李繡峰1，鮮鴻雄2

　?。?.臺(tái)州學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，浙江臺(tái)州318000；2.五邑大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，廣東江門529020）

摘要：利用計(jì)算機(jī)、傳感器技術(shù)和無線通信，設(shè)計(jì)了用于PCB電鍍電流檢測(cè)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng).該監(jiān)控系統(tǒng)以NRF9E5單片機(jī)為無線傳感器節(jié)點(diǎn)核心，運(yùn)用霍爾電流傳感器和檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了無線傳感器節(jié)點(diǎn)與計(jì)算機(jī)的無線通信.

關(guān)鍵詞：PCB板；PCB電鍍電流；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)：TP212.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1006-7302（2010）04-0035-04

　　PCB板的主要功能是使各種電子零組件形成預(yù)定電路的連接，其質(zhì)量的好壞將直接影響整個(gè)機(jī)電產(chǎn)品的性能.PCB電鍍電流是影響PCB板質(zhì)量的重要因素之一，目前PBC電鍍電流的檢測(cè)是由操作人員拿著手持的監(jiān)測(cè)設(shè)備、間隔一定時(shí)間進(jìn)行檢測(cè)；因此存在不少缺點(diǎn)，如非實(shí)時(shí)檢測(cè)，容易漏檢和誤檢，長(zhǎng)期在電鍍環(huán)境里工作會(huì)損害人體健康等.鑒于人工檢測(cè)已不能適應(yīng)當(dāng)今制造技術(shù)發(fā)展的需要，本文提出PCB電鍍電流的無線傳輸方案，即在需要檢測(cè)電鍍電流的地方安放傳感器節(jié)點(diǎn)，并由監(jiān)控中心對(duì)采集的電流數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一、實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和控制.

1·系統(tǒng)框架

它可以分為3層：數(shù)據(jù)采集層、系統(tǒng)通信層和管理層.

　　數(shù)據(jù)采集層是整個(gè)系統(tǒng)的最底層，它由安放在工作環(huán)境中的傳感器節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)組成.通過內(nèi)置的數(shù)據(jù)采集單元，傳感器節(jié)點(diǎn)可以采集流過PCB板的電流信號(hào)，進(jìn)行數(shù)據(jù)整理后，以無線通信的方式發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)；匯聚節(jié)點(diǎn)將傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚、分析和儲(chǔ)存，并等待計(jì)算機(jī)的命令，準(zhǔn)備好與計(jì)算機(jī)之間的通信.

系統(tǒng)通信層是指匯聚節(jié)點(diǎn)與計(jì)算機(jī)之間的通信，采用RS232串口通信方式.通過設(shè)置P0_ALT.1=1，P0_DIR.1=l，選擇NRF9E5的P01與P02引腳的第二功能作為串口的RXD與TXD，通過芯片MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換與計(jì)算機(jī)的串口連接來處理從各節(jié)點(diǎn)采集回來的數(shù)據(jù)，并通過主模塊發(fā)送控制指令和有效數(shù)據(jù)完成對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制.管理層是計(jì)算機(jī)對(duì)采集上來的電鍍電流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理的過程.計(jì)算機(jī)能根據(jù)管理者的需要采集安裝霍爾傳感器節(jié)點(diǎn)的電流數(shù)據(jù)，并完成數(shù)據(jù)處理、圖表顯示、控制和儲(chǔ)存等多種管理功能；當(dāng)流過PCB板的電流超過或低于給定值范圍，系統(tǒng)給出聲光報(bào)警.

2·系統(tǒng)硬件及設(shè)計(jì)

　　無線傳感器節(jié)點(diǎn)是整個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)的基本組成單元，它的主要任務(wù)是采集PCB電鍍電流數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行前期處理，并對(duì)來自上位機(jī)的命令做出回應(yīng)，進(jìn)而向上位機(jī)發(fā)送采集到的電流數(shù)據(jù).無線傳感器節(jié)點(diǎn)由NRF9E5單片機(jī)系統(tǒng)、無線通信單元、傳感器單元和指示燈報(bào)警電路等組成，系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)具體參見文獻(xiàn).

　　2.1 NRF9E5單片機(jī)系統(tǒng)

　　NRF9E5無線單片機(jī)是NordicVLSI公司于2004年推出的無線單片機(jī)芯片，它是真正的系統(tǒng)級(jí)芯片，內(nèi)置的433MHz、868MHz、915MHz收發(fā)器與NRF905芯片的收發(fā)器一樣.內(nèi)嵌的微8051控制器，帶有4輸入10位80kS/s的A/D轉(zhuǎn)換器，工作電壓較寬（1.9～3.6V），可以工作于ShockBurst方式，即自動(dòng)處理前綴、地址和CRC方式；CPU還擴(kuò)展了2個(gè)數(shù)據(jù)指針以方便從片外RAM讀取數(shù)據(jù).NRF9E5的微處理器中有256bit的數(shù)據(jù)RAM和512bit的ROM.上電復(fù)位或軟件復(fù)位后，處理器自動(dòng)執(zhí)行ROM引導(dǎo)區(qū)中的代碼.用戶程序通常是在引導(dǎo)區(qū)的引導(dǎo)下，從EEROM加載到1個(gè)4kbit的RAM中，這個(gè)4kbit的RAM也可用作存儲(chǔ)數(shù)據(jù).整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的建立需要極少的外圍元器件，節(jié)約資源，對(duì)實(shí)現(xiàn)低功耗十分有利.

　　2.2 無線通信單元

　　由于NRF9E5無線單片機(jī)內(nèi)置了NRF905的433MHz、868MHz、915MHz收發(fā)器，從而使整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)潔可靠.通過軟件編程，收發(fā)器可自動(dòng)完成發(fā)送、接收和監(jiān)聽等功能，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)角度講，只需對(duì)數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件解釋和控制即可.

　　2.3 傳感器單元

　　傳感器單元主要負(fù)責(zé)電流信息的采集，它是保證整個(gè)系統(tǒng)性能的基礎(chǔ).首先需要將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，這里用TBC-LTA系列霍爾電流傳感器，其工作電源電壓±(12～15)V，工作溫度-40～85℃.為了提高測(cè)量精度，結(jié)合實(shí)際被測(cè)電流大小值，本文選取TBC-LTA系列直流電流傳感器中的TDC503LTA傳感器.

　　NRF9E5內(nèi)含一個(gè)10位線性AD轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換速率為80kS/s，AD轉(zhuǎn)換器參考電壓可以通過軟件選擇Aref輸入或內(nèi)部帶隙參考電壓1.22V.AD轉(zhuǎn)換器有5個(gè)輸入可以通過軟件進(jìn)行選擇，其典型應(yīng)用是啟動(dòng)/停止模式，采樣時(shí)間由軟件控制.默認(rèn)狀態(tài)下它是10位的，如有需要可以通過軟件設(shè)置為6位、8位或12位.同時(shí)，AD轉(zhuǎn)換器也可以在差分模式下應(yīng)用，當(dāng)AIN0作為負(fù)輸入端時(shí)，AIN1～3作為正輸入端.

　　2.4 指示燈報(bào)警電路

　　當(dāng)流過電路板電流低于下限值或高于上限值時(shí)，指示燈報(bào)警電路將產(chǎn)生聲光報(bào)警，以便管理人員立即采取應(yīng)對(duì)措施.在本設(shè)計(jì)中，利用紅色LED燈和揚(yáng)聲器作為指示燈報(bào)警電路.