摘要：本设计采用基于32位工业级ARM7处理内核微处理器LPC2131为系统主控制器。采集电路使用16位高精度、低功耗模数转换芯片CS1160完成对一路0V到5V的模拟电压信号或热电耦、热电阻信号的数据采集；无线数据传输使用单片收发芯片IA4421实现系统的无线通信，其最高无线数据传输数率57600 bps。系统能通过RS-485接口把采集到的数据实时的传输给PC机，由PC机完成采集数据的显示、存储，也可通过PC机实现大范围的控制和组网。
本系统分为下位机和上位机两部分，下位机负责采集，转换和处理A/D数据，并通过无线通信传输给上位机。上位机通过无线通信收集下位机发送的采集数据，并由RS-485通信接口将数据传输给PC机。上位机也可接收PC机的控制信号实现对下位机的控制。
系统采用工业标准24V直流电源供电，使用无线频段为国际通用的433MHz数传频段，无线发射功率5 dBm，接收灵敏度-100dBm，并拥有5个无线信道数，采用FSK调制方式，无线数据传输速率为9600 bps，可支持标准SPI数据接口。经过实地测量，室内最远无线传输距离为35m，室外最远无线传输距离为200m，在24℃环境下系统72小时连续无故障工作，模拟电压采集精度可达0.2% FS ± 1字，温度漂移小于200 ppm/℃。系统中一台上位机可与16台下位机进行无线通信，每台下位机采集数据更新频率为0.2ms。此系统可以广泛应用在工业采集控制场合中，达到了本设计的初衷。
目   录
引   言 1
1 设计要求 1
2 系统方案论证与设计 3
2.1 控制器方案论证 3
2.2 无线通信方案论证 4
2.3 A/D采集方案论证 4
2.4 与PC通信接口方案论证 5
2.5 系统硬件方案选择 5
2.6 系统整体方案设计 6
3 硬件开发工具、特点、流程与要求 8
3.1 硬件开发工具介绍 8
3.2 硬件开发特点 10
3.3 硬件开发流程与要求 10
3.3.1 原理图设计流程与要求 11
3.3.2 PCB设计流程与要求 13
3.3.3 硬件测试要求 17
4 硬件单元电路设计 19
4.1 LPC2131最小系统设计 19
4.1.1 ARM7和LPC2131简介 19
4.1.2 LPC2131引脚功能描述 20
4.1.3 基于LPC2131的最小系统设计 23
4.2 IA4221无线收发电路设计 24
4.2.1 IA4221简介 24
4.2.2 IA4421封装与引脚功能描述 25
4.2.3 基于IA4421的无线收发电路设计 27
4.3 系统电源设计 28
4.3.1 系统电源设计的重要性 28
4.3.2 前级DC-DC降压电路设计 28
4.3.3 后级隔离电源设计 30
4.4 模拟量采集电路设计 32
4.4.1 A/D转换器CS1160简介 32
4.4.2 A/D电路设计 34
4.5 通讯接口设计 35
4.5.1 RS-485通讯接口设计 35
4.5.2 RS-232通信接口设计 36
4.6 其它电路设计 36
4.6.1 下位机编码电路设计 36
4.6.2 数据存储电路设计 37
4.6.3 系统状态显示电路设计 38
5 系统软件设计 38
5.1 数据采集软件设计 39
5.2 无线数据收发软件设计 40
5.3 数据存储软件设计 44
5.4 PC软件设计 46
6 系统测试 48
6.1 无线通信测试 48
6.2 A/D采集测试 49
6.3 整机测试 49
7 系统改进设计 50
7.1 提高无线通信距离和抗干扰能力措施 50
7.2 RS-485通信异常解决措施 50
7.3 提高ST24C02存储数据安全措施 51
8 结 论 51
参考文献 52
谢  辞 53
本系统由ARM7微控制器、单片收发IC、高精度模数转换器等组成。采用工业标准24V直流电源供电，使用无线频段为国际通用的433MHz数传频段，无线发射功率5 dBm，接收灵敏度-100dBm，并拥有5个无线信道数，采用FSK调制方式，无线数据传输速率为9600 bps，无线接口支持标准SPI数据接口。经过实地测量，室内最远无线传输距离为35m，室外最远无线传输距离为200m，在24℃环境下系统72小时连续无故障工作。可以采集处理热电耦、热电阻、电压和电流等信号，模拟电压采集精度可达0.2% FS±1字，温度漂移小于200 ppm/℃。系统中一台上位机可与多达16台下位机进行无线通信，每台下位机采集数据更新频率为0.2ms，并能通过PC软件可以实时显示、存储采集的现场参数。整个系统具有运行稳定、实时性好、抗干扰能力强、精度高、性价比高的特点，并通过了各种工业指标的测试，能应用于供水、石化、环保、煤气、电力等各个行业，能为众多系统集成商、自动化公司和研究所采用的一种具有极高性格比、稳定可靠的无线数据采集产品，达到了本设计的初衷。


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