电子数显卡尺无线通信系统的研制

摘要：随着无线通信技术的飞速发展，许多容栅测量系统中的数据传输方式逐步使用无线通信技术替代原来的有线数据通信技术。本文研制了一套基于容栅技术的电子数显卡尺无线通信系统，该系统利用单片机技术对容栅位移传感器的数据进行加工处理，并通过无线发送模块将数据传输给电脑上位机软件。该款无线通信芯片具有低功耗，频带2.4GHz，对应用于船舶、铁路、航空航天等领域具有极大的便利，而且可以实现多组设备共同显示到计算机上，提高了产品的性能和市场竞争力。

1 引言

随着无线通信技术的飞速发展，现代测量越来越追求自动化、集群控制、无人值守、低功耗测量。传统的测量设备大多采用有线方式，而一般的工业现场或野外测量由于设备繁杂、场地限制、布线成本高等原因，极大地限制了测量设备的使用。

近年来许多电子电气系统中的数据传输逐步使用无线传输方式替代原来的有线传输方式，一些低功耗、抗干扰能力强的的通信标准^[1]及与之相对应的无线通信芯片的出现，使得工业现场的数据传输大量采用无线通信方式。目前，短距离无线通信以其特有的抗干扰能力强、可靠性高、安全性好、受地理条件限制少、安装施工简便灵活等特点，在许多领域都有着广泛的应用。使用无线通信传输数据，不仅简化了通讯难度和系统复杂度，还可以降低系统功耗及成本。

因此，本文提出了一种基于无线技术与容栅数字测量技术^[2]相结合的电子数显卡尺数据采集系统，以增加传统位移测量数据采集的灵活性和克服系统采用大量线缆所带来的现场布线复杂和传输距离较近等弊端。

2 系统总体方案的设计

2.1 国内外无线产品介绍

国内市场上的主要竞争对手为桂林广陆数字测控股份有限公司，其研制的无线通信模块产品采用3V电池供电，无线通信采用2.4GHz频段^[3]，可以切换连续采集模式(不间断主动发送)和单次采集模式(采集键按下一次发送一次)，传输距离为15米，如图1所示。另外，国内市场上其它产品如德国马尔、日本三丰、英式等产品的数显卡尺的通信系统大都采用无线通信传输技术。

国外市场上如瑞士TESA公司具备60多年精密仪器制造经验，是全球知名的精密计量设备制造商，拥有着5000多种的量具仪产品，广泛使用在生产部门、计量室、长度标准传递部门，为工业检测提供了强有力的配套能力。TESA公司利用无线传输技术^[4]设计的一种具有很高灵活性可以区分地址码的量具，能够承载120把精密量具，其传输距离可达到150米，当无法看到数据传输是否正确时，可以利用声音/光学组合的信号形式，确认数据传输，并能够保证数据没有丢失，这种技术远远超过国内的技术水平。如图2所示。

日本SONY公司正在开发这种基于无线传输技术方面的新产品，英国NEWALL公司也在着手研发此类产品，这种无线传输技术可以替代原有的有线技术，更加便捷地传输数据同时能够保证数据传输的可靠性。就目前市场上很多应用场景都在使用无线通讯技术来传输数据，现在FANUC、SIEMEMS等多个国外厂家都在采用这种无线传输设备^[5]。

本文提出的这种基于容栅技术的电子数显卡尺无线通信系统采用的是2.4GHz频段，具有功耗低、传输距离远等优点，最远传输距离可达300米。它能够实现多个端点共同传输，即一对多的传输，并能保证传输数据的可靠稳定，同时利用电脑上的上位机软件对采集的数据进行分析，与传统的通信系统相比在性能上有了质的提升，这种基于容栅位移传感技术的电子数显卡尺^[6]无线通信系统将在数显量具市场行业上带来较高的经济效益和极大竞争力。

2.2 系统方案的设计

本文提出的电子数显卡尺通信系统专用模块是采用无线传输技术^[7]，解决了现有的有线数据传输模块的局限性，即只能靠单一的有线传输、单端点传输，由于计算机数据接口有限，会导致现场设备布线复杂，通信系统传输距离短等弊端，数据存储困难。而本文研制的无线数据传输模块可以实现多个端点共同传输，即点对多的传输，最终传输数据可通过接收端传送到电脑上，并可利用电脑上位机软件对采集数据进行分析，与传统的数显量具^[8]系统相比在性能上有了质的提升。因此，这种基于无线技术的数显量具方面具有较高的技术水平，本系统的总体结构框图如图3所示。

3 系统硬件电路设计

本文提出的这种基于容栅位移传感技术的电子数显卡尺无线通信系统^[9]广泛应用于铁路、精密机械、兵器、船舶等领域，是产品生产、安装、维护和安全的质量保证。该系统对容栅传感器的相对位置感应产生周期性数据位移信号，然后经无线采集模块数据发送出去，经无线接收模块传递给上位机。该系统总体结构主要包括包括：卡尺传感器电路模块、微控制器电路模块、无线发送模块、无线接收模块、电脑上位机。如上图3所示。