基于MSP430和nRF905的塔吊無線遙控系統(tǒng)

　0 前 言

　　無線遙測產(chǎn)品的市場發(fā)展迅速，無線遙測技術(shù)已經(jīng)成為決定產(chǎn)品競爭力的一個(gè)重要因素。從發(fā)展的眼光來看，塔吊產(chǎn)品的無線化是大勢所趨，目前國內(nèi)建筑工程等行業(yè)使用的塔吊多屬控制室控制形式?？刂剖沂`、視線不清、環(huán)境惡劣或指揮配合不當(dāng)?shù)纫蛩亟钥尚纬墒鹿孰[患。國外同類產(chǎn)品價(jià)格太高，多為通用型產(chǎn)品，而我國大量的建筑施工中小型企業(yè)所使用的塔吊型號多，很難根據(jù)用戶提出的相關(guān)技術(shù)資料（機(jī)械電氣原理圖，工作機(jī)構(gòu)原理圖等）進(jìn)行遙控改造，繼而結(jié)合實(shí)際需求，選定最佳的控制方案，亦即不適應(yīng)我國的市場需求特點(diǎn)。

　　在現(xiàn)有塔吊控制室控制的基礎(chǔ)上，結(jié)合微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，本研究提出一種低功耗、自動(dòng)CRC校驗(yàn)碼、軟件編碼和硬件譯碼、接收器采用無記憶控制且具有高抗干擾能力和高可靠性的塔吊無線遙控系統(tǒng)，既保證了安全操作又大幅度提高了生產(chǎn)效率。

　　1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能概述

　　新型塔吊無線遙控系統(tǒng)包括發(fā)射器和接收器兩個(gè)部分，遙控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。發(fā)射器由鍵盤輸入電路、單片機(jī)、無線發(fā)射電路和天線等構(gòu)成；接收器由接收天線、無線接收電路、單片機(jī)、三2八譯碼器、反相器、與非門、光電耦合器、繼電器等構(gòu)成。其特點(diǎn)是系統(tǒng)的核心采用超低功耗的MSP430系列單片機(jī)，進(jìn)而采用三2八譯碼器、反向器、與非門、光電耦合器以提高抗干擾能力和系統(tǒng)的可靠性。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2. 1 發(fā)射電路

　　信號發(fā)射電路包括鍵盤、CPU 和數(shù)據(jù)發(fā)射部分，硬件原理，如圖2 所示。塔吊的控制量（上、下，左、右、前、后、低速、中速、高速、急停等）通過鍵盤輸入電路將相應(yīng)控制信號送入單片機(jī)MSP430F135的I/O口，經(jīng)過單片機(jī)處理的信號通過其SP I口輸出到無線芯片nRF905,單片機(jī)協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的正常工作，同時(shí)對射頻芯片進(jìn)行設(shè)置以確定其工作模式、工作頻率、傳輸速率等參數(shù)，輸出信號經(jīng)過無線芯片的處理，送入無線發(fā)射部分發(fā)送至接收方。

　　MSP430單片機(jī)是TI公司生產(chǎn)的一種超低功耗的混合信號控制器。這些微控制器可用電池工作，而且可以有很長的使用時(shí)間，器件在少于6μs的時(shí)間內(nèi)可以從低功耗模式迅速喚醒。MSP430單片機(jī)內(nèi)還集成了A /D轉(zhuǎn)換器、硬件乘法器、定時(shí)器、比較器等模塊。

圖2 發(fā)射器硬件原理圖

　　發(fā)射部分采用nRF905 芯片。nRF905 是挪威Nordic公司推出的單片射頻收/發(fā)器。工作電壓為1. 9~3. 6 V, 32引腳QFN封裝（ 5 mm ×5 mm） ,工作于433 /868 /915 MHz 3個(gè)ISM頻道。nRF905由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器組成，不需外加聲表濾波器， ShockBurstTM 工作模式，自動(dòng)處理字頭CRC （循環(huán)冗余碼校驗(yàn)） ,使用SP I接口與微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低。以10 dBm的輸出功率發(fā)射時(shí)電流只有11 mA,工作于接收模式時(shí)的電流為12. 5 mA,內(nèi)建空閑模式與關(guān)機(jī)模式，易于實(shí)現(xiàn)節(jié)能。nRF905提供了強(qiáng)大的跳頻機(jī)制以及大量的頻道支持，可以應(yīng)用于許多特殊的場合。

　　2. 2 接收電路

　　接收電路與發(fā)送電路基本相同，只是無線芯片工作在接收模式。塔吊系統(tǒng)的可靠性要求高，為防止干擾引起接收電路誤動(dòng)作，接收驅(qū)動(dòng)輸出采用軟件編碼、硬件譯碼技術(shù)，即每個(gè)繼電器的動(dòng)作對應(yīng)一個(gè)數(shù)字編碼，該編碼經(jīng)譯碼器譯碼輸出，輸出信號經(jīng)光耦隔離和反相器驅(qū)動(dòng)輸出控制繼電器的動(dòng)作。這樣其他信號的輸出將被禁止，也消除了系統(tǒng)由于上電（或斷電）短暫時(shí)刻I/O口輸出不確定而引起的誤動(dòng)作。