基于单片机及射频器的振动数据的无线传输
耿翔宇+何正红+姬广振+蒋一博+黄碧豪+郝雪弟
摘 要：井下设备部件受损，振动信号便会发生变化。设备会有不同的受损情况，这就需要通过设备振动信号的变化情况来进行判断，对于已经受损的部件和部件具体的损坏情况进行识别。如果我们能以无线传输的形式让所布置的传感器节点和上位机进行通信，来组成无线传感器网络，这会显著提高振动信号采集的效率。我们应用单片机，，振动数据传感器，A/D和D/A转换器组成一个小型的WiFi传输链，实现了振动数据的无线传输，方便第一时间知道井下设备受损的情况。
关键词：振动数据；无线传输；STC89C52RC单片机；NRF905；振动数据传感器
1 绪论
在煤炭生产中，通过监测设备的运行状态，并对这些参数进行分析，能够可以发现哪些特征参数便发生了变化，从而判断出设备是否出现故障。要保证煤矿井下的安全生产，就无法离开对井下设备的监控，怎样能实时有效地获知井下设备的运行状态，对井下的生产安全起着至关重要的作用，而其中振动数据的获取尤其重要。
2 Wifi无线数据传输技术
现阶段，针对井下设备的振动数据采集分析希望能够通过无线方式来实现，而振动信号无线传输技术仍不够成熟，井下布局又十分复杂。为实现振动数据的无线传输，需要在已有短距离无线传输方式Zigbee、WiFi、蓝牙、超宽带中进行对比分析，找出较为适合的无线通讯方式，并对其展开全面探究与分析。
我们的选择：相比较地面来说，井下空间不足，存在众多障碍，会影响传输信号的真实性。ZigBee的传输的穿墙能力太弱，这明显不适合于井下的传输。蓝牙的传输熟虑不是很快，并且它的应用成本偏高，对于井下这个需要大规模传输数据的地方来说显然不适合。Wifi传输速率快，传输范围相对比较大，在井下组建wifi网络，类似局域网之类的，可以很方便的传输数据。因此wifi更适合作为井下的无线传输方法。
3 无线传输的硬件设计
3.1 单片机选型
STC89C52RC是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K字节系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
3.2 硬件的连接
先是由振动传感器产生振动信号，再通过A/D转换器，接着是单片机再到nRF905发送端，再由nRF905接收端接受，然后到单片机，经过D/A转换器最后传输到电脑上。
4 无线传输的软件设计
nRF905 发送数据的流程介绍：
（1）当单片机有数据要发送时， 通过SPI 接口， 按时序把接收机的地址和要发送的数据送传给nRF905， SPI 接口的速率在通信协议和器件配置时确定；
（2） 通过单片机置高TRX_CE 和TX_EN， 激发nRF905 的射频发送（ShockBurstTM）模式；
（3）若单片机置AUTO_RETRAN 寄存器为高， 表示需要重发数据， nRF905 不断重发， 直到单片机将TRX_CE 置低；
（4）当TRX_CE 被置低， nRF905 发送过程完成， 自动进入空闲模式。
nRF905 接收数据的流程介绍：
当TRX_CE为高、TX_EN为低时，nRF905进入接收模式：
（1）650μs后，nRF905开始监听无线电信号；
（2）当nRF905检测接收频率的载波时，CD变为高电平；当接收到一个有效的地址，AM变为高电平；
（3）当被接收的数据包CRC校验正确，nRF905将除去报头，地址及CRC比特，同时使DR变为高电平；
（4）微控制器把TRX_CE置低，nRF905进入空闲模式；微控制器通过SPI口，以一定的速率把数据移到微控制器内；
（5）当所有的负载数据传出后，nRF905再次将设定AM和DR为低电平；
5 结论
本课题采用WiFi技术作为一种无线传输技术，它接收无线电信号可以达到数百英尺。它有一个最大优点，那就是传输速度很高，而且如果出现信号较弱或者有干扰，它的带宽是可以进行调整的，网络的稳定性和可靠性可以得到比较有效地保障。另外，它有较长的传输有效距离，而且如果是在开放性区域，其通信距离可以达到305m，如果是在封闭性区域，其通信的距离为76m-122m，若想要增加其传输距离，还可以加入功率放大电路。但WiFi技术的价格偏高、抗干扰不强、功耗量较大。考虑矿井下现场情况考虑到矿井下现场情况和机械振动检测系统的实际特点，若解决供电问题，选择无线WiFi作为井下系统的振动数据传输方式更加有优势。
参考文献
[1] 宏晶科技.JASK1000+开发板原理图+系列单片机器件手册[DB/OL].
摘 要：井下设备部件受损，振动信号便会发生变化。设备会有不同的受损情况，这就需要通过设备振动信号的变化情况来进行判断，对于已经受损的部件和部件具体的损坏情况进行识别。如果我们能以无线传输的形式让所布置的传感器节点和上位机进行通信，来组成无线传感器网络，这会显著提高振动信号采集的效率。我们应用单片机，，振动数据传感器，A/D和D/A转换器组成一个小型的WiFi传输链，实现了振动数据的无线传输，方便第一时间知道井下设备受损的情况。
关键词：振动数据；无线传输；STC89C52RC单片机；NRF905；振动数据传感器
1 绪论
在煤炭生产中，通过监测设备的运行状态，并对这些参数进行分析，能够可以发现哪些特征参数便发生了变化，从而判断出设备是否出现故障。要保证煤矿井下的安全生产，就无法离开对井下设备的监控，怎样能实时有效地获知井下设备的运行状态，对井下的生产安全起着至关重要的作用，而其中振动数据的获取尤其重要。
2 Wifi无线数据传输技术
现阶段，针对井下设备的振动数据采集分析希望能够通过无线方式来实现，而振动信号无线传输技术仍不够成熟，井下布局又十分复杂。为实现振动数据的无线传输，需要在已有短距离无线传输方式Zigbee、WiFi、蓝牙、超宽带中进行对比分析，找出较为适合的无线通讯方式，并对其展开全面探究与分析。
我们的选择：相比较地面来说，井下空间不足，存在众多障碍，会影响传输信号的真实性。ZigBee的传输的穿墙能力太弱，这明显不适合于井下的传输。蓝牙的传输熟虑不是很快，并且它的应用成本偏高，对于井下这个需要大规模传输数据的地方来说显然不适合。Wifi传输速率快，传输范围相对比较大，在井下组建wifi网络，类似局域网之类的，可以很方便的传输数据。因此wifi更适合作为井下的无线传输方法。
3 无线传输的硬件设计
3.1 单片机选型
STC89C52RC是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K字节系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
3.2 硬件的连接
先是由振动传感器产生振动信号，再通过A/D转换器，接着是单片机再到nRF905发送端，再由nRF905接收端接受，然后到单片机，经过D/A转换器最后传输到电脑上。
4 无线传输的软件设计
nRF905 发送数据的流程介绍：
（1）当单片机有数据要发送时， 通过SPI 接口， 按时序把接收机的地址和要发送的数据送传给nRF905， SPI 接口的速率在通信协议和器件配置时确定；
（2） 通过单片机置高TRX_CE 和TX_EN， 激发nRF905 的射频发送（ShockBurstTM）模式；
（3）若单片机置AUTO_RETRAN 寄存器为高， 表示需要重发数据， nRF905 不断重发， 直到单片机将TRX_CE 置低；
（4）当TRX_CE 被置低， nRF905 发送过程完成， 自动进入空闲模式。
nRF905 接收数据的流程介绍：
当TRX_CE为高、TX_EN为低时，nRF905进入接收模式：
（1）650μs后，nRF905开始监听无线电信号；
（2）当nRF905检测接收频率的载波时，CD变为高电平；当接收到一个有效的地址，AM变为高电平；
（3）当被接收的数据包CRC校验正确，nRF905将除去报头，地址及CRC比特，同时使DR变为高电平；
（4）微控制器把TRX_CE置低，nRF905进入空闲模式；微控制器通过SPI口，以一定的速率把数据移到微控制器内；
（5）当所有的负载数据传出后，nRF905再次将设定AM和DR为低电平；
5 结论
本课题采用WiFi技术作为一种无线传输技术，它接收无线电信号可以达到数百英尺。它有一个最大优点，那就是传输速度很高，而且如果出现信号较弱或者有干扰，它的带宽是可以进行调整的，网络的稳定性和可靠性可以得到比较有效地保障。另外，它有较长的传输有效距离，而且如果是在开放性区域，其通信距离可以达到305m，如果是在封闭性区域，其通信的距离为76m-122m，若想要增加其传输距离，还可以加入功率放大电路。但WiFi技术的价格偏高、抗干扰不强、功耗量较大。考虑矿井下现场情况考虑到矿井下现场情况和机械振动检测系统的实际特点，若解决供电问题，选择无线WiFi作为井下系统的振动数据传输方式更加有优势。
参考文献
[1] 宏晶科技.JASK1000+开发板原理图+系列单片机器件手册[DB/OL].
