基於無線通訊技術的無線壓力變送器的製作方法
2023-05-13 21:15:01 1
專利名稱：基於無線通訊技術的無線壓力變送器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及測量電子技術，特別是涉及一種用於工業領域壓力測量的基於 Zigbee (—種短距離、低速率無線網絡技術)無線通訊技術的無線壓力變送器的電 子技術。
背景技術：
對於壓力的測量，使用壓力變送器是工業領域的測量方式之一，傳統的壓力變 送器都為兩線制或四線制方式傳輸數據。安裝使用傳統壓力變送器時，必須鋪設電 纜，這樣不但電纜成本必須考慮，而且由此帶來的人工費用和日後的維護費用都必 須考慮。而且有些場合電纜難以鋪設，對於補充安裝的變送器，則必須重新挖開電 纜溝鋪設電纜，成本明顯上升。基於此背景，開發的無線壓力變送器克服了必須鋪 設電纜的弊端，節省了鋪設和維護電纜的工程和費用。
在現有的無線傳輸技術中，紅外線傳輸不能繞過障礙物，應用面窄；藍牙技術 傳輸距離太短、功耗及成本還不夠低、開發較複雜，都限制了它的推廣應用；無線 區域網Wi-Fi技術網絡節點有限，不宜到處使用。
實用新型內容
針對上述現有技術中存在的缺陷，本實用新型所要解決的技術問題是提供一種 提供一種能解決傳統變送器的必須鋪設電纜的問題的，低成本、低功耗、高可靠性、 組網方便簡捷的基於Zigbee無線通訊技術的無線壓力變送器。
為了解決上述技術問題，本實用新型所提供的一種基於Zigbee無線通訊技術的 無線壓力變送器，包括擴散矽傳感器，其特徵在於，還包括
一信號採集板，由電源晶片、信號放大晶片、基準晶片和模數轉換晶片組成， 其中擴散矽(傳感器)的信號輸入端經信號放大晶片、模數轉換晶片連接SPI總線， 基準晶片連接模數轉換晶片，電源晶片連接電源輸入端並向所述其他所有晶片供電; 所述信號採集板用於完成讀取擴散矽信號、信號放大後進行的模數轉換
一主電路板，用於實現壓力值計算、程序下載及無線通訊等，包括集成MCU 和RF功能的晶片，所述RF晶片的輸入端經SPI總線連接信號採集板的模數轉換芯 片，所述RF晶片的輸出端連接天線，所述RF晶片的電源端連接信號採集板的電源 晶片的3.3V電源；所述RF晶片通過SPI總線讀取擴散矽數據信號，經過補償運算 後，將測量的壓力值通過天線用射頻信號發射出去；並接收基站的信號，完成與基 站間的數據通訊工作。
擴散矽(傳感器)通過接線端子與信號採集板相連接，擴散矽信號送給信號採 集板，再由SPI總線將數據送至主電路板，經主電路板發送和接收。 進一步的，所述集成MCU的RF晶片連接按鍵和LED指示器。 進一步的，為了調試的需要，所述主電路板設有RS232接口。 利用本實用新型提供的基於Zigbee無線通訊技術的無線壓力變送器，由於採用 問世僅有3年多的工EEE 802.15.4/ZigBee無線傳輸技術，才真正具備低成本、 低功耗、高可靠性、組網方便簡捷的綜合優勢，是受到普遍重視的無線通訊技術。 因此，開發無線壓力變送器時採用ZigBee無線通訊技術。因此，本實用新型的有 益效果是具有傳統壓力變送器的優點，不存在布線問題，而且功耗低，數據通訊安 全可靠，具有良好的開放性。
圖1為本實用新型實施例無線壓力變送器的結構框圖； 圖2為本實用新型實施例主電路板的原理框圖；圖3為本實用新型實施例信號採集板的原理框圖； 圖4為本實用新型實施例啟動程序框圖； 圖5為本實用新型實施例查表法處理數據的程序框圖； 圖6為本實用新型實施例通信流程的程序框圖。
具體實施方式
以下結合附圖說明對本實用新型的實施例作進一步詳細描述，但本實施例並不 用於限制本實用新型，凡是採用本實用新型的相似結構及其相似變化，均應列入本 實用新型的保護範圍。
由圖1-圖3所示，本實用新型實施例所提供的一種基於Zigbee無線通訊技術 的無線壓力變送器，包括擴散矽傳感器，其特點是還包括
一信號採集板，如圖3所示，由電源晶片、信號放大晶片、基準晶片和模數轉 換晶片組成，其中擴散矽(傳感器)的信號輸入端經信號放大晶片、模數轉換晶片 連接SPI總線，基準晶片連接模數轉換晶片，電源晶片連接電源輸入端並向所述其 他所有晶片供電；所述信號採集板用於完成讀取擴散矽信號、信號放大後進行的模 數轉換；
一主電路板，如圖2所示，用於實現壓力值計算、程序下載及無線通訊等，包 括集成MCU和RF功能的晶片(JN5121 )， JN5121晶片的輸入端經SPI總線連接信 號採集板的模數轉換晶片，JN5121晶片的輸出端連接天線，JN5121晶片的電源端 連接信號採集板的電源晶片的3.3V電源；JN5121晶片通過SPI總線讀取擴散矽數 據信號，經過補償運算後，將測量的壓力值通過天線用射頻信號發射出去。並接收 基站的信號，完成與基站間的數據通訊工作；JN5121晶片連接按鍵和LED指示器；
擴散矽(傳感器)通過接線端子與信號採集板相連接，擴散矽信號送給信號採 集板，再由SPI總線將數據送至主電路板，經主電路板發送和接收。為了調試的需 要，因此增加了 RS232接口。
由圖l所示，信號採集板讀取擴散矽信號，經過放大後通過SPI總線送至主電 路板。主電路板進行計算，並負責與基站或手持式通訊器的通訊。
所述JN5121晶片的MCU編寫軟體，下載軟體-
ZigBee協議棧中，將用戶自行開發的應用作為一個任務添加在任務列表中，MCU 啟動後，完成一系列初始化工作，就等待任務的處理。程序框圖如圖4所示系統 上電；關閉中斷；初始化內存；初始化硬體埠；初始化系統；確定擴展地址；初 始化MAC層；初始化作業系統；允許中斷；硬體初始化結束；顯示設備信息；系 統啟動等待任務；系統不同的任務有不同的優先級別。
對於無線壓力變送器而言，只有壓力測量計算功能這一個用戶定義和添加的任
務，其餘都是協議棧為了完成ZigBee網絡層、MAC層等功能而自帶的任務。
1) 壓力測量計算，
本無線壓力變送器使用折線計算並乘以係數得到壓力值。方法是根據擴散矽的 信號與壓力值對應關係在程序中建立一個曲線函數，讀取擴散矽的AD轉換代碼後， 根據該曲線得出對應數值，根據得到數值後再乘以係數得到壓力值。其處理數據的
程序框圖如圖5所示開始，讀取模數晶片得到數位訊號；判斷是否異常？是則無 線發送傳感器異常信號，返回至開始；否則計算出壓力值；壓力值放入寄存器內； 返回至開始。
2) 與基站/讀表器間通訊設計，
ZigBee通信技術提供了從物理層至網絡層的解決方案，因此用戶編程時，只需 考慮應用，對於幀的構建等具體過程等都不必考慮，由ZigBee協議棧完成。這樣簡 化了應用開發的精力投入。無線壓力變送器與抄表器間的通信流程框圖如圖6所示
接收到MSG;事件觸發；接收數具緩衝區；將數組解包；命令解析；執行相應動作；
發送MSG至基站/手持式通訊器；取無線壓力變送器相關數據；組建ZigBee數據包；
發包至基站/手持式通訊器。 本實用新型的工作過程
該無線壓力變送器上電後，首先尋找加入ZigBee網絡。當測量到擴散矽信號， 進行放大後，將電壓模擬量信號轉換為數位訊號，通過SPI總線送至JN5121模塊， JN5121模塊計算出對應的壓力值，放入寄存器內。基站通過ZigBee網絡尋找到該 無線壓力變送器，並讀取寄存器內的壓力值。
權利要求1、一種基於無線通訊技術的無線壓力變送器，包括擴散矽傳感器，其特徵在於，還包括一信號採集板，由電源晶片、信號放大晶片、基準晶片和模數轉換晶片組成，其中擴散矽的信號輸入端經信號放大晶片、模數轉換晶片連接SPI總線，基準晶片連接模數轉換晶片，電源晶片連接電源輸入端並向所述其他所有晶片供電；所述信號採集板用於完成讀取擴散矽信號、信號放大後進行的模數轉換；一主電路板，用於實現壓力值計算、程序下載及無線通訊等，包括集成MCU和RF功能的晶片，所述RF晶片的輸入端經SPI總線連接信號採集板的模數轉換晶片，所述RF晶片的輸出端連接天線，所述RF晶片的電源端連接信號採集板的電源晶片的3.3V電源；所述RF晶片通過SPI總線讀取擴散矽數據信號，經過補償運算後，將測量的壓力值通過天線用射頻信號發射出去；並接收基站的信號，完成與基站間的數據通訊工作。
2、 根據權利要求1所述的基於無線通訊技術的無線壓力變送器，其特徵在於， 所述集成MCU的RF晶片連接按鍵和LED指示器。
3、 根據權利要求1所述的基於無線通訊技術的無線壓力變送器，其特徵在於， 所述主電路板設有RS232接口 。
專利摘要本實用新型公開一種基於Zigbee無線通訊技術的無線壓力變送器，涉及電子技術技術領域；所要解決的是壓力變送器數據無線傳輸的技術問題；該無線壓力變送器包括一信號採集板，其中擴散矽信號輸入端經信號放大晶片、模數轉換晶片連接SPI總線，電源晶片連接電源輸入端並向所述其他所有晶片供電；一包括集成MCU和RF功能的晶片主電路板，所述RF晶片通過SPI總線讀取擴散矽數位訊號，經過補償運算後，將測量的壓力值通過天線用射頻信號發射出去；並接收基站的信號，完成與基站間的數據通訊工作。本實用新型具有低成本、低功耗、高可靠性、安裝使用簡捷的特點。
文檔編號G08C17/02GK201203937SQ20072019906
公開日2009年3月4日 申請日期2007年12月11日 優先權日2007年12月11日
發明者瑜 彭, 煊 塗, 凱 王, 鄭麗國, 黃冠宇 申請人:上海工業自動化儀表研究所