基于C8051F和Zigbee無線網絡的汽車測試系統設計

摘要：以C8051F020為核心處理器，設計無線傳感器網絡數據采集系統。系統采用SZ05-ADV型無線通訊模塊組建Zigbee無線網絡，結合嵌入式系統的軟硬件技術，完成終端節點的8路傳感器信號的數據采集。現場8路信號通過前端處理后，分別送入C8051F020的12位A／D轉換器進行轉換。經過精確處理、存儲后的現場數據。通過Zigbee無線網絡傳送到上位機，系統可達到汽車試驗中無線測試的目的。
關鍵詞：Zigbee；無線網絡；C8051F020；嵌入式系統

汽車試驗是發現汽車設計開發中各種問題的重要手段，依據試驗結果能對汽車各種性能做出客觀的評價。作為汽車工業的基礎工程之一，汽車試驗在汽車工業的整體發展中發揮了重要作用。汽車性能測試系統是汽車試驗工程的關鍵組成部分，它是由若干相互聯系、相互作用的傳感器和儀器設備等元件，為實現對汽車各項性能的測試而組成的有機整體，汽車測試系統的性能往往對整個汽車試驗的效用產生重要影響。現有的汽車測試系統多采用有線連接，該方式存在2個弊端：1)汽車試驗需在大型專用試驗場或典型地域等惡劣環境中進行，現場布線任務繁瑣且易出錯；2)一些汽車試驗如蛇形試驗具有高危險性，對能夠減少試驗損失的測試系統更為重要。該系統以Cygnal公司的C8051F020單片機為控制核心，基于Zigbee無線網絡技術設計例如多通道數據綜合采集系統，它利用較少的外圍器件實現汽車試驗中性能參數的測試，縮短了現場布線時間，提高了試驗效率，且在試驗事故發生時減少事故損失。

1 系統總體結構設計
汽車試驗主要包括動力性能、燃油經濟性、操縱穩定性和排放特性等測試項目，主要性能參數有速度、加速度、燃油消耗量、溫度以及操縱穩定性試驗中的動態運動參數等，通過傳感器得到的這些參數的測試信號，經過前端處理模塊處理(整形、濾波、放大等)后送入C805l-F020微處理器中，在單片機內部進行模數轉換和數據處理后通過串口實現與Zigbee終端節點的連接，再由終端節點在WLAN中將數據發出，Zi-gbee中心節點接收到數據后經串口與上位機進行通訊。中心節點也可將上位機的命令發送給終端節點，控制終端節點執行。系統總體結構框圖如圖1所示。

2 系統硬件設計
2．1 前端處理模塊
傳感器將各種常見的非電量信號轉換為電量信號，一般都較微弱，前端處理模塊將這些信號進行處理后送至單片機的A／D轉換端口。本系統共有8路傳感器信號，包括2路壓變傳感器信號、2路-5～+5 V電壓信號、2路4～20 mA電流信號和2路熱電偶信號的前端處理。其中壓變傳感器信號和熱電偶信號前端處理硬件電路分別如圖2和圖3所示。

AD620是一款低成本、高精度儀表放大器，僅需1個外部電阻設置增益，增益范圍為l～10 000。對壓變傳感器信號的前端處理采用AD62-0、AD705組成的放大電路，該部分采用單電源供電，AD705是電壓跟隨器，為AD620提供輸出電壓的零點。將VREF、AGND送至MCU的8位精度AD-Cl的AINl．0、AINl．1端口，利用軟件程序實現該路信號的參考電壓和模擬地的計算。
熱電偶傳感器用來測量汽車關鍵部件溫度，其前端處理電路采用OP07的可調增益放大電路。OP07是一種低噪聲、非斬波穩零的雙極性運算放大器集成電路，具有非常低的輸入失調電壓，低失調、高開環增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測量設備和放大傳感器的微弱信號等。在對精確度要求不高的場合，OP07的失調電壓可忽略，該電路中R25和R24用來調整系統放大倍數，在選用不同類別的熱電偶時可適當調整兩者的阻值。