電子數(shù)顯卡尺無線通信系統(tǒng)的研制

　　摘要：隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，許多容柵測(cè)量系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸方式逐步使用無線通信技術(shù)替代原來的有線數(shù)據(jù)通信技術(shù)。本文研制了一套基于容柵技術(shù)的電子數(shù)顯卡尺無線通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用單片機(jī)技術(shù)對(duì)容柵位移傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，并通過無線發(fā)送模塊將數(shù)據(jù)傳輸給電腦上位機(jī)軟件。該款無線通信芯片具有低功耗，頻帶2.4GHz，對(duì)應(yīng)用于船舶、鐵路、航空航天等領(lǐng)域具有極大的便利，而且可以實(shí)現(xiàn)多組設(shè)備共同顯示到計(jì)算機(jī)上，提高了產(chǎn)品的性能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

　　1 引言

　　隨著無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代測(cè)量越來越追求自動(dòng)化、集群控制、無人值守、低功耗測(cè)量。傳統(tǒng)的測(cè)量設(shè)備大多采用有線方式，而一般的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)或野外測(cè)量由于設(shè)備繁雜、場(chǎng)地限制、布線成本高等原因，極大地限制了測(cè)量設(shè)備的使用。

　　近年來許多電子電氣系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸逐步使用無線傳輸方式替代原來的有線傳輸方式，一些低功耗、抗干擾能力強(qiáng)的的通信標(biāo)準(zhǔn)^[1]及與之相對(duì)應(yīng)的無線通信芯片的出現(xiàn)，使得工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)傳輸大量采用無線通信方式。目前，短距離無線通信以其特有的抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、安全性好、受地理?xiàng)l件限制少、安裝施工簡(jiǎn)便靈活等特點(diǎn)，在許多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。使用無線通信傳輸數(shù)據(jù)，不僅簡(jiǎn)化了通訊難度和系統(tǒng)復(fù)雜度，還可以降低系統(tǒng)功耗及成本。

　　因此，本文提出了一種基于無線技術(shù)與容柵數(shù)字測(cè)量技術(shù)^[2]相結(jié)合的電子數(shù)顯卡尺數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以增加傳統(tǒng)位移測(cè)量數(shù)據(jù)采集的靈活性和克服系統(tǒng)采用大量線纜所帶來的現(xiàn)場(chǎng)布線復(fù)雜和傳輸距離較近等弊端。

　　2 系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)

　　2.1 國(guó)內(nèi)外無線產(chǎn)品介紹

　　國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手為桂林廣陸數(shù)字測(cè)控股份有限公司，其研制的無線通信模塊產(chǎn)品采用3V電池供電，無線通信采用2.4GHz頻段^[3]，可以切換連續(xù)采集模式(不間斷主動(dòng)發(fā)送)和單次采集模式(采集鍵按下一次發(fā)送一次)，傳輸距離為15米，如圖1所示。另外，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上其它產(chǎn)品如德國(guó)馬爾、日本三豐、英式等產(chǎn)品的數(shù)顯卡尺的通信系統(tǒng)大都采用無線通信傳輸技術(shù)。

　　國(guó)外市場(chǎng)上如瑞士TESA公司具備60多年精密儀器制造經(jīng)驗(yàn)，是全球知名的精密計(jì)量設(shè)備制造商，擁有著5000多種的量具儀產(chǎn)品，廣泛使用在生產(chǎn)部門、計(jì)量室、長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)傳遞部門，為工業(yè)檢測(cè)提供了強(qiáng)有力的配套能力。TESA公司利用無線傳輸技術(shù)^[4]設(shè)計(jì)的一種具有很高靈活性可以區(qū)分地址碼的量具，能夠承載120把精密量具，其傳輸距離可達(dá)到150米，當(dāng)無法看到數(shù)據(jù)傳輸是否正確時(shí)，可以利用聲音/光學(xué)組合的信號(hào)形式，確認(rèn)數(shù)據(jù)傳輸，并能夠保證數(shù)據(jù)沒有丟失，這種技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國(guó)內(nèi)的技術(shù)水平。如圖2所示。

　　日本SONY公司正在開發(fā)這種基于無線傳輸技術(shù)方面的新產(chǎn)品，英國(guó)NEWALL公司也在著手研發(fā)此類產(chǎn)品，這種無線傳輸技術(shù)可以替代原有的有線技術(shù)，更加便捷地傳輸數(shù)據(jù)同時(shí)能夠保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。就目前市?chǎng)上很多應(yīng)用場(chǎng)景都在使用無線通訊技術(shù)來傳輸數(shù)據(jù)，現(xiàn)在FANUC、SIEMEMS等多個(gè)國(guó)外廠家都在采用這種無線傳輸設(shè)備^[5]。

　　本文提出的這種基于容柵技術(shù)的電子數(shù)顯卡尺無線通信系統(tǒng)采用的是2.4GHz頻段，具有功耗低、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，最遠(yuǎn)傳輸距離可達(dá)300米。它能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)端點(diǎn)共同傳輸，即一對(duì)多的傳輸，并能保證傳輸數(shù)據(jù)的可靠穩(wěn)定，同時(shí)利用電腦上的上位機(jī)軟件對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，與傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)相比在性能上有了質(zhì)的提升，這種基于容柵位移傳感技術(shù)的電子數(shù)顯卡尺^[6]無線通信系統(tǒng)將在數(shù)顯量具市場(chǎng)行業(yè)上帶來較高的經(jīng)濟(jì)效益和極大競(jìng)爭(zhēng)力。