实验结果如图8所示。数显力矩扳手与电脑通信的数据结果如图8所示，通过实验的数据可以得出，数显扳手经过无线通信系统可以现实在电脑的TXT文档和EXCEL表格里，而且数据通信可靠。本文设计的基于容栅技术的数显力矩扳手无线通信系统的研制成功，将为我所的数显量具行业在市场中将有很大的竞争力，也将为今后研发相关无线传输的量具奠定坚实的基础，极大的为今后的发展带来很大的帮助。

作者：吴怀明 尚凯伦 薛领 贺小军 单位：北京航天试验技术研究所