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乔胜华
(中国汽车技术研究中心 天津 300162)
摘 要:由于高空作业车支承反力测试系统不便于使用线缆作为测量设备的数据通讯和电源供给,采用无线通讯,存在无线通讯频率被干扰或占用的情况以及测量设备的电源供给问题,本文中给出了一种避免无线通讯频率被占用的方法.采用锂离子电池作为供给电源,解决了测量设备的供电问题.真正实现了测量设备与外界的无线.
关键词:支承反力 无线通讯 锂离子电池
中图分类号:TU71 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)04(a)-0050-02
本文介绍了高空作业车支承反力测试系统中利用RF无线通讯作为无线通讯以及锂电池作为设备电源供给的方法达到测试设备与外界无线连接,同时提出了频率转移的方法以避免无线通讯频率被占用或干扰.
1.系统概述
高空作业车支承反力测试评价系统由用于采集测量数据的硬件系统和数据处理软件系统构成.硬件系统由工控机、回转角测量装置、倾角测量装置、载荷测量装置组成,回转角测量装置、倾角测量装置、载荷测量装置主要实现采集参数并将数据传送给工控机,数据处理软件系统则通过工控机的人机交互界面,实现各种参数的文本和图形显示.
测量设备与工控机之间的采用了无线方式进行连接,不仅能节省了连接线缆,而且在测量装置安装在被测车辆上后,不会象有线方式那样影响到被测量车辆的正常工作.只需固定在相应的位置就可以.同时对试验的高空作业车上的平台支撑臂的旋转没有任何限制,可有效保证测量的顺利实施.
2.系统无线设计
测量设备与工控机之间采用无线方式,则需要解决测量设备与工控机之间无线数据通讯和测量设备的电源供给两个问题.
2.1 无线数据通讯
现在无线通讯主要有以下几种类型:Wi-Fi、蓝牙方案、Zigbee 以及射频(RF)技术等,在表1中列出了各种无线通讯的优缺点[1-3]
在国内,无线通讯主要应用频率为2.4GHz,同时I论文范文频段在2.4GHz的频带是惟一可用的,任何人都可以免费使用这段频谱,2.4GHz频段无线系统主要有Bluetooth、wiFi、无线USB、zigBee,以及无绳电话、微波炉和医疗设备等系统与设备.I论文范文-2.4GHz频带的过度火热,以致于它过于拥挤,无线干扰以及电磁兼容问题日益凸现.现在有很多射频芯片可用来完成无线数据传输,开发相对简单,易于实现.与Bluetooth、wiFi、zigBee等技术相比,采用射频技术,可以灵活选择无线通讯频率,避开外界的无线通讯设备的干扰.
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2.1.1 无线通讯芯片选择
目前市场上的无线芯片有很多种,生产厂家主要有美国Silicon Labs公司、挪威的Ｎordic公司以及挪威的Ｃhipcon公司等.在综合考虑后,采用了Silicon Labs公司的si4431芯片,Si4431具有高集成度、低成本、灵活性,论文范文精简和很容易设计等特点.连续频率覆盖范围:240Mhz-930Mhz,输出功率达到+20dbm(100mW),接收灵敏度达到-116dbm.芯片内含一个高性能的ADC在接收路径和数字调制解调器当中做解调、滤波和数据包处理、数字领域使得它非常适合配置一些多样化的应用[4].
单片机通过串行口接收测量单元发送出的数据,将测量数据进行处理后,通过SPI串行口将要发送的数据传送给Si4431,Si4431在接收到要发送的数据后,在内部增添前导码、同步字、数据载荷长度、引导码以及CRC校验后,从天线将数据发送.Si4431在天线接收到数据后,经过CRC校验后,将正确的数据通过串行口发送给单片机.
2.1.2 无线干扰的解决
在实际应用中,由于可能存在通讯所用频率被占用或众多干扰因素使通讯设备无法接收到正确的通讯数据的情况,这样需要无线通讯部分有主动变换通讯频率的功能,避免已经被占用以及被干扰严重的频率,找寻到没有被使用和干扰的频率作为通讯频率,无线通讯设备在选择无线通讯频率应该达到如下功能:在通讯被严重干扰时,可以将通讯频率移至没有干扰的频道,没有固定频率冲突时维持在原信道工作.
在本设计中,给每个测量设备的正常通讯频率下预留下9个以3倍频偏为间隔的通讯频率,当无线通讯装置与测量设备之间的无线通讯受到外界的干扰,在连续５次不能接收到正常通讯数据时,则无线通讯装置以10ms的间隔改变通讯频率,同时发出通讯数据包,发完后等待测量设备的回应信号,如果10ms内不能接收到测量设备的回应信号,则将通讯频率转到下一个预留的通讯频率,并重新发送通讯数据.如果在新的通讯频率上接收到测量设备的回应信号,说明在该通讯频率上无干扰.而测量设备在50ms内发现接收不到无线通讯装置的数据时,则以100ms的间隔改变通讯频率,在这100ms内等待无线通讯装置发送出通讯数据包,如果没有接收到无线通讯装置发送出的通讯数据包,则将通讯频率设置为下一个预留的通讯频率.
无论收发双方是否同步,测量设备在转换为某一频道的100ms周期内,确保由无线通讯装置的频率有10ms的周期和接收频率是一致的,完成一帧数据的收发.如果收发数据侦测正常,系统就保持该信道进入正常通信阶段.如果收发数据侦测不成功,接收方转入下一频道继续侦测,直到侦测成功.这样如果在测量工作正在进行时,如果突发严重的无线干扰,无线通讯装置和测量设备可以通过该方法在1S内找到没有被干扰的通讯频率,继续进行数据传送,不需要停止测量,改变通讯频率.
2.2 电源供给方案
测量设备的电源供给不能采用AC/DC的方式解决,采用可充电电池作为测量设备的电源,是解决测量设备无线的唯一方案.在设计电源时,有多种电池解决方案可以选择,包括镍氢电池(Ni-MH)、锂离子电池(Li)、论文范文锂电池(PLB)和高级锂电池(ALB)等,下面在表2中列出电池各自的优缺点[5～7].
2.2.1 电池的选择
从性价比上比较,采用了锂离子电池作为电源.因为锂离子电池在价钱上要远低于ALB、PLB电池,同时性能要比镍氢电池要好.镍氢电池由于有记忆效应的存在,适用于完全充满和完全放电的过程.这对于常常会将电能完全耗尽的产品比较适合.
2.2.2 稳定电源的芯片选择
采用电池作为电源供给,存在电池输出电压不稳的情况,锂离子电池的输出电压在3.0到4.2V之间,输出电压波动大,而系统的工作电源要求严格稳定,这样需采用一个高效率的电压转换器,在本设计中,采用了MAX8815A作为电压转换器.是一款高效、低静态电流、具备True ShutdownTM和浪涌电流限制的同步升压转换器.具有最高效率(97%)、低静态电流(30mA)以及低噪声强制PWM工作模式.[8]
3.应用效果
3.1 无线通讯测试
在对无线通讯的应用测试中,选择了三种测试方式:一种是在通讯频率旁的通讯频道上进行相应频率干扰,另两种是完全占用通讯频率点,使无线通讯不能正常进行,看是否能恢复正常通讯.测试方式及效果见表3.
4.2 电池使用时间测试
在实际应用中,使用到的无线通讯部分的正常应用电流在发射时小于100mA,接收时小于30mA.测量部分的正常应用电流小于60mA,因此采用了功率型的最大连续工作电流为200mA、最大脉冲电流400mA、容量为1000mAH,时的锂电池,根据理论计算,该电池可以连续放电工作5个小时,实测的结果,测量系统连续工作了七个多小时,而实际测量中每次的测量时间从开始预备到测量结束,工作时间不超过20分钟,每次充满电后,最少可以进行20次的测量.
4.总结
在高空作业车支反力测试评价系统中,通过采用无线通讯作为测量设备与工控机的数据通讯方式以及锂电池作为测量装置的电源供给,使得测量设备与外界真正实现了无线,采用通讯频率转移的方法,可以避免无线通讯频率被占用或干扰,保证测量设备与工控机之间正确无误的数据通讯.
参考文献
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[8] Maxim Integrated Products MAX8815A datasheet.
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测量频率的方法引用文献:
[1] 测量大学毕业论文范文 信号频率和芯片类参考文献格式范文2万字
[2] 测量方法论文范文 测量方法相关本科论文范文10000字
[3] 测量方法论文范文 测量方法相关论文范文文献2万字
