摘要：文中介绍了挪威某公司最新推出的单片无线收发一体专用芯片的结构和工作特点,以及在此基础上设计的针对电池电压采集的无线数据传输模块。该模块主要由电池电压采集电路、无线通信接口等组成。根据实际工作要求编写相应的通信协议,可以应用在不同的领域中。

第1页:单体电池采用无线芯片监测的采集模块设计及其实现 第2页:单体电池采用无线芯片监测的采集模块设计及其实现

　　在电池测试维护工作中,常常需要对电池组中每节单体状态进行跟踪监测。传统有线的电池容量测试仪由于其测试连接线复杂,易损坏,容易产生安全隐患。
　　
　　本文基于挪威某公司最新推出的单片无线收发一体芯片设计出无线单体采集模块:采用SPI总线与单片机通讯,实现单体电压采集的无线传输;可快速准确地记录电池电压等参数在充放电过程中每个瞬间的变化。无线系统具备更为优越的便捷性与安全性;同时,在采集、监控、传输等环节应用的多个新技术,让无线蓄电池监测系统的测试准确性和可靠性更有保证。
　　
　　1 硬件设计
　　
　　1.1 发射接收模块设计
　　
　　(1)无线芯片简介
　　
　　由挪威某公司推出的单片射频收发器专用芯片,由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成,自动处理字头和CRC(循环冗余码校验)使用SPI接口与微控制器通信,配置非常方便。此外,其功耗非常低,内建空闲模式与关机模式,易于实现节能。适用于无线数据通信、无线报警及安全系统、无线开锁、无线监测、家庭自动化和玩具等诸多领域。片内集成了电源管理、晶体振荡器、低噪声放大器、频率合成器、功率放大器等模块,曼彻斯特编码和解码由片内硬件完成。无需用户对数据进行曼彻斯特编码,因此使用非常方便。
　　
　　(2)无线通信模块接口设计
　　
　　图1中给出了无线芯片的通信接口。该接口由10个数字输入输出I/O组成,按照工作方式可分为三组:一是模式控制。可以组成四种工作模式:掉电和SPI编程模式、待机和SPI编程模式、发射模式、接收模式;二是SPI接口。SPI接口由SCK、MISO、MOSI以及CSN组成。其作用:(1)在配置模式下单片机通过SPI接口配置无线芯片的工作参数;(2)在发射和接收模式下单片机SPI接口发送和接收数据。三是状态输出。其接口提供载波检测输出,地址匹配输出,数据就绪输出。

图1无线芯片接口

　　1.2 通信接口模块
　　
　　标准通信接口模块主要由两部分组成:RS485接口模块和无线通信接口模块。RS485接口模块采用485通讯芯片将单片机的TTL电平转换为RS485电平。PC机通过RS485转换器读取相应的电池电压数据;无线通信接口模块采用通过单片机的I/O接口模拟SPI总线模式,可以实现与无线芯片之间的双向数据通信。实现对无线芯片的控制从而达到采集的数据可以无线数传到其他模块中,实现电池电压的无线传送。
　　
　　1.3 电压采集模块
　　
　　通过单片机自带的10位AD转换功能,实现对电池电压的采集,电池电压通过运算放大电路接入到AD口,单片机通过运算得出电池电压的数字量,并存储。
　　
　　2 软件设计
　　
 　　2.1 RS485接口通信软件设计
　　
　　RS485采用平衡发送和差分接收方式实现通信:发送端将串行口的TTL电平信号转换成差分信号A、B两路输出,经过线缆传输之后在接收端将差分信号还原成TTL电平信号。由于传输线通常使用双绞线,又是差分传输,所以有极强的抗共模干扰的能力,总线收发器灵敏度很高,可以检测到低至200mV电压。故传输信号在千米之外都可以收到。
　　
　　为了适合PC机与单片机之间、单片机与单片机之间的远距离数据传送,特别设计为RS485接口的数据通讯方式,在本机中主机和从机发送数据与接收数据均采用中断方式,主机通过主动发送获取电池电压数据查询命令,从机中断实时查询接收寄存器的数据长度,判断是否有新的数据,进而判断是否是数据查询命令,判断正确后,从机将数据送入到发送寄存器,将电池电压数据发送给主机。
　　
　　2.2 无线通信软件设计