一种无线数据采集及远程监测系统的设计

1．1 系统结构

　　如图1所示，系统分为主机和从机两部分，从机将从传感器上采集的数据通过无线收发单元发送给主机，主机收到数据后，将其在显示单元显示并存储到存储器理。除此之外，主机模块还含有GSM短消息单元，通过该单元可以实现主机与GSM网内手机的短消息通信。GSM网手机用户可以通过短消息提出查询请求，主机收到短消息的请求后进行相应的处理，最终以短消息的形式回复该查询请求。另外，主机可以事先设定所采集数据的临界值，当达到该值时主机会向事先设定好的手机号码发送报警短消息，从而达到报警和远程监测的目的。

1．2 系统主要芯片的选择

　　系统的主控芯片采用Cygnal公司的C8051F020单片机，该单片机采用高速8051微控制器内核，速度可达25 MIPS，具有8个I／O口，5个通用定时器，5个捕捉／比较模块及专用看门狗定时器，可同时使用SM-Bus，SPI及2个UART串口，内置64 KB高速存储器。模拟外设方面，芯片具有1个12位ADC，1个8位ADC，2个12位DAC及2个模拟比较器。芯片内部的这些数字和模拟外设将使系统的设计更加简单，集成度更高。

无线收发单元采用PTR8000无线收发模块。PTR8000是高性能嵌入式无线收发模块，它的核心芯片是挪威Nordic VLSI ASA公司的nRF905。具有可选频道多，功耗低，抗干扰能力强的优点，其特性如下：433／868／915 MHz多频道多频段，1．9～3．6 V低电压工作，待机功耗2μA；超小体积，内置环形天线，性能稳定，对电源不敏感，传输距离更远；最大发射功率+10 dBm，高抗干扰GFSK调制。可跳频通信，数据速率可达50 Kb／s；有独特的载波检测、地址匹配、数据就绪等输出；内置完整的通信协议和CRC，通过SPI接口可以方便地完成所有的无线收发传输，使用简单。

　　GSM短消息单元，采用SIEMENS公司的GSM无线通信模块TC35i，为其搭建外围电路，构成一个GSM MODEM，微控制器通过串口与其进行通信，控制其工作。GSM MODEM模块电路简图如图2所示。

　　系统采用128×64点阵液晶显示模块作为显示单元，键盘采用4×4键盘，显示模块支持汉字显示，可以更好进行人机交换，使用者可以更容易、直观地和系统进行信息交互。

存储器部分，因为系统选用的C8051F020微控制器内置64 KB高速存储器，对于一般数据量的存储已经足够。但是，考虑到特殊情况，系统还是设计了外部扩展存储器。外部存储器采用Ramtton公司的一款低电压铁电存储芯片FM24C512。其工作电压为2．7～3．6 V，适合在低功耗的单片机系统中应用。由于采用了铁电体技术，该芯片的数据交换速度极高，数据线可以支持的频率最高达到1 MHz，因此微控制器向FM24C512写入数据时一般无须加延时，并且使用寿命没有限制。系统主机电路简图如图2所示。

2 系统软件设计

2．1 系统工作流程

系统分为主机和从机。主机只有一个，从机数量可以为一个，也可为多个。在整个系统中，无论主机还是从机都有惟一地址表明其各自的身份。系统上电后，根据事先设定的时间，不同的从机会按时向主机发送采集的数据(发送时间间隔根据不同的应用场合可以事先设定)。主机收到数据后，将数据及其所属地址实时的显示在液晶显示模块上，并将其存储到存储器里。
在系统无人值守状态，可以事先通过键盘和液晶显示模块等设备对主机其进行设置，设定报警阈值、报警人的手机号码等信息。当采集到的数据到达或超过阈值时，主机会通过GSM模块向预先设定的手机号码发送报警信息，并在液晶显示模块上显示报警标识。除此之外，任何GSM网手机用户都可以通过短消息的形式向GSM模块提出数据查询请求，GSM模块收到请求后将其送给微处理器进行处理，最终将所查询的数据以短消息的形式回复给查询者，从而达到在无人值守情况下的远程监测和报警的目的。