ZigBee模塊的運動數(shù)據(jù)采集與傳輸設(shè)計

ADl公司的ADIS16355提供完全的三軸慣性檢測(角度運動與線性運動)。內(nèi)核采用iMEMS傳感器技術(shù)，內(nèi)置嵌入式處理器用于傳感器校準(zhǔn)與調(diào)諧；采用SPI接口，方便連接與編程；具有±10 g測試范圍，環(huán)境溫度在-40～+85℃；具可編程的功率控制能力和可編程的濾波器設(shè)計；超小型模塊尺寸，應(yīng)用非常廣泛。利用ARM7微處理器LPC2148對其進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集并存儲在SD卡中，以便后續(xù)數(shù)據(jù)傳輸。該套系統(tǒng)應(yīng)用非常廣，可以作為醫(yī)療方面病人康復(fù)的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，也可以作為運動器材的數(shù)據(jù)采集分析控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計

1.1系統(tǒng)架構(gòu)

整個數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。利用LPC2148對ADIS16355進(jìn)行控制并負(fù)責(zé)把采集的數(shù)據(jù)送往SD卡，數(shù)據(jù)在存儲的同時可以利用ZigBee模塊進(jìn)行無線的發(fā)送，送往客戶端接收處理。在接收端，可以利用客戶端平臺進(jìn)行觀測處理采集的數(shù)據(jù)；也可以通過把SD卡取下來放PC機(jī)上進(jìn)行分析。



1.2  電路設(shè)計

整個設(shè)計分為3部分：ADIS16355數(shù)據(jù)采集、ZigBee數(shù)據(jù)發(fā)送、SD卡數(shù)據(jù)存儲。

(1)數(shù)據(jù)采集與發(fā)送電路

電路連接如圖2所示。ADIS16355提供了SPI接口，主要由4個引腳構(gòu)成：SCLK0、MOSI0、MISO0及SSEL0。其中SCLK0是整個SPI總線的公用時鐘引腳，MOSI0、MISO0為主機(jī)、從機(jī)的輸入輸出引腳。SSEL0是從機(jī)的標(biāo)志引腳，對于相互通信的兩個SPI總線的器件，SSEL0引腳電平低的是從機(jī)，電平高的是主機(jī)。



發(fā)送模塊采用ZigBee模塊。在數(shù)據(jù)傳輸接口電路方面提供了通用異步收發(fā)模式(UART)，主要有RXD1、TXD1、DTRl。RXDl為數(shù)據(jù)的發(fā)送，TXDl為數(shù)據(jù)的接收；DTR1作為ZigBee模塊的控制，可以通過主控芯片LPC2148控制該引腳來對ZigBee模塊的功率進(jìn)行控制，在數(shù)據(jù)不向外發(fā)送時，使該模塊工作在睡眠模式。

(2)存儲電路

考慮到系統(tǒng)攜帶的方便性以及對于數(shù)據(jù)存儲量大和低功耗的需求，選擇了SD卡。SD卡有兩種接口協(xié)議模式，分別為SD模式與SPI模式，不同的模式下各個引腳的定義不同。在具體的通信中，主機(jī)LPC2148只能選擇一種通信模式，卡會自動檢測復(fù)位命令的模式，而且在以后的通信中都會按照該種通信模式進(jìn)行通信。

LPC2148自帶了硬件接口SPI，所以使用SPI接口訪問卡是很方便的。在圖3的電路設(shè)計中給出了4條線，SSEL1是主機(jī)LPC2148向卡發(fā)送的片選信號、MOSI1是主機(jī)向卡發(fā)送的單向數(shù)據(jù)信號、SCLK1是主機(jī)向卡發(fā)送的時鐘信號、MISO1是卡向主機(jī)發(fā)送的單向數(shù)據(jù)信號。

1.3  系統(tǒng)設(shè)計中功耗的考慮

在數(shù)據(jù)采集傳輸方面，要求使用方便且工作時間長，所以在供電方面采用了可充電電池，這就對系統(tǒng)的功耗提出了一個要求，即必須是低功耗的，使系統(tǒng)能長達(dá)數(shù)月連續(xù)工作。LPC2148采用了精簡指令的32位高速處理器，供電電壓為3.3 V，內(nèi)核電壓2.5 V，芯片功耗是比較低的。

傳感器模塊ADIS16355與ZigBee傳輸模塊都具有可編程的功耗控制，通過設(shè)置寄存器數(shù)據(jù)可以使其在待機(jī)模式下進(jìn)入睡眠模式，充分滿足系統(tǒng)設(shè)計要求。經(jīng)測試，系統(tǒng)在利用自制的可充電7 V電池，容量為1 300 mAh的供電條件下，可以連續(xù)工作4～5個月。

2  軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計主要分為3部分：SD卡的讀寫、傳感器數(shù)據(jù)采集、ZigBee數(shù)據(jù)收發(fā)，程序的流程如圖3所示。對于固件的程序開發(fā)采用Keil uVision3來完成，然后利用Keil ULINK2仿真器進(jìn)行下載調(diào)試。



在此給出三軸傳感器ADIS16355數(shù)據(jù)采集的部分實現(xiàn)程序：



3  性能測試

該套數(shù)據(jù)采集設(shè)備采用了無線的ZigBee傳輸模塊構(gòu)成自組織網(wǎng)絡(luò)，實測最大的無障礙通信距離可以達(dá)到400 m左右。