基于ZigBee的无线位移测量系统的设计.pdf

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1、石油仪器2011年第25卷第2期PETR0LEUMINSTRUMENTS·开发设计·基于ZigBee的无线位移测量系统的设计朱嵘涛徐爱钧陈超。(1．长江大学工程技术学院信息系湖北荆州)(2．长江大学湖北荆州)(3．川庆测井公司重庆)摘要：在对JN5139芯片及其上ZigBee协议栈深入研究的基础上，提出了一种基于ZigBee的无线位移测量系统。该系统主要由传感器终端和位移检测终端2类节点设备组成，通过传感器终端采集位移数据，再将位移数据发送给位移检测终端，并利用计算机进行集中存储和管理。关键词：JN5139；ZigBee

2、；位移测量系统中图法分类号：TP393．02文献标识码：B文章编号：1004—9134(2011)02—0001—03磁棒移动相应的距离，同时磁棒的移动会改变两个次0引言级线圈的输出电压，次级线圈的两路电压信号经过放位移是一个很重要的非电量物理参数，随着传感大整流电路后送人JN5139，JN539再将测出的位移数器技术、嵌入式系统技术、无线通信技术的发展以及工据发送给位移检测终端。业自动化程度的不断提高，基于无线传感器网络的位移测控系统受到越来越多的关注。基于IEEE802．15．4标准的ZigBee传感器网络技术是一种

3、短距离、低速率无线网络技术，其低功耗、易部署等特性，使它在无线监控、工业自动化等领域成为应用研究的热点。完整的ZigBee协议栈只有32kB，可以嵌入各种设备中。这些特点决定ZigBee技术非常适合应用在无线传感器网络中，与现有的各种无线通信技术相比，ZigBee技传感器终端位移监控终端术在功耗和成本上相对较低，有很大的优势。图1无线位移测控系统整体框图本文研究设计的无线位移测控系统就是基于ZigBee技术的无线传感器网络，收集现场测得的位移2传感器终端的设计参数，并利用计算机进行集中存储和管理，提高了位移根据实际位移测

4、量需要，传感器终端主要由文氏测量效率和准确度。设计时采用了英国JENNIC公司电桥振荡电路、差分放大电路、线性可变差动变压器、的JN5139芯片，它是一系列低功耗低成本无线微控制放大整流滤波电路和数据采集及处理显示电路组成，器，适用于IEEE802．15．4和ZigBee的软件应用。其结构如图1所示。当磁棒运动时，在次级线圈中的感应电压出现差动变化。通过测量图1中A、B两点1无线位移测控系统总体设计的电压，可通过位移计算公式d：求出磁棒位移测控系统主要由传感器终端和位移监控终端uA十u曰两大部分组成，整体设计如图1所示。

5、其中位移检测相对于中心点的位移d。终端作为PAN协调器，负责发起网络和分配地址给传2．1JN5139无线微控制器简介感器终端。传感器终端首先接收来自位移监控终端发ZigBee节点设备的硬件实现方案主要分为两大送过来的位移数据，然后就驱动电机带动变压器内的类：一类是将射频收发器和微控制器分开，各使用1块芯片，由用户根据设备类型(Coordinator、Router、End第一作者简介：朱嵘涛，男，1982年生，助教，现为长江大学工程技术学院信息系硕士研究生，主要研究领域为单片机与嵌人式系统。邮编：434020石油仪器PET

6、ROLEUMINSTRUMENTS2011年04月Device)和功能分别选型，实现最佳搭配；另一类是将2．3放大整流滤波电路的设计_3_两者集成在一块芯片上，可简化设备硬件设计，提高系为了降低系统对微处理器的要求，系统采用放大统的硬件可靠性。整流滤波电路将次级线圈输出的两路交流信号转化为JN5139芯片集成了一个32一bitRISC处理器，内直流信号，具体电路如图3所示。其中整流滤波电路含2．4GHzIEEE802．15．4射频收发器、192KBROM、采用二极管包络检波电路，该电路结构简单，可以得到96KBRAM，以

7、及丰富的并口、串口、定时器、A／D、D／A失真较小的直流信号，能较好的满足系统的需求。电等接口资源。JN5139有以下几个优点：①单一芯片一路选用运算放大器OP228，检波二极管为IN4007，电体化收发器和微控制器，适用于无线传感器网络。②阻R2=2k，R4=lk，C2=470／zF，电位器R6=5k。灵活的ROM／RAM的架构，成本满足大规模用量的需要。③只需要很少的外围器件就可以构建系统。④硬件MAC层确保低功耗和低费用处理器。⑤丰富的外围设备接口。2．2文氏电桥振荡电路设计[1．2]为了保证测量精度，一般要求能产

8、生100kHz的正弦波信号，文氏电桥振荡电路原理图如图2所示，该图3放大整流滤波电路电路可以分成两部分，前面一部分分是RC振荡电路，2．4位移检测终端的设计_4j有两个作用，其一作选频网络，其二作反馈网络，后一位移检测终端采用上、下位机结构，如图4所示。级为集成运放组成的放大电路，进行信号幅值的调节。作为协调器的下位