基于MSP430和nRF905的塔吊無線遙控系統

　0 前 言

　　無線遙測產品的市場發展迅速，無線遙測技術已經成為決定產品競爭力的一個重要因素。從發展的眼光來看，塔吊產品的無線化是大勢所趨，目前國內建筑工程等行業使用的塔吊多屬控制室控制形式。控制室束縛、視線不清、環境惡劣或指揮配合不當等因素皆可形成事故隱患。國外同類產品價格太高，多為通用型產品，而我國大量的建筑施工中小型企業所使用的塔吊型號多，很難根據用戶提出的相關技術資料（機械電氣原理圖，工作機構原理圖等）進行遙控改造，繼而結合實際需求，選定最佳的控制方案，亦即不適應我國的市場需求特點。

　　在現有塔吊控制室控制的基礎上，結合微型計算機控制技術，本研究提出一種低功耗、自動CRC校驗碼、軟件編碼和硬件譯碼、接收器采用無記憶控制且具有高抗干擾能力和高可靠性的塔吊無線遙控系統，既保證了安全操作又大幅度提高了生產效率。

　　1 系統結構和功能概述

　　新型塔吊無線遙控系統包括發射器和接收器兩個部分，遙控系統結構，如圖1所示。發射器由鍵盤輸入電路、單片機、無線發射電路和天線等構成；接收器由接收天線、無線接收電路、單片機、三2八譯碼器、反相器、與非門、光電耦合器、繼電器等構成。其特點是系統的核心采用超低功耗的MSP430系列單片機，進而采用三2八譯碼器、反向器、與非門、光電耦合器以提高抗干擾能力和系統的可靠性。

圖1 系統結構

2 系統硬件電路設計

2. 1 發射電路

　　信號發射電路包括鍵盤、CPU 和數據發射部分，硬件原理，如圖2 所示。塔吊的控制量（上、下，左、右、前、后、低速、中速、高速、急停等）通過鍵盤輸入電路將相應控制信號送入單片機MSP430F135的I/O口，經過單片機處理的信號通過其SP I口輸出到無線芯片nRF905,單片機協調整個系統的正常工作，同時對射頻芯片進行設置以確定其工作模式、工作頻率、傳輸速率等參數，輸出信號經過無線芯片的處理，送入無線發射部分發送至接收方。

　　MSP430單片機是TI公司生產的一種超低功耗的混合信號控制器。這些微控制器可用電池工作，而且可以有很長的使用時間，器件在少于6μs的時間內可以從低功耗模式迅速喚醒。MSP430單片機內還集成了A /D轉換器、硬件乘法器、定時器、比較器等模塊。

圖2 發射器硬件原理圖

　　發射部分采用nRF905 芯片。nRF905 是挪威Nordic公司推出的單片射頻收/發器。工作電壓為1. 9~3. 6 V, 32引腳QFN封裝（ 5 mm ×5 mm） ,工作于433 /868 /915 MHz 3個ISM頻道。nRF905由頻率合成器、接收解調器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器組成，不需外加聲表濾波器， ShockBurstTM 工作模式，自動處理字頭CRC （循環冗余碼校驗） ,使用SP I接口與微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低。以10 dBm的輸出功率發射時電流只有11 mA,工作于接收模式時的電流為12. 5 mA,內建空閑模式與關機模式，易于實現節能。nRF905提供了強大的跳頻機制以及大量的頻道支持，可以應用于許多特殊的場合。

　　2. 2 接收電路

　　接收電路與發送電路基本相同，只是無線芯片工作在接收模式。塔吊系統的可靠性要求高，為防止干擾引起接收電路誤動作，接收驅動輸出采用軟件編碼、硬件譯碼技術，即每個繼電器的動作對應一個數字編碼，該編碼經譯碼器譯碼輸出，輸出信號經光耦隔離和反相器驅動輸出控制繼電器的動作。這樣其他信號的輸出將被禁止，也消除了系統由于上電（或斷電）短暫時刻I/O口輸出不確定而引起的誤動作。