力学计量中短距离无线通信系统的运用

【摘要】近几年来，在我国无线通信技术发展极为迅速，无线通信系统以其低价格、小体积嵌入式的方式已经被广泛的应用在我们日常生活的很多方面。而在力学计量领域无线通信系统其也有着极为广泛的应用，许多的传统力学计量标准仪仅需做一点改动，就能够很大程度上提高计量工具效率。基于此，本文就2000型标准负荷测量仪为例，叙述了在力学计量中短距离无线通信系统的运用，以期能够为相关工作者提供一点借鉴。

【关键词】力学计量；短距离；无线通信系统；运用

随着各类企业自动化程度的不断提高，出于工作 舒适、安全等方面的考虑，对许多工作时间久、噪音大的力学计量设备，常常会将其人机交互界面和测力单元做分离，这样使得许多计量工作存在很大的不便。而对于过去的计量仪表如需对人机交互界面和测力单元做分离，通常是采用传输线和传感器相互方式，但是过长的传输线在实际使用过程中出现了很多问题。而如果使用无线通信系统代替原有的传感线，这样不但能够节省很多资金，而且计量设备工作效率也会得到大幅度提高。

1.当前力学计量的现状

随着各类企业的不断发展，为了使得工作人员在进行计量工作时不再受到仪器噪音等的影响，及为了使得工作人员工作环境更加舒适、安全，这些企业普遍采用了对计量仪器人机交互界面和测力单元做分离的措施，但是在对计量仪器人机交互界面和测力单元进行分离的过程中，目前很多的企业采用对仪表和传感器之间的传输线做加长的方式来解决，如图1所示为目前很多企业正在使用的传输方式简图，但是该方式一则会受到传输线长度制约，如果工作人员工作地点和仪器所在地点距离太远，那么将很难采用，并且工业生产现场环境相对复杂，很长的传输线必然要从各个设备间隙当中绕过，这样架设难度很大。另一方面，传输线根据其长度的不同，必然会有着不同的电容，这样会引起传感器和不同的传感线做连接时出现示值差异，有时还可能导致超过允差范围，对于这一问题，常常解决措施是在测量仪表上为每个传输线加装对应的检测通道，但是加装时，必然会使得投资及维护成本大幅度提高。而随着无线通信技术的不同成熟及应用，如果将过去的传输线利用无线通信系统所代替，那么对于上述两种问题，则可以很好的予以解决。

2.力学计量中短距离无线通信系统的硬件构成

利用无线通信模板之后，测量仪表和传感器之间的信号传输线能够做到固定，测量仪能够利用无线信号将信息直接传递到数据接收端，然后计量仪器的显示单元和传感器之间就会完成分离，不仅能够使得传统的传输线过长的各类问题得到有效解决，而且能够对工作人员所处恶劣工作环境做到极大的改观，使得检测人员舒适性和安全性得到大幅度提高。而当前在市场上和8051相兼容的无线收发芯片有Nordic公司生产的Nrf9E5和Nrf24E1；Chipcon公司生产的CC1010等，这些无线收发芯片将无线通信要求使用额度调制/解调芯片、低噪声高频放大器、高效率高频放大器等部件全部集成在一块，仅仅需要一些较为简单的器件就能够完成对无线信号的短距离安全、可靠传输。另外，当前市场上已经有很多通过上面所说的无线通信芯片制作成功的RF模块，通常情况下使用两个以NRF9E5作为其核心的类通信模板，该模板有着RS-232通信接口构造，能够通过半双工工作的模式完成对数据信息的收发一体。将其中的一块连接在2000型标准负荷测量仪上面的串口之上，另一块连接在工作人员使用的计算机的串口上，工作人员就可通过计算机实现较长距离的力学计量检测，而其硬件构造简图如图2所示。

3.力学计量中短距离无线通信系统的软件构成

对于力学计量中短距离无线通信系统软件构成，2000型标准负荷测量仪当中的串行通信接口其输出电平是标准的RS-232电平，该系统的主要输出方式则为连续输出，系统通过对仪表工作参数做设定，保证无线通信发送模块和仪表的串口数据输出速率保持一致，通常该系统的输出速率应该保持在9.6kbps。另外NRF9E5的无线数据包是由CRC校驗码、有效数据PAYLOAD（通常情况下，其最大时为32字节）、地址码ADDR及前导码Peramble等共同组成，其中CRC校验码、地址码ADDR和前导码是通过无线收发器根据模块寄存器的配置进而自动实现，所以在该系统中仅仅需要对数据包当中的有效数据PAYLOAD做出结构规定就可，具体如图3所示。

在该规定当中，每个数据帧一共包含有10个字节，其中的第一个字节规定为数据帧起始符，剩下的第二个字节到第七个字节是仪器具体应该显示的测量数据（即为ASCII字符），而第八个字节具体指的是仪表工作指示灯的状态，第九个字节具体表示数据小数点位置和数据的正负。最后一个字节则为数据帧的结束标志。

在该系统工作时，无线通信的发送模板主程序要对8051的CPU、串行接口及无线射频NRF905模板等初始化，当模块进入至程序循环之后，要对串口作不断监测，查看其是否能够收到仪表传送的数据资料，如果确定收到对应的数据资料，则利用无线信号传输将仪表发送回来的数据资料由缓冲区传送出去。而接受模板对自身作初始化之后，就会做好接收等待，并且不间断的对周边无线信号做监视，判断这些信号当中是否存在系统发送模板所发送的数据包装，如果检测到数据包装，则接收数据之后，通过和计算机相连的串口，将数据资料输入至计算机内。而计算机在接收到接收模板发送的信息之后，通过相应帧的具体结构定义对数据做初步解读，就能够将标段所显示的数据在计算机界面上做出还原，进而实现对力学计量仪表数据的无线化。

4.结语

总而言之，在力学计量中运用短距离无线通信系统，其作为一种辅助手段，因其简单、快捷、可靠等特点必将有着较好的市场应用前景，另外只要将本文所述的数据包结构定义做对应变动，该系统就可对更多的测量仪表做出兼容，适合更多仪表测量环境，从而将工作人员从很多相对恶劣的仪表测量环境中解放出来。

参考文献

[1]赵忠禹，李斌，霍绍达.基于ARM7和ZigBee的短距离无线通信系统的设计[J].中国新技术新产品，2009（07）.

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[3]李戈阳，曹阳，高洵，邹学玉.基于微簇的无线传感器网络能量均衡路由协议[J].华中科技大学学报（自然科学版），2009（03）.

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