基于射频技术的数据采集系统设计

　　1、引言

　　目前我国的很多工业现场，设备状态监测数据仍采用有线传输方式，有线传输虽然在传输速率和可靠性方面有一定的优势，但在生产条件比较恶劣的环境中，存在很大的局限性。比如大型回转窑，通常处于露天环境中，且长达几十米甚至上百米，这种情况下布线便成为一大难题，成本较高且不利于维护;此外对于某些旋转构件或空间位置不确定的机械臂上的传感器，根本不能采用有线传输方式来采集数据。基于此，本文采用无线传输方式来实现工业现场的数据采集。

　　2、系统构成

　　该数据采集系统主要包括数据采集、数据无线收发以及数据处理三大模块。由于现场需要监测的参数多种多样，比如温度、压力和转速等，此外每个参数的监测点也不止一个，因此该系统需要实现点对多点无线通讯。设计过程中也可以将其分成主机与分站两大部分，各分站的硬件结构完全相同。

　　3、现场信号特点及系统要求

　　现场信号有几个主要特点：首先，很多工业现场使用的传感器，比如压阻式、应变桥式、热电偶、热电阻、电容式以及压电式传感器，输出的一般是模拟信号，而且有些很弱，有些很强，即动态范围较大;其次，由于现场工作条件非常恶劣，环境温度的变化和其他一些因素会在信号输入端引入零点漂移和噪声等干扰信号，这样一来便会对数据采集精度产生较大的影响;再次，现场的许多干扰信号为共模干扰。

　　针对工业现场的信号特点，认为本系统应该满足以下几个要求：(1) A/D转换器应该具有程控放大功能，以实现对宽动态范围信号的测量，从而使系统更具通用性;(2) 信号采集部分采用差分电路，利用其电路的对称性，削弱和抑制由环境温度等引起的共模干扰，提高信号采集精度;(3) 对信号进行A/D转换后，还可进行数字滤波，以消除A/D转换过程中产生的噪声，进一步提高采集精度;(4) 对系统中采用的器件进行校准，消除器件内部误差与零点漂移等影响数据采集精度的因素;(5) 能实现点对多点通信。

　　4、系统解决方案

　　根据现场信号特点与系统需要实现的功能，本课题对市场上的各种器件进行了广泛调研，最终选用AD公司生产的AD7705进行A/D转换，选用挪威Nordic公司推出的nRF905芯片实现数据无线收发，单片机则选用Atmel公司生产的AT89LV51，单片机与PC机之间采用MAX232电平转换芯片，系统的3V电压通过调压器LM1117得到。

　　4.1 AD7705及其校准

　　AD7705包含增益可编程放大器(PGA)，其增益可在0～128之间编程，从而可将来自传感器不同摆幅范围内的微弱信号直接放大到接近A/D转换器的满标度电压后再进行A/D转换。AD7705还内置低通数字滤波器，用来处理Σ-Δ调制器的输出信号，因此AD7705不但具备模数转换功能，还具有一定的滤波能力，由于数字滤波发生在模数转换后，所以它能消除模数转换过程中产生的噪声。