基于PSoC的无线静载仪采集系统

7 dBm，能实现跳频传输和DSSS调制抗干扰，并能根据链接管理需求，自动调节传输数据速率，以1 Mbis、250 kb／s或125 kb／s的速率进行通信。

2.3传感器模块

本设计中位移子节点采用岩土工程监测中常用的数字容栅式位移传感器MS50，其分辨率为0．01 mn1，精度为±0 03 min，电子容栅式位移传感器MS50的输出信号如图2所示，分为CLK和DATA两路信号进行传输⊙由示波器检测输出信号可知：信号的头尾为标志位，且为4位高电平值。位移传感器MS50每250 Ins传输一帧48位的数据包，这个数据包由各分为24位的两组数据组成。其中，后一组数据为前一组数据减去基准零值后的差值，即为前一组数据的倒相输入。

图2位移传感器输出信号格式

MS50传感器的输出时钟频率为90 kHz，出现标志位后，时钟信号第一次有电平向下跳变时，开始读取数据信号上的信息，直到尾部标志位出现为止。采集到的数据经过转换后，输出DATA和CLK两个信号，供CY8C24894读取。

压力子节点采用的是MPM480压阻式压力传感器，供电电源为15 V～28 V，输出为模拟信号4 mA～20mA。由于CY8C24894内部含有可编程增益放大器PGA和模数转换器ADC，所以将压力传感器输出信号转换为电压信号后直接连CY8C24894的模拟输人引脚。接口电路如图3所示。

图3压力传感器接口电路

　　2．4总体硬件电路

总体电路由4个位移子节点电路、1个压力子节点电路和1个汇聚节点电路组成。CY8C24894与CYRF7936的连接如图4所示。

图4 CY8C24894与CYRF7936

子节点包括位移传感器子节点和压力传感器子节点两种。CY8C24894读取位移数据后，将位移量保存在数据存储器中，并保持位移量实时更新。当需要传输位移数据量时，CY8C24894控制SPI总线以主设备模式向从设各模式的无线射频模块CYRF7936传输信号，并以无线方式发送出去，SPI模块工作时钟YCI为系统的四分频，即6 MHz。压力传感器子节点输出的是模拟量，因此需要进行A／D转换后才能由控制核心CY8C24894存储和控制射频模块发送。而A／D转换功能使用CY8C24894可编程片上系统自身所带的12位模数转换器，模数转换器在CY8C24894中需要占用2个可编程数字用户模块和1个可编程模拟模块。子节点电路设计如图5所示。

　图5子节点电路设训

汇聚节点的硬件设计和子节点的硬件设计类似，但是不再需要前端采集模块。汇聚节点在解析命令后通过SPI总线控制CYRF7936无线射频模块发送命令。在得到回复后将信息再由CYRF7936无线别频模块通过SPI总线传输给控制核心，并最终通过USBUART仿真串口反馈给上位机。汇聚节点电路如图6所示。

　图6汇聚节点电路设计

　　3系统软件设计

　　3.1子节点软件设计

子节点采集功能分为位移量采集和压力量采集。位移传感器的输出信号在CLK时钟信号出现下跳沿时，开始数据传输，而如果此时出现中断，则会导致位移量采集无法进行，在检测到CLK的标志信号后，应关闭中断，让位移数据采集正常进行，读取完成后对数据进行处理并保存更新，同时再次打开外部中断，等待下一次位移数据的采集，位移量采集流程如图7所示。

图7位移量采集流程

压力采样过程为：首先读取压力传感器的输入信号，并通过CY8C24894内部可编程增益放大器PGA对模拟信号进行放大，对放大后的压力数据进行模数转换，其中模数转换器ADCINC12时钟为VC2，即val的三分频2 MHz。转换完成后，对数据进行处理、保存、更新，压力量采集流程如图8所示。

图8压力量采集流程

　　3．2汇聚节点软件设计

在接到上位机命令后，汇聚节点进行命令解析。当开始读取并更新数据工作时，首先读取汇聚节点在侦测阶段确认的子节点个数和网络标号，按照网络标号开始逐个读取位移量。没有得到回复时，反复二次延时70 ms再次发送读取命令，若还没有回复则工作指示灯熄灭，转向下一个子节点；如果得到回复，则更新原先存储在汇聚节点的该子节点信息并保存，计数器加一，完成后向下一个节点发送读取信息，直到之前侦测得到所有节点全部询问到。当进人传输数据工作时，初始化USBUART功能模块，并打开全局中断。检测需要发送的数据个数，发送数据个数非空时，从读取区读取待发送的数据，并检测发送区是否空闲，当发送准各完毕后，开始数据传输。汇聚节点工作流程如图9所示。

图9 汇聚节点工作流程

本系统充分利用CY8C24894可编程片上系统的高效性和低功耗性，并配合CyFi低功耗无线技术为静载试验的采集工作服务。不仅满足了静载检测的需求，也使得虚拟检测仪器的研究在无线化、小型化、高效化、低功耗、功能全面的方向有了新的设计思路。

经实际测试，汇聚节点与子节点的无线传输距离可达到⒛m，传感器数据