無線溫度、壓力監測系統(05-100)

　　工作原理

　　PIC12F675是S/TX的核心,選用這個器件有3個理由。首先,該器件已廣泛地使用于多種發射應用中,微控制器備有RF發射電路,簡化了發射器的設計;其次,器件內部有一個RC振蕩器,減少了外部元器件數量,直接降低了模塊成本,縮小了電路板尺寸;第三,器件內部還有一個比較器,在解碼LF信息中起到重要作用;最后,該器件前有一個10位A/D轉換器,可讓設計者使用模擬式壓力傳感器。

　　rfpic具體實現了3個功能,監測來自SP-13傳感器IC的數據線和LF輸入;定期匯編測量數據;周期性地發送RF信息。

　　rfpic通電后執行初始化程序,然后進入休眠狀態,直至檢測到SP-13數據線或LF輸入狀態有變化才被喚醒,讓它過渡到工作方式。如果是被SP-13喚醒的,rfpic讀取輸入數據,將數據匯編成合適的消息,然后通過RF發達器發射出去,發射完成后rfpic重新進入休眠狀態;如果是LF輸入喚醒的rfpic解釋LF消息,執行相應的命令,然后也重新回到休眠狀態。

　　SP-13傳感器IC

　　SP-13測量壓力與溫度,并在電池電壓低于預設的閾值時產生一個標志。該器件還含有一個32位ID,供中心接收器識別。

　　SP-13有5個工作模式：

　　SP-13測量壓力與溫度,并在電池電壓低于預設的閾值時產生一個標志。該器件還含有一個32位ID,供中心接收器識別。 SP-13有5個工作模式： 存儲模式：若壓力低于1.5bar,每隔60s測量一次數據且不發送數據。 初始模式：壓力增加至1.5 bar時進入該模式。在此模式,每隔0.85s測量并發送數據,這一過程要重復256次,若壓力仍高于1.5 bar,器件進入正常模式;反之,器件仍回到存儲模式。 正常模式：每隔3.4S測量一次壓力,數據發送60S一次。若60S前后壓力差大于200m bar器件進入壓力報警模式。 壓力報警模式：此模式的工作方式基本上與初始模式相同。 高溫報警模式：如果溫度超過120℃器件進入與初始模式相類似的工作模式。

　　LF輸入電路

　　LF輸入接收125KHz信號,該信號解調后變換成一個特定的命令。LF輸入設有一個調諧在125KHz的LC諧振電路,由L1和C11組成。L1是為此類應用專門設計的,也可使用普通的線圈,但電路靈敏度或測量矩離會有所降低。D3用來將LC諧振電路上感應的電壓嵌位在安全電平。LC電路輸出經過限流電阻R5送至rfpic比較器的負輸入端,其正輸入端連接在內部VREF模塊產生的參考電壓。比較器輸出則送到由二極管D2、電容C9和電阻R3組成的包絡檢波器。檢波器輸出最終直接送至rfpic端口引腳,用來處理LF數據。

　　RF電路

　　rfpic的PLL形式發射電路僅需少量外部元件就能完成RF發射。發射器的基頻由晶體Y1確定。所要求的發射頻率除以32便是晶體頻率,例如,發射頻率確定為315KHz則晶體頻率選擇9.84375MHz。

　　環形天線L3與C3和C8構成諧振回路,與單端RF驅動器相匹配。電容C4為3V電源提供去耦,L2和R6進一步濾除高頻能量,R6同時也能降低天線的Q值。發射電路的輸出功率通過R8進行調整,開路時獲得最大輸出功率。

　　RF信號編碼方法是1/3-2/3PWM格式,基本脈沖單元TE是400礢,因而位周期是1.2ms。整個編碼由前同步碼、發射ID、壓力、溫度、電池、狀態和循環冗余碼(CRC)組成。

　　前同步碼：由31個邏輯“1”位和1個邏輯“0”位組成。同步碼有雙重作用,它讓接收器辯認正確的S/TX消息,同時對RF消息同步,它的長度是可變的,用戶可根據電池的功率容量來確定。

　　發射ID：32位發射ID唯一地識別每個S/TX。

　　壓力：1字節無符號二進制值 ,乘以2.5后就是壓力kpa值。

　　溫度：1字節無符號二進制值,減去40后就是溫度的攝氏值。

　　電池：該字節的位7指示電池狀態,邏輯1正常,邏輯0低電壓。

　　狀態：該字節的位1和位O含有傳感器IC狀態信息。00為初始或存儲模式;01正常模式;10壓力報警模式;11溫度報警模式。

　　CRC(2個字節)：按CCITT標準執行。

　　LF指令器

　　LF指令器通過LF傳輸向S/TX發送命令。手持式LF指令器基于PIC16F628MCU構建的,它與S/TX之間的通信是通過磁場完成的。它的編碼格式與RF信號相同,1字節消息表示要執行的命令：

• 　　1101101啟用RF發射器;
• 　　0010010禁用RF發射器;
• 　　0101010立即發射RF消息;
• 　　0110110按60S間隔發射RF消息;
• 　　1001100按15S間隔發射RF消息;
• 　　1010011按5S間隔發射RF消息。

　　結語

　　本設計采用LF輸入命令,RF發達測量數據,這種方案極大地簡化了電路的設計。本文雖然是針對溫度、壓力測量的,但不難發現,只要將電路的傳感器部分稍加調整,就能測量其它的物理參數。■(東華)