NRF24E1无线单片机限位测控系统设计

第３４卷第５期２００８年９月中国测试技术ＣＨＩＮＡＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ＆ＴＥＳＴＩＮＧＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶ０１．３４Ｎｏ．５Ｓｅｐｔ．２００８ＮＲＦ２４Ｅ１无线单片机限位测控系统设计张洁（西南交通大学机械工程学院，四川成都６１００３１）摘要：应用基于增强型８０５１内核的无线单片机ＮＲＦ２４Ｅ１、接近开关传感器、固态继电器（ｓｓｎ）研制了无线限位测控系统，叙述了该控制系统的硬件设计和软件流程，实现了接近报警、控制负载电源通断的功能，并成功地将其应用于桥门式起重机的限位控制。使用结果证明，该系统操作简单，工作可靠，控制性能优良，并且具有很强的通用性。因而具有广阔的应用前景。关键词：ＮＲＦ２４ＥＩ单片机；无线传感器；接近开关；固态继电器；限位控制中图分类号：ＴＨ８２２；ＴＰ３６８．２文献标识码：Ａ文章编号：１６７２－４９８４（２００８）０５一００５２—０２ＬｏｃａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎｗｉⅡ１ｗｉｒｅｌｅｓｓｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒＮＲＦ２４Ｅ１ＺＨＡＮＧＪｉｅ（ＳｃｈｏｏｌＡｂｓｔｒａｃｔ：ＯｎｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００３１，Ｃｈｉｎａ）ｒｅｓｅａｒｃｈｗｉｒｅｌｅｓｓｌＯＣａｔ／ｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｗａｓａｎｄｐｒｅｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｗｉｒｅｌｅｓｓＭＣＵＮＲＦ．２４Ｅ１ｅｍｂｅｄｄｅｄｃｏｍｐａｔｉｂｌｅｍｉｅｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ８０５１，ａｐｐｒｏａｃｈｓｗｉｓｈ∞ｌｌｓｏｒａｎｄＳＳＲ。ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｌａｎｏｆｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｆｏｒ万方数据ｔｈｉｓｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍＷａｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄ。ａｎｄｔｈｉｓｆｕｎｃｔｉｏｎ０ｆｗ啪ｉｎｇ∞ｏｂｊｅｃｔａｐｐｒｏａｃｈａｎｄｃｕｔｔｉｎｇｏｆｆｔｈｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ．ＩｔａｌｓｏＷａｓｕｓｅｄｉｎｔｈｅｌｏｃａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｏｆｃｒａｓｈｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ．ｎｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｍｖｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｏｆａｄｖａｎｔａｇｅｓｓｕｃｈａｓｅａｓｙｏｐｏｒａｔｌｏｎ，ｓｔａｂｌｅ，ｗｅｌｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｃｏｎｔｒｏｌｗｉｔｈｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ．ｒ１１１ｅＫｅｙａｂｏｖｅｓｙｓｔｅｍ地删ｔｈｅｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄｉｔｓｇｏｏｄａｐｐｆｉｃａｆｉｏｎｓ．ｓｗｉｔｃｈ；ＳＳＲ；Ｌｏｃａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｗｏｒｄｓ：ＮＲＶ２４Ｅ１；Ｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒ；Ａｐｐｒｏａｃｈｌ引言２系统功能与硬件组成ＮＲＦ２４Ｅ１无线限位测控系统硬件包括无线限位传感器节点和主控电路，系统结构如图１所示。近年来以无线片上系统（ＳｏＣ）为核心的嵌人式短距离无线通信技术得到迅速发展，典型应用包括无线传感器、射频身份识别、无线局域网、无线计算机外设、无线安防系统等等，在军事、工业及民用领域有广阔的应用前景。ＮＲＦ２４Ｅ１无线单片机是全球２．４ＧＨｚ通用的功能完整的射频系统级芯片，集成了增强型８０５１内核、无线收发器、９路ｌＯ位Ａｆｔ）转换器、ＵＡＲＴ异步传感器节点主控电路串口、ＳＰＩ接口、ＰＷＭ输出、ＲＣ振荡器、看门狗、唤醒定时器、稳压电路等等，体积小、功耗低，适用于遥控和工业传感，故选用ＮＲＦ２４Ｅ１构建无线收发模块。作者应用该无线收发模块、霍尔接近开关和固态继电器，研制了ＮＲＦ２４Ｅ１无线限位测控系统，实２．１图ｌ系统构成无线限位传感器节点无线限位传感器节点由无线收发模块、接近开关传感器电路和电源变换电路三个部分组成。无线收发模块由ＮＲＦ２４Ｅ１无线单片机、ＥＥＰＲＯＭ、印制板天线构成。ＮＲＦ２４Ｅ１通过软件编现了接近报警、控制负载电源通断等限位功能。收稿日期：２００８—０３一ｌｌ；收到修改稿日期：２００８－－０５－２３程来设定接收地址、收发频率、发射功率、无线传输速率、无线收发模式以及ＣＲＣ校验和的长度和有效数据的长度等无线通信参数。上电后，ＥＥＰＲＯＭ作者简介：张洁（１９７５一），女，重庆市人，副教授，博士，研究方向为现代测控技术。第３４卷第５期张洁：ＮＲＦ２４Ｅ１无线单片机限位测控系统设计５３中存储的程序下载到ＮＲＦ２４Ｅ１的ＲＡＭ程序运行空间。接近开关传感器是能感知物体接近程度的传感器，能识别物体接近并输出电信号。本项目采用性能优越，不受灰尘、油污、光强、振动等恶劣环境影响，适用于现场作业的霍尔传感器来感知对象接近。由于霍尔开关传感器需要至少４．５Ｖ的工作电压，而ＮＲＦ２４Ｅ１无线单片机在１．９Ｖ一３．６Ｖ的电压下工作，因此需要作电源变换。本项目采用９Ｖ充电电池为霍尔传感器供电，并经ＢＭｌｌ１７稳压至３Ｖ为ＮＲＦ２４ＥＩ供电。将磁铁固定在测试对象上，当磁铁靠近霍尔接近开关时，接近开关电路输出电压发生变化，使无线收发模块发射能绕过障碍物长距离无线传输的电磁波信号。２．２主控电路主控电路由无线收发模块、继电器电路、电源变换电路和负载插座等部分组成。万方数据当主控电路的无线收发模块接受到传感器节点发射来的电磁波时，ＮＲＦ２４Ｅ１单片机将控制固态继电器断开回路，从而使插在三相插座中的负载断电。按下复位按钮，即可恢复供电。３系统软件无线限位传感器节点单片机中固化了发送程序。发送模块主函数首先运行初始化程序，对ＣＰＵ和无线射频模块进行初始化。发送模块进入程序循环，监测霍尔传感器电路是否有信号变化，若有变化则表明磁铁接近，即调用函数把缓冲区的数据发送出去。流程图如图２所示。图２发送程序流程图主控电路单片机中固化了接收程序。接收模块主函数首先运行初始化程序，然后进入接收等待状态，监测大气中的无线信号，判断是否有与预设匹配的数据包。如果有，则使固态继电器负载端断开。等待复位按钮按下，则导通继电器，恢复供电。图３接收程序流程图４工程应用在生产流通领域发挥重要作用的桥门式起重机，很多都采用简易的机械触碰装置实现限位功能。机械式触碰装置受到频繁撞击容易发生变形，失去限位功能，导致起重机运动部件之间剧烈碰撞。这会导致起重机过早损坏，并危及生产与人员安全，造成重大的经济损失。作者将该ＮＲＦ２４Ｅ１无线限位测控装置应用于桥门式起重机作限位控制：起重机作为主控电路三相插座的负载。起重小车上安装无线限位传感器节点，在台车顶轨端部安放磁铁。一旦霍尔传感器（即起重小车）接近磁铁（即台车顶轨端部），则产生限位电信号，经信号调制电路与微处理器进行数据处理，转换成能绕过障碍物长距离无线传输的电磁波信号，发射给地面的主控电路．切断电源，有效的避免了起重机运动部件之间的剧烈碰撞。操作人员按“复位”键即可恢复供电。与老式的有线传输方式相比，无线传输方式可以避免信号传输线对现场操作的牵绊。其有效通信距离与应用环境有关，在空旷场所可达几百米，室内仍可达到ｌｏｏＩｎ。对于同一场所有多台起重机的情况，采用发送接收程序中固化不同的匹配数据包的方法或时多分址方法，均可避免多套无线测控装置相互影响产生误动作。ｌ下转第７０页）７０中国测试技术裹２不同ＬＥＤ样本的■值波长的部分散据（八为波长．单位：ｎｍ；ｎ为对应像元敖）２００８年９月参考文献【１】肖忠祥．数据采集原理【Ｍ】西安：西北工业大学出版社，２００１．【２】王庆有．ＣＣＤ应用技术【Ｍ】天津：天津大学出版社，２００２．【３】ＲｏｂｅｒｔＨ．Ｂｉｓｈｏｐ．Ｌ丑ｂⅥＥＷ６ｉ实用教程【Ｍ】．乔瑞萍，林欣，等译．北京：电子工业出版社，２００３．【４】宋晓梅．波谱分析滤波器的算法研究及ＬａｂＶＩＥＷ实现．叨西安工程科技学院学报，２００５，１９（４）：３９３—３９６．【５】马春雷．发光二极管关键测试技术研究与应用【Ｄ】．硕士学位论文．杭州：浙江大学，２００５．［６】侯瑞生．基于ＬａｂＶＩＥＷ的谐波分析仪设计【Ｄ】．硕士学位论文．长春：吉林大学，２００５．【７】袁祥辉．固体图像传感器及其应用【Ｍ】．重庆：重庆大学出５结束语本系统使用ＰＣ机作控制机，采用虚拟仪器技术，以ＬａｂＶｌＥＷ为编程平台设计的定光栅摄谱仪，充分发挥虚拟仪器技术功能强大、界面友好的特性。采取调用动态链接库的方式，不仅减少了ＥＸＥ文版社，１９９６．【８】ＧａｒｙＷ，Ｊｏｈｎｓｏｎ．ＬａｂＶＩＥＷ图形编程【Ｍ】．陆劲昆，译．北京：北京大学出版社。２００２．［９】栗塔山．最优化计算机原理与算法程序设计【Ｍ】．长沙：国防科技大学出版社，２００１．【１０】张宇和．计算机控制系统【Ｍ】．北京：北京理工大学出版社，２００２．【１１】石顺祥，等．光电子技术及其应用［Ｍ】．成都：电子科技大学出版社。２０００．【１２１ＫａｓａｐＳａｎｄ０．Ｏｐｔｏｅｌｅｅｔｒｏｎｉｅａａｎｄ件的大小和对内存空间的需求，而且使这些ＤＬＬ模块可以同时被多个应用程序使用，从而充分利用资源。通过软件设计，实现了对光谱信号峰值波长和光谱宽度的自动测量、显示等功能。表明基于虚拟仪器的摄谱仪具有使用便捷、自动化程度高、实用性强等特点。万方数据ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ－ｐｒｉ．ｃｌｐｌ黯ＨｏｕｓｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｐｒａｃｔｉｃｅｓ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇＩｎｄｕｓｔｒｙ，２００３．Ｈ卜・＿．—■’－＋噌■’’＿．一・＿．呻—＋‘—＋—＿＿－．－・＋－＋—＿．－＇呻呻—＋呻呻呻－＋—一．叶呻－＋呻＿．—－卜斗・＋－．＋＿＋—＋・＋斗－＋啼＋－＋呻－＋—＋＿＋叫＿．叫—卜呻－＋－．（上接第５３页）５【３】ＡｋｙｉｌｄｉｚｌＦ，ＷｉｒｅｌｅｓｓＷＳ．Ｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ结束语近年来无线传感技术的巨大应用价值得到了Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，２００２，３８（４）：３９３－４２２．【４】宋文．无线传感器网络技术与应用［Ｍ】．北京：电子工业出版社。２００７．【５】王殊．无线传感器网络的理论及应用【Ｍ】．北京：北京航空航天大学出版社，２００７．【６】周贤伟。覃伯平，徐福华．无线传感器网络与安全【Ｍ】．北京：国防工业出版社，２００７．【７］李晓维．无线传感器网络技术ｉｓ］．北京：北京理工大学出版社，２００７．【８】敖志刚．网络新技术概论【Ｍ】■Ｅ京：人民邮电出版社，２００７．各国政府、科研机构和企业的高度重视，成为当今一大开发热点。本文运用先进的无线传感技术研制起重机无线限位控制器，对起重机运动部件的位置作限位监控。本项目研制的无线限位测控装置不影响起重机的正常工作，不改变既有机械电气结构，具有体积小，安装方便，操作简单，不受现场灰尘、油污、光强、振动等恶劣环境影响，抗干扰性好，性能可靠等优点。可以有效地避免野蛮作业损坏起重机，延长【９】吴功宜．计算机网络高级教程［Ｍ】．北京：清华大学出版社。２００６．【１０】王永斌，屈晓旭．无线传感器网络［ＭＩ．北京：电子工业出版社，２００７．【１１】唐秀辉，周小佳．无线传感器网络技术及在环境检测中的应用研究【Ｄ】．硕士学位论文．成都：电子科技大学。２００６．起重机的使用寿命，保障生产顺利与人员安全。参考文献【ｌ】李文仲．５Ｉ单片机与短距离无线数据通信【Ｍ】．北京：北京航空航天大学出版社。２００６．【２】ＥｌｎａｈｒａｗｙＥ．Ｔｅｎｅｍｅｒｇｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｔｈａｔｗｉｌｌｃｈａｎｇｅｔｈｅｗｏｒｌｄ［Ｊ］．ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｖｉｅｗ。２００３（１）：１０６．