李繡峰1，鮮鴻雄2

　　（1.臺州學院機械工程學院，浙江臺州318000；2.五邑大學機電工程學院，廣東江門529020）

摘要：利用計算機、傳感器技術和無線通信，設計了用于PCB電鍍電流檢測的無線傳感器網(wǎng)絡監(jiān)測系統(tǒng).該監(jiān)控系統(tǒng)以NRF9E5單片機為無線傳感器節(jié)點核心，運用霍爾電流傳感器和檢測電路的設計，實現(xiàn)了無線傳感器節(jié)點與計算機的無線通信.

關鍵詞：PCB板；PCB電鍍電流；無線傳感器網(wǎng)絡

中圖分類號：TP212.6 文獻標志碼：A

文章編號：1006-7302（2010）04-0035-04

　　PCB板的主要功能是使各種電子零組件形成預定電路的連接，其質量的好壞將直接影響整個機電產品的性能.PCB電鍍電流是影響PCB板質量的重要因素之一，目前PBC電鍍電流的檢測是由操作人員拿著手持的監(jiān)測設備、間隔一定時間進行檢測；因此存在不少缺點，如非實時檢測，容易漏檢和誤檢，長期在電鍍環(huán)境里工作會損害人體健康等.鑒于人工檢測已不能適應當今制造技術發(fā)展的需要，本文提出PCB電鍍電流的無線傳輸方案，即在需要檢測電鍍電流的地方安放傳感器節(jié)點，并由監(jiān)控中心對采集的電流數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一、實時的監(jiān)測和控制.

1·系統(tǒng)框架

它可以分為3層：數(shù)據(jù)采集層、系統(tǒng)通信層和管理層.

　　數(shù)據(jù)采集層是整個系統(tǒng)的最底層，它由安放在工作環(huán)境中的傳感器節(jié)點和匯聚節(jié)點組成.通過內置的數(shù)據(jù)采集單元，傳感器節(jié)點可以采集流過PCB板的電流信號，進行數(shù)據(jù)整理后，以無線通信的方式發(fā)送給匯聚節(jié)點；匯聚節(jié)點將傳感器節(jié)點發(fā)送來的數(shù)據(jù)進行匯聚、分析和儲存，并等待計算機的命令，準備好與計算機之間的通信.

系統(tǒng)通信層是指匯聚節(jié)點與計算機之間的通信，采用RS232串口通信方式.通過設置P0_ALT.1=1，P0_DIR.1=l，選擇NRF9E5的P01與P02引腳的第二功能作為串口的RXD與TXD，通過芯片MAX232進行電平轉換與計算機的串口連接來處理從各節(jié)點采集回來的數(shù)據(jù)，并通過主模塊發(fā)送控制指令和有效數(shù)據(jù)完成對各個節(jié)點的設置，實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的控制.管理層是計算機對采集上來的電鍍電流數(shù)據(jù)進行分析處理的過程.計算機能根據(jù)管理者的需要采集安裝霍爾傳感器節(jié)點的電流數(shù)據(jù)，并完成數(shù)據(jù)處理、圖表顯示、控制和儲存等多種管理功能；當流過PCB板的電流超過或低于給定值范圍，系統(tǒng)給出聲光報警.

2·系統(tǒng)硬件及設計

　　無線傳感器節(jié)點是整個無線網(wǎng)絡的基本組成單元，它的主要任務是采集PCB電鍍電流數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行前期處理，并對來自上位機的命令做出回應，進而向上位機發(fā)送采集到的電流數(shù)據(jù).無線傳感器節(jié)點由NRF9E5單片機系統(tǒng)、無線通信單元、傳感器單元和指示燈報警電路等組成，系統(tǒng)硬件設計具體參見文獻.

　　2.1 NRF9E5單片機系統(tǒng)

　　NRF9E5無線單片機是NordicVLSI公司于2004年推出的無線單片機芯片，它是真正的系統(tǒng)級芯片，內置的433MHz、868MHz、915MHz收發(fā)器與NRF905芯片的收發(fā)器一樣.內嵌的微8051控制器，帶有4輸入10位80kS/s的A/D轉換器，工作電壓較寬（1.9～3.6V），可以工作于ShockBurst方式，即自動處理前綴、地址和CRC方式；CPU還擴展了2個數(shù)據(jù)指針以方便從片外RAM讀取數(shù)據(jù).NRF9E5的微處理器中有256bit的數(shù)據(jù)RAM和512bit的ROM.上電復位或軟件復位后，處理器自動執(zhí)行ROM引導區(qū)中的代碼.用戶程序通常是在引導區(qū)的引導下，從EEROM加載到1個4kbit的RAM中，這個4kbit的RAM也可用作存儲數(shù)據(jù).整個單片機系統(tǒng)的建立需要極少的外圍元器件，節(jié)約資源，對實現(xiàn)低功耗十分有利.

　　2.2 無線通信單元

　　由于NRF9E5無線單片機內置了NRF905的433MHz、868MHz、915MHz收發(fā)器，從而使整個系統(tǒng)的設計更加簡潔可靠.通過軟件編程，收發(fā)器可自動完成發(fā)送、接收和監(jiān)聽等功能，從系統(tǒng)設計角度講，只需對數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)進行軟件解釋和控制即可.

　　2.3 傳感器單元

　　傳感器單元主要負責電流信息的采集，它是保證整個系統(tǒng)性能的基礎.首先需要將電流信號轉換為電壓信號，這里用TBC-LTA系列霍爾電流傳感器，其工作電源電壓±(12～15)V，工作溫度-40～85℃.為了提高測量精度，結合實際被測電流大小值，本文選取TBC-LTA系列直流電流傳感器中的TDC503LTA傳感器.

　　NRF9E5內含一個10位線性AD轉換器，其轉換速率為80kS/s，AD轉換器參考電壓可以通過軟件選擇Aref輸入或內部帶隙參考電壓1.22V.AD轉換器有5個輸入可以通過軟件進行選擇，其典型應用是啟動/停止模式，采樣時間由軟件控制.默認狀態(tài)下它是10位的，如有需要可以通過軟件設置為6位、8位或12位.同時，AD轉換器也可以在差分模式下應用，當AIN0作為負輸入端時，AIN1～3作為正輸入端.

　　2.4 指示燈報警電路

　　當流過電路板電流低于下限值或高于上限值時，指示燈報警電路將產生聲光報警，以便管理人員立即采取應對措施.在本設計中，利用紅色LED燈和揚聲器作為指示燈報警電路.