CN1790436A

CN1790436A - 多功能无线数据传输装置

Info

Publication number: CN1790436A
Application number: CN 200410098846
Authority: CN
Inventors: 刘刚; 司永胜
Original assignee: China Agricultural University
Current assignee: China Agricultural University
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2006-06-21

Abstract

本发明公开了一种多功能无线数据传输装置，用于接受传感器采集的信号并将该信号进行远程无线数据传输。该装置包括：微处理器；与微处理器连接的串口扩展电路，用于扩展至少两个串口：第一串口和第二串口；与第一串口连接的数传电台模块、与第二串口连接的电平转换模块、与电平转换模块连接的移动网络通信模块、与微处理器连接的发送模式控制端，本发明的多功能无线数据传输装置可以实现数据长距离传输和数据免费传输的有机结合，可根据现场端与控制主机间的距离远近选择最理想的数据传输方式。用户控制通过移动通信网络或通过数传电台发送数据。

Description

多功能无线数据传输装置

技术领域

本发明涉及一种无线数据传输装置，特别是涉及一种适合在农业领域以及日常生活和工业环境下使用的无线数据传输装置。

背景技术

在现代农业中，经常遇到和作物有关的各种信息的传输问题，例如：土壤或基质的各种参数、植株近地及根部小气候的信息以及作物的长势信息和病虫害信息等。这些信息通常由各种位于农作物现场端的传感器采集获得，然后将传感器采集到的信息通过一个无线数据传输装置发送到远程的控制主机，以便技术人员通过这些信息做出科学的管理和决策。

传统的无线数据传输装置通常单独采用移动通信网络或数传电台对上述传感器采集的信息进行无线传输。

目前的移动通信网络(如GSM网络和CDMA网络)非常稳定，传输范围广，技术成熟。但是由于移动通信网络为收费网络，在传输大量数据时，采用移动通信网络传输就不是非常经济的方案。无线数传电台数据传输稳定，抗干扰性强，并且无需申请频率许可。但无线数传电台传输距离相对较短，一般为1000米或更远些，但在实际应用中，当现场的传感器和远程的控制主机距离较远时，无线数传电台将不能满足数据传输的需要。

通常，控制主机的位置是相对固定的，而采集农作物信息的现场端与控制主机具有多种远近不一的间距。如果单独采用移动通信网络，对于与控制主机相对较近的现场端来说则会在成本上不经济；如果单独采用数传电台来传输数据，对于与控制主机相对较远的现场端来说则有时会无法完成数据传输任务。

因此，就需要有一种多功能的无线数据传输装置，该装置位于需要采集信息的现场端，并与现场端的传感器连接，而且可以根据现场端与控制主机间的距离远近选择最理想的数据传输方式。

此外，传统的无线数据传输装置通常是传输数字信号，而农业中采用的传感器有很多都是模拟信号输出，因此在无线数据传输装置和传感器之间必须另设模数转换装置把模拟信号转换为数字信号。这样，技术人员在将传感器与传统的无线数据传输装置连接时会有额外的工作量，提高了工作的复杂程度。

因此，就需要有一种多功能的无线数据传输装置，该无线数据传输装置既能接受模拟信号又能接受数字信号，以适应不同传感器的接入。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种多功能无线数据传输装置，能够根据现场端与控制主机间的距离远近选择最理想的数据传输方式；本发明的目的之二是提供一种多功能无线数据传输装置，该装置既能接受模拟信号又能接受数字信号，以适应不同传感器的接入。

为了实现上述目的，本发明提供一种多功能无线数据传输装置，用于接受传感器采集的信号并将该信号进行远程无线数据传输，该装置包括：

微处理器，用于接受传感器直接输入的数字信号；

与微处理器连接的串口扩展电路，用于扩展至少两个串口，所述至少两个串口包括第一串口和第二串口；

与第一串口连接的数传电台模块，用于通过数传电台进行远程无线数据发送；

与第二串口连接的电平转换模块，用于微处理器与移动网络通信模块之间信号的电平匹配；

与电平转换模块连接的移动网络通信模块，用于通过移动通信网络进行远程无线数据发送；

与微处理器连接的发送模式控制端，用于由用户控制使用数传电台模块或移动网络通信模块进行远程无线数据传输。

所述的多功能无线数据传输装置还包括一个与微处理器连接的模数转换电路，用于接受传感器输入的模拟信号，并将该模拟信号转换为数字信号后输入所述微处理器。所述的多功能无线数据传输装置，还包括一个与微处理器连接的信号模式控制端，用于由用户控制所述微处理器接受由传感器直接输入的数字信号或者接受由模数转换电路输入的数字信号。

所述移动网络通信模块是GSM网络通信模块或CDMA网络通信模块。

本发明与传统无线数据传输装置相比有如下优点：

1)本发明的多功能无线数据传输装置可以实现数据长距离传输和数据免费传输的有机结合，可根据现场端与控制主机间的距离远近选择最理想的数据传输方式。用户控制通过移动通信网络或通过数传电台发送数据。

2)本发明的多功能无线数据传输装置通过用户的控制既能够接受数字传感器的信号，也可以接受模拟传感器的信号。

附图说明

图1为本发明多功能无线数据传输装置的结构框图；

图2为本发明多功能无线数据传输装置的一个实施例的电路原理图；

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的描述。

本发明提供的多功能无线数据传输装置的设计电路结构如图1虚线框内所示，该装置用于接受传感器采集的信号并将该信号远程无线传输至控制主机(图中未示出)。如图1所示，本发明的多功能无线数据传输装置包括一个可与传感器直接连接的微处理器，这样，当传感器的输出信号为数字信号时，可直接发送至微处理器进行处理。微处理器还与一个模数转换电路连接，这样，当传感器的输出信号为模拟信号时，可将传感器与模数转换电路连接，由模数转换电路将传感器的模拟输出信号转换为数字信号后输入微处理器。为了能够控制本发明的多功能无线数据传输装置接收传感器信号的模式(数字信号或模拟信号)，本发明还提供一个与微处理器连接的信号模式控制端，用户可以控制信号模式控制端，具体说是用户可以改变信号模式控制端的状态，微处理器中的程序通过查询信号模式控制端的状态来选择是直接接收传感器输出的数字信号还是接收模数转换电路输出的数字信号。

如图1所示，本发明的多功能无线数据传输装置中还包括一个与微处理器的信号输出端连接的串口扩展电路，通过串口扩展电路扩展出两个串口：第一串口和第二串口。第一串口的输出信号发送至数传电台模块，而第二串口的输出信号发送至移动网络通信模块。在串口扩展电路和移动网络通信模块之间还设有一个电平转换电路，电平转换电路可将串口扩展电路中第二串口的输出信号进行电平转换，使得该信号的电平与移动网络通信模块的可用信号电平相匹配。为了控制多功能无线数据传输装置使用数传电台模块还是使用移动网络通信模块进行远程无线数据发送，本发明还提供一个与微处理器连接的发送模式控制端，用户可以控制发送模式控制端，具体说用户可以改变发送模式控制端的状态，微处理器中的程序通过查询信号模式控制端的状态来选择是通过数传电台模块还是通过移动网络通信模块发送数据。当微处理器查询到用户要通过数传电台模块发送数据时，则微处理器控制串口扩展电路将数据通过第一串口发送至数传电台模块；当微处理器查询到用户要通过移动网络通信模块发送数据时，则微处理器控制串口扩展电路将数据通过第二串口发送至电平转换电路，经电平转换电路进行电平转换后发送至移动网络通信模块。

图2是图1所示的多功能无线数据传输装置的一个具体实施例。其中：

微处理器1采用ATMEL公司生产的89S51单片机。该芯片不仅具有MCS51系列单片机的所有特性，而且片内集成有2K字节的电擦除闪存(Flash ROM)，并且内置看门狗(WATCHDOG)功能，在保证系统可靠工作的同时，减少了外围器件，使系统结构简洁。同时，芯片价格低，是目前性能价格比较高的单片机芯之一。

模数转换电路2采用MAX187。MAX187是美国MAXIM公司设计的一种12位串行模数转换器，其内部集成了大带宽跟踪/保持电路和串行接口。内置与SPI、QSPI及Microwire兼容的三线串行接口。MAX187用输入跟踪/保持(T/H)和12位逐次逼近寄存器(SAR)构成的电路系统将模拟信号转换成12位数字信号输出，T/H不需要外部保持电容。功耗小，精度高，占用系统资源少。

串口扩展电路3采用National Semiconductor(NS)公司的PCI6552D芯片。PCI 6552D具有2个UART(通用异步接收机)，一个可编程波特率发生器以及支持各种串口操作模式。

移动网络通信模块5采用西门子公司的TC35I，这是一种GSM网络通信模块。

数传电台模块6采用上海桑博科技公司的STR-10型模块，传输距离为500米。

电平转换电路4采用MAX232芯片。作为微处理器1的89S51单片机的工作电平为TTL电平，其范围为0～5V，而作为移动网络通信模块5的TC35I的串行接口为RS-232C标准接口，工作电平为EIA电平，即逻辑“1”为-15～-3V(通常用-12V)，逻辑“0”为+3～+15V(通常用+12V)。为保证数据的正确传送，实现RS-232C方式下RS-232C标准接口与89S51单片机I/O口之间输入/输出信号电平的匹配，在两者之间安装MAX232芯片，以实现TTL电平与EIA电平之间的相互转换。

信号模式控制端7由电源、电阻R20和一个开关连接组成。

发送模式控制端8为电源、电阻R19和一个开关连接组成。

图2中，各硬件功能具体实现方法：

当传感器为数字传感器11时，数字传感器11的2、3引脚分别与89S51微处理器1的TXD、RXD引脚连接。当传感器为模拟传感器12时，模拟传感器12的5引脚与MAX187模数转换电路2的AIN引脚连接。

89S51微处理器1的P0.1～P0.7分别连接PC16552D串口扩展电路3的D0～D7引脚，作为系统的数据总线。89S51的P2.0～P2.2分别连接PC16552D的A0、A1和A2引脚，和P0.1～P0.7口同时作用作为系统的地址总线。P2.3连接PC16552D的CHS引脚，作为PC16552D的通道选择线。P2.4连接PC16552D的CS引脚，作为片选线。

通过PC16552D串口扩展电路3扩展的两个串口各占有一个中断引脚，即INTR1和INTR2，中断发生时，引脚电平变高。而89S51微处理器1的中断引脚为低电平有效，所以电路中用到了74LS04电压反向器9，PC16552D串口扩展电路3的INTR1和INTR2经74LS04电压反向器9后分别连接89S51微处理器1的INT0和INT1引脚。

89S51微处理器1的P1.0连接MAX187模数转换电路2的SCLK引脚，作为模数转换电路2的外部时钟。P1.1连接MAX187模数转换电路2的CS引脚，作为MAX187的片选信号。P1.2连接MAX187模数转换电路2的DOUT引脚，作为模数转换电路2的数字输出。采用内部参考电压，因此无需外部精密电压元件。

89S51微处理器1的P1.7引脚与发送模式控制端8连接。程序通过查询89S51微处理器1的P1.7引脚的电平来判断数据发送模式，当发送模式控制端8选择移动通信网络方式发送时，P1.7引脚电平为高，当发送模式控制端8选择数传电台发送时，P1.7引脚电平为低。

89S51微处理器1的P1.6引脚与信号模式控制端7连接。程序通过查询89S51微处理器1的P1.6引脚的电平来判断输入信号的模式，当信号模式控制端7选择数字信号模式时，P1.6引脚电平为高，当信号模式控制端7选择模拟信号模式时，P1.6引脚电平为低。

考虑到系统工作的稳定性以及各芯片对电源的需求，采用LM317三端稳压芯片10构成电源电路，保证电源的稳定。

图2电路的实施例功能实现过程为：装置启动后，首先进行系统初始化，包括微处理器、串口扩展电路和模数转换电路等的初始化。系统初始化结束以后程序查询信号模式控制端的状态，判断微处理器直接接收数字传感器输出的数字信号还是接收模数转换电路输出的数字信号；程序查询发送模式控制端状态判断采取哪种方式进行数据发送，然后发送数据。

在图2中，移动网络通信模块5为一种GSM网络通信模块，但是本领域的技术人员很容易将CDMA网络通信模块应用于图2的实施例中，例如CDMA网络通信模块通常可选择法国WAVECOM公司的Q2358C型模块及国内江阴宏信科技有限公司的DTU数据通讯模块-CDMA等。

Claims

1.一种多功能无线数据传输装置，用于接受传感器采集的信号并将该信号进行远程无线数据传输，其特征在于，该装置包括：

微处理器，用于接受传感器直接输入的数字信号；

2、根据权利要求1所述的多功能无线数据传输装置，其特征在于，还包括一个与微处理器连接的模数转换电路，用于接受传感器输入的模拟信号，并将该模拟信号转换为数字信号后输入所述微处理器。

3、根据权利要求2所述的多功能无线数据传输装置，其特征在于，还包括一个与微处理器连接的信号模式控制端，用于由用户控制所述微处理器接受由传感器直接输入的数字信号或者接受由模数转换电路输入的数字信号。

4、根据权利要求1所述的多功能无线数据传输装置，其特征在于，所述移动网络通信模块是GSM网络通信模块或CDMA网络通信模块。

5、根据权利要求1所述的多功能无线数据传输装置，其特征在于，所述微处理器是AT89S51单片机，所述数传电台模块是STR-10型模块，所述移动网络通信模块是西门子公司的TC35I模块，所述串口扩展电路是PC16552D芯片，所述电平转换电路是MAX232芯片，所述发送模式控制端由电源、电阻和开关组成。

6、根据权利要求2所述的多功能无线数据传输装置，其特征在于，所述模数转换电路是MAX187芯片。

7、根据权利要求3所述的多功能无线数据传输装置，其特征在于，所述信号模式控制端由电源、电阻和开关组成。