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无线多路数据采集系统的实现

刘昵科盛翊智谭三
（华中科技大学"())*"）

摘要介绍一种基于时分多址技术的无线多路数据采集系统的设计思想、工作原理、系
统结构和实际应用，详细讨论授权时分方案的实现和无线通信协议。
关键词时分多址无线数据通信多路数据采集+,())#

数据采集系统在多个领域有着广泛的应用。近频分方式中多频点带来的诸多问题，各个收发模块
年来，数据采集系统的发展趋势是简化终端结构，增的设计也具有可复制性；同时，实现时分技术所需要
加主机携带数据终端的数量；在数据采集终端与主的硬件装置成本也比较低。因此，实际系统中采用的
机之间采用无线通信，以代替复杂、不灵活的现场布是基于时分思想的多路通信方式。由于这一类数据
线。根据这一考虑，笔者在科研工作中设计并实现了采集系统具有一定的特点，即系统中各个数据终端
一种无线多路数据采集系统。此系统在实时性适中采集的数据有一定的随机性，但通信的数据量在不
的要求下，实现了监控主机与!"路便携式数据终端同时间段是变化的。若直接采取等时隙轮转的时分
之间的无线数据通信。方式，会造成各路数据传输不平衡以及时隙浪费；鉴
于系统并不严格要求各个数据终端同时进行传输，
系统多址访问方式设计
!而只是在主机对某一数据终端有数据要求时，需要
由于此数据采集系统具有“多路”和“无线”的特实现该数据终端与主机的无线数据通信，所以在这
点，系统实现的关键之处在于如何满足实际需求的一系统中，笔者设计了一种授权时分访问方式，亦称
多路无线通信，即多址访问技术。关于多址访问技为令牌方式（见图#）。其设计思想是：各个数据终端
术，习惯上有频分多址、码分多址和时分多址三种实平时处于数据采集状态，主机监控各数据终端的状
现方式。态；当主机对某一数据终端有数据要求时，则对该数
频分技术实现简单，实时性能好。但是，对于多据终端进行授权，建立无线连接并传输数据。一般而
路数据终端同时实现数据传送的要求而言，需要给言，主机对各数据终端的数据要求是依次进行的。
每一个数据终端配置一个独立的频率点。
这就带来了多频点之间复杂的交调和互调
等干扰问题。同时，在这种设计中，由于各
个数据终端的无线收发模块工作于不同的
频率，必然造成每个无线收发模块的外围
电路参数各不相同，给实际系统的可行性
和产品化造成很大困难。图#--授权时分方式流程图
与频分多址相比，码分技术具有一定的技术优
系统整体结构设计和工作流程
势，但技术复杂度较高，因此实现难度和成本也较"
高，对于小规模低成本的无线系统来说并不适用。整个数据采集系统由可移动的!"路数据采集
与前两种技术相比，时分技术由于对时域进行终端、监控主机和主机通信处理装置组成，各部分硬
了分割，实时性较前两种方式低，但是在系统数据速件装置均采用模块化设计。数据采集终端（见图$）
率不高和实时性要求不严格的情况下，完全可以满集成了数据采集模块、%&’模块、数据缓冲区、地
足要求。另外，由于它只使用一个无线信道，避免了址解码模块和无线收发模块。主机端通信处理装置

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利用地址编解码装置，可以方便地实现系统的
授权时分机制。每个数据终端均包括一个地址解码
模块，并分别预制有不同的地址码。主机通过广播确
定某一地址码后，就能授权给对应的数据终端。

"无线收发模块设计
图-//数据采集终端结构图
在每个数据终端和监控主机上，均有一个集成
的双向无线通信模块。该模块是基于56#公司的
无线数据收发芯片45!,,*（见图+）设计的。
45!,,*的工作频率为!*+#，能以半双工方式实现
发送和接收功能。45系列是一类技术先进、性能优
越的无线数据传输芯片，具有如下突出优点：精密的
制造工艺保证了它具有微型、低功耗和工作电压范
围宽的特点；贴片式7#8-,9封装、片内采用声表面
图系统结构图
!//波滤波器、片外集成了金属屏蔽壳，使它具有很强的
的结构基本相似（见图!）。抑制高频干扰能力；优于传统调频方式的数字抽样
各个数据终端平时进行数据的采集和存储，其调制解调方式，使它在进行数据传输时误码率很小；
无线收发模块处于接收状态，主机的无线收发模块片内集成度高，所需外围元件较少；在:7;方式下，
则处于发送状态。当主机对某个数据终端有数据要支持数据传输速率达**+<-=>?@/A；在无外接功放级、
求时，主机就广播对应的串行地址信号；各个数据终典型发射功率*BC左右时，可靠工作距离达-,!
端接收到地址信号后，只有本机地址与主机发送的!,B。
地址信号相同的那台终端才会解码成功，然后根据
默认的无线通信协议与主机建立连接，并随后进行
数据传输，而其余终端仍保持原有状态不变。当数据
发送完成后，终端的收发模块