無線溫度、壓力監(jiān)測系統(tǒng)(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(fā)射應(yīng)用中,微控制器備有RF發(fā)射電路,簡化了發(fā)射器的設(shè)計(jì);其次,器件內(nèi)部有一個RC振蕩器,減少了外部元器件數(shù)量,直接降低了模塊成本,縮小了電路板尺寸;第三,器件內(nèi)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(zhuǎn)換器,可讓設(shè)計(jì)者使用模擬式壓力傳感器。

　　rfpic具體實(shí)現(xiàn)了3個功能,監(jiān)測來自SP-13傳感器IC的數(shù)據(jù)線和LF輸入;定期匯編測量數(shù)據(jù);周期性地發(fā)送RF信息。

　　rfpic通電后執(zhí)行初始化程序,然后進(jìn)入休眠狀態(tài),直至檢測到SP-13數(shù)據(jù)線或LF輸入狀態(tài)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(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)匯編成合適的消息,然后通過RF發(fā)達(dá)器發(fā)射出去,發(fā)射完成后rfpic重新進(jìn)入休眠狀態(tài);如果是LF輸入喚醒的rfpic解釋LF消息,執(zhí)行相應(yīng)的命令,然后也重新回到休眠狀態(tài)。

　　SP-13傳感器IC

　　SP-13測量壓力與溫度,并在電池電壓低于預(yù)設(shè)的閾值時(shí)產(chǎn)生一個標(biāo)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(yù)設(shè)的閾值時(shí)產(chǎn)生一個標(biāo)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(shù)據(jù)且不發(fā)送數(shù)據(jù)。 初始模式：壓力增加至1.5 bar時(shí)進(jìn)入該模式。在此模式,每隔0.85s測量并發(fā)送數(shù)據(jù),這一過程要重復(fù)256次,若壓力仍高于1.5 bar,器件進(jìn)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(shù)據(jù)發(fā)送60S一次。若60S前后壓力差大于200m bar器件進(jìn)入壓力報(bào)警模式。 壓力報(bào)警模式：此模式的工作方式基本上與初始模式相同。 高溫報(bào)警模式：如果溫度超過120℃器件進(jìn)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(diào)后變換成一個特定的命令。LF輸入設(shè)有一個調(diào)諧在125KHz的LC諧振電路,由L1和C11組成。L1是為此類應(yīng)用專門設(shè)計(jì)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(yīng)的電壓嵌位在安全電平。LC電路輸出經(jīng)過限流電阻R5送至rfpic比較器的負(fù)輸入端,其正輸入端連接在內(nèi)部VREF模塊產(chǎn)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(luò)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(shù)據(jù)。

　　RF電路

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

　　環(huán)形天線L3與C3和C8構(gòu)成諧振回路,與單端RF驅(qū)動器相匹配。電容C4為3V電源提供去耦,L2和R6進(jìn)一步濾除高頻能量,R6同時(shí)也能降低天線的Q值。發(fā)射電路的輸出功率通過R8進(jìn)行調(diào)整,開路時(shí)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(fā)射ID、壓力、溫度、電池、狀態(tài)和循環(huán)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(rèn)正確的S/TX消息,同時(shí)對RF消息同步,它的長度是可變的,用戶可根據(jù)電池的功率容量來確定。

　　發(fā)射ID：32位發(fā)射ID唯一地識別每個S/TX。

　　壓力：1字節(jié)無符號二進(jìn)制值 ,乘以2.5后就是壓力kpa值。

　　溫度：1字節(jié)無符號二進(jìn)制值,減去40后就是溫度的攝氏值。

　　電池：該字節(jié)的位7指示電池狀態(tài),邏輯1正常,邏輯0低電壓。

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

　　CRC(2個字節(jié))：按CCITT標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

　　LF指令器

　　LF指令器通過LF傳輸向S/TX發(fā)送命令。手持式LF指令器基于PIC16F628MCU構(gòu)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(jié)消息表示要執(zhí)行的命令：

• 　　1101101啟用RF發(fā)射器;
• 　　0010010禁用RF發(fā)射器;
• 　　0101010立即發(fā)射RF消息;
• 　　0110110按60S間隔發(fā)射RF消息;
• 　　1001100按15S間隔發(fā)射RF消息;
• 　　1010011按5S間隔發(fā)射RF消息。

　　結(jié)語

　　本設(shè)計(jì)采用LF輸入命令,RF發(fā)達(dá)測量數(shù)據(jù),這種方案極大地簡化了電路的設(shè)計(jì)。本文雖然是針對溫度、壓力測量的,但不難發(fā)現(xiàn),只要將電路的傳感器部分稍加調(diào)整,就能測量其它的物理參數(shù)。■(東華)