基于短距离无线技术的多功能位移测量系统研究

李文红

摘 要：随着我国科学技术不断的发展，人民生活水平的提高，短距离无线技术在多功能位移测量中也得到了很大发展。结合容栅传感器的工作原理，再加上具有高灵敏度的射频芯片，以及STM8L101F3单片机，就可以设计出位移测量系统，其功能多样化，可以进行最小数、最大数跟踪，还可以保持示值，对数值进行清零。下面就对其进行分析，希望给有关人士一些借鉴。

关键词：短距离；无线技术；位移测量

在现代技术的发展中，集群控制、自动化控制是发展的核心目标，除此之外，最好可以做好低功耗测量，不需要人来值守等。和传统测量方式对比，短距离无线通信不仅有很强的抗干扰能力，而且安全性、可靠性都很好，基本不会受到地理因素的限制，人工安装简单，工作效率高，近些年其应用领域也在不断扩大，在以后必定是测量系统的主流。

1 对系统内部的测量原理研究

这种测量原理由平板容量理论发展而来，经过多年发展，该系统已经逐渐成熟，先分析容栅传感器的整体结构，主要包括以下几个内容，定栅板和动栅板，其中定栅板中包含反射极，其是进行信息的反射，而动栅板包括接收极和发射极，主要进行信息的接收和发射。另一方面，还包括接收极和反射极，二者之间都能形成平板电容器，在操作中给予激励信号，反射极就会把该信号反射到接收极中，而数据得到处理后，还会进行其他方向的传输，该系统工作效率比较高，可以说是短距离无线技术的核心内容。除此之外，位移和相位之间的变化还遵循一个函数关系，θ（x）= arctan[（1-2x/w）/（1+2）]，其中x是位移量，w表示小发射极的宽度，如果位移量发生1个w宽度的变化时，在接收极一方，就会产生45?的相位差。

2 系统方案设计

该系统主要可以分成3个部分，测量终端部分、接收机部分和主控机部分，除此之外，在近端终端还能作为远端终端的数据中转使用，对于主控机方面，其主要工作就是管理、控制网络通信，当采集到数据和节点后，要及时进行存储和应用，在这里PC是主控机，利用总线进行通信，芯片和RS标准电平不匹配，因此要使用芯片进行电平的转换操作。对于接收机方面，无线系统在工作中会受到外部干扰、空间布局影响，致使终端节点不能直接和主控机进行通信，进而只能利用接收机作为中转站。接收机有很强的处理能力，进行通信时，使用总线和主机就可以达到目的。对节点进行分析时，其就是一个无线数据接收和发射器，当接到上位机命令后，可以及时作出反应，在工作中要对现场数据进行采集，同时也要进行相关数据的处理。该系统可以对网络进行自己管理、自己组织，但是该网络一定要有统一的时钟系统，进而让工作有条不紊。通常会把整个网络分成5个时间段，广播信号时间段、加入和退出网络时间段、网络同步时间段、点到点的数据交换时间段、网络数据交换申请时间段。

3 科学对系统硬件的分析

3.1 分析信号处理技术

容栅一共有4根传感器信号线，串行数据线（DATA）、时钟线（CK）、地线（0V）、电源线（1.5V），通过控制信号线电平的高低，就可以让传感器达到不同的功能，例如对最小值的跟踪、对最大值的跟踪、对数据进行记录和清零等。

3.2 无线模块

使用A7102作为无线模块，其可以应用在单片射频集成电路中，工作速率最高能达到160Kb/s，有很强的抗干扰能力。内部还设置了硬件和地址码控制，工作电压在2.2～3.6V之间，耗能很低，在必要时可以进入休眠状态。对模式进行切换时，操作时间不会大于228μs，进行数据的接收和发送可以达到64字节，最大功率为+15dbm，在发射距离方面的优势明显。

3.3 硬件抗干扰

该系统在工业现场经常被使用，经常会遇到电磁干扰，经过技术人员的反复研究，发现应用光耦技术可以有效隔离电磁的干扰，让系统中的传感器和单片机分开，提高设备运行的抗干扰能力。

4 系统软件

4.1 数据采集

每间隔250ms就会发送一次数据，数据在时钟上升沿才会有效，否则都属于无效数据。在数据采集系统中，设置了24位的二进制数据，然后合理地分成六组，每组数据间隔都一致，数据是由低位到高位排列的。对于前五组数据而言，其单位都一样，而在第六组数据中，还会涉及到公英制位和符号位。还要注意一点，零位的0表示正数，而1用来表示负数。

4.2 分析模块控制技术

业内人士清楚，无线模块共有两种工作模式：FIFO模式和 Direct模式，利用寄存器中FMS可以进行设置，当设置为1时是 FIFO mode，当设置0时是Direct mode，通常会使用FIFO mode。在该模式下，射频芯片可以自动对CRC 校验码和字头进行处理，进行数据接收时，还可以自动去掉字头和校验码。

5 系统主程序设计

系统主程序设计中，主要包含A7102软件复位程序、数据收发程序、主程序、SPI写操作程序、时钟初始化子程序、SPI读操作程序以及子程序，除此之外，还包括初始化子程序，其他功能子程序等，这些设备在工作中，对信息传递有很好的实时性，因该技术和其他信息传输技术相比，还是比较现进的。

6 总结

通过上述分析得知，该系统软件运行稳定，容栅传感器能很好地完成其基本功能，和传统通信方式对比，解决了野外测量的困难，降低了布线成本，在以后发展中使用范围会更广。

参考文献

[1]李孝超，严高师.基于短距离无线技术的多功能位移测量系统[J].仪表技术与传感器，2012，（1）：43-45.

[2]朱嵘涛，徐爱钧，陈超.基于ZigBee的无线位移测量系统的设计[J].石油仪器，2011，25（2）：1-3.

[3]李艳芳，杨松，徐欣歌，等.基于像素差值的非接触位移测量技术研究[J].机电技术，2011，34（3）：21-23.

（作者单位：桂林市晶瑞传感技术有限公司）