无线测量系统设计论文

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1系统设计

本测量仪采用了微控制器STM32F103C8T6和SI4432模块结合的硬件设计系统，集取了Cortex-M3内核的性价比高、实时性强及SI4432模块耗能超低、功能齐全等特性，很好地实现了无线测量系统的低能耗、低成本、实时性强等性能。

1．1加速度采集接口设计

加速度传感器选用具有坚固耐用、受外界干扰小等特点的压电式加速度传感器，压电式加速度传感器采集对击锤的加速度，将加速度信号转换成相应的电荷信号，电荷信号经过电荷放大器的处理，最终输出与之相对应电压信号;最后，通过高速串行ADS8325实时高速采集电荷放大器输出的电压信号，获得打击过程中加速度变化的时域曲线，从而计算出最大打击力和打击能量，通过无线方式将数据传输给主机。STM32有两个标准SPI，该接口被配置成主模式时可以为外部的其他从设备提供通信时钟。STM32与ADS8325之间通过标准SPI接口连接，STM32使用SPI的单主模式，采集加速度信号只需要ADS8325到STM32串行数据传输，SCK为ADS8325提供通信时钟，将ADS8325片选管脚CS拉低则为从模式。

1．2位移采集接口设计

选用欧姆龙编码器进行位移数据的采集，将E6B2-CWZ6C编码器与机械滑轮相连形成一个位移传感器，机械滑轮的半径为17．49mm，锤头将移动2×3．14R的距离，即109．9mm，即锤头移动109．9mm时编码器刚好转一圈，脉冲计数为2000个。为了增加安全性，减小电压的干扰，减少电路设计，增量式编码器和STM32接口采用光耦器件TPL521—4进行隔离。

1．3无线通信模块接口设计

STM32与SI4432通过SPI接口相接，实现SI4432的基本工作状态。SI4432通过nIRQ向STM32发送中断。串行数据通过MOSI从STM32传输到SI4432;MISO正好相反;通过SCK向SI4432提供时钟，同步两者的串行数据传输。nSEL引脚电平为低时，SI4432片选为从模式，STM32才能有效操作SI4432。SI4432的工作模式位SDN为高时，SI4432处于关闭模式，为低时，则处于工作模式，因此，在芯片工作期间，工作模式位必须为低。

2系统软件实现

系统软件在KeiluVision4平台上采用模块化思想设计开发，将所需模块的主要功能全部编译成相对独立的函数以供主程序需要时调用。模块需要完成的功能是首先对STM32，SI4432及SPI进行初始化配置，其次，从机模块采集加速度数据并传输，最后，主机模块接收数据并处理。软件采用同步传输的模式，同步字传输完之后才会开始传输数据。

2．1从机模块软件实现

从机模块主要实现加速度数据的采集与发送。数据采集与发送过程如下:首先，完成初始化后开始采集数据，数据采集未完成，则等待至数据采集完成，然后清空SI4432的发送FIFO，写入将要发送的加速度数据;其次，打开发送完成中断并关闭其他中断，该中断使能正常后开始发送数据;再次，数据发送完成后nIRQ引脚转为低电平状态，读取中断引脚状态后并将nIRQ引脚转为高电平状态，准备下次检测。如果数据发送成功，则主机模块上绿色指示灯会变亮;最后，关闭发送功能，准备下一次数据发送。

2．2主机模块软件实现

主机模块软件实现加速度数据接收与处理。首先，完成初始化并清空SI4432的接收FIFO;其次，打开接收完成中断并关闭其他中断，该中断使能正常后开始接收数据;再次，数据接收完成后nIRQ引脚转为低电平状态，读取中断引脚状态后并将nIRQ引脚转为高电平状态，准备下次检测，然后，关闭接收功能，准备下次数据接收;最后，对接收到的数据进行相应的处理得到打击能量和打击力，并将数据通过RS485通信传输给工控机和LED大屏。

3结束语

本文设计了一种先进的对击锤能量无线测量仪，无线数传模块采用SI4432，使用STM32控制无线数传模块进行发送和接收数据，快速又方便地解决了有线方式不便实现的对击锤能量测量的问题。测试表明:仪器具有低功耗、实时性强、可靠性高的特点，每次打击后到大屏显示时间为0．5s左右，可以为现场工人的生产提供指导，满足使用要求。

作者:王鹏祁伟华吕志刚单位:西安工业大学