1 系統(tǒng)組成及功能
無線檢測系統(tǒng)由上位機(PC或IPC)和下位機(單片機)組成 。上位機主要完成上傳采集數(shù)據的實時處理和顯示，并進行判定，若超過設定值，則進行聲光報警；下位機主要完成數(shù)據采集和數(shù)據傳輸控制 。上位機和下位機的信息交換以射頻無線的方式實現(xiàn)，采用半雙工的工作方式，F(xiàn)SK頻率工作在ISM頻段，不需要申請，所需時鐘頻率為4MHz，圖1為射頻無線數(shù)據采集系統(tǒng)組成框圖 。
2 RF收發(fā)器nRF401
2.1基本結構
nRF401是NORDIC公司的單片UHF收發(fā)芯片，工作在433/315MHz ISM頻段；具有頻移鍵控(FSK)調制解調功能，采用PLL頻率合成技術，頻率穩(wěn)定性好；最高工作速率可達20kbps，最大可調發(fā)射功率為10dBm，天線設計為差分方式；功耗低，接收待機狀態(tài)僅為8μA；工作電壓2.7～3.6V 。它的內部結構如圖2所示 。
2.2典型應用
nRF401只需搭配較少的外圍元器件即可組成收發(fā)一體的無線收發(fā)系統(tǒng)，其應用原理圖如圖3所示，各引腳功能說明如下：腳1(XC1)：晶振輸入；腳2、8、13(VDD)：電源( 5V DC)；腳3、7、14、17(VSS)：地(0V)；腳4(FILT)：回路濾波器；5腳(VCO1)：外接電感；6腳(VCO2)：外接電感；9腳(DIN)：數(shù)據輸入；10腳(DOUT)：數(shù)據輸出；11腳(RFPWR)：發(fā)射功率設置；12腳(FREQ)：通道選擇；15腳(ANT1)：天線端；16腳(ANT2)：天線端；18腳(PWRUP)：電源開關；19腳(TXEN)：發(fā)射接收控制，TXEN=“1”為發(fā)射模式，TXEN=“0”為接收模式；20腳(XC2)：晶振輸出 。
2.3應用要點
(1)天線的發(fā)射和接收
當nRF401為接收模式時，引腳ANT1和ANT2提供射頻輸入到內部低噪聲放大器LNA；當nRF401是發(fā)射模式時，從功率放大器提供射頻輸出到天線 。天線連接到nRF401是差動形式，在天線通道推薦的負載阻抗是400Ω 。
(2)VCO電感使用高質量的片式電感，Q＞45，最大誤差±2％ 。
(3)發(fā)射和接收頻率
為了得到最好的RF性能，發(fā)射和接收頻差不能超過70ppm(30kHz)，這就要求晶振的穩(wěn)定度不低于±35ppm 。
(4)發(fā)射和接收模式之間的轉換延時
在實際應用時，應注重模式轉換之間的延時，從接收模式轉換為發(fā)射模式的轉換時間至少1ms，從發(fā)射模式轉換為接收模式的轉換時間至少3ms 。?
3 在煤礦提升系統(tǒng)鋼絲繩張力監(jiān)測中的應用
在提升系統(tǒng)鋼絲繩張力無線實時檢測系統(tǒng)中，上下位機與無線收發(fā)模塊接口電路原理圖如圖4、圖5所示 。上位機采用工控機IPC，經串口電平匹配后，與無線收發(fā)模塊nRF401相連；IPC機內含標準的RS232C串行接口，MAX232用于電平轉換，而單片機PD6口與nRF401引腳TXEN連接來控制無線收發(fā)模塊的發(fā)射和接收狀態(tài) 。下位機采用基于RISC結構的ATmega8單片機，用來控制前端數(shù)據采集和無線傳輸模塊 。
4 數(shù)據傳輸可靠性措施
射頻無線采集系統(tǒng)的一個要害問題是傳輸?shù)目煽啃?，即如何保證傳輸誤碼率控制在一定的范圍內，根據相關理論和實踐，可采取以下方法來達到本系統(tǒng)要求 。
(1)數(shù)據幀結構由1位起始位，8數(shù)據位，1位校驗位，1位停止位構成，每幀長度為11位；
(2)數(shù)據位先通過對信源進行編碼，然后采用CRC循環(huán)編碼技術進行信道編碼，最后發(fā)射出去；收端接收后，進行信道解碼，能夠檢出2錯碼和糾正2個錯碼，可大大提高數(shù)據無線傳輸?shù)目煽啃裕?
(3)結合超短波傳播的原理和特點，為更好的接收數(shù)據，本系統(tǒng)采用定向發(fā)射定向接收，增加數(shù)據傳輸?shù)目煽啃?。
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