基于MSP430和nRF905的塔吊無(wú)線遙控系統(tǒng)

　0 前 言

　　無(wú)線遙測(cè)產(chǎn)品的市場(chǎng)發(fā)展迅速，無(wú)線遙測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為決定產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)重要因素。從發(fā)展的眼光來(lái)看，塔吊產(chǎn)品的無(wú)線化是大勢(shì)所趨，目前國(guó)內(nèi)建筑工程等行業(yè)使用的塔吊多屬控制室控制形式。控制室束縛、視線不清、環(huán)境惡劣或指揮配合不當(dāng)?shù)纫蛩亟钥尚纬墒鹿孰[患。國(guó)外同類產(chǎn)品價(jià)格太高，多為通用型產(chǎn)品，而我國(guó)大量的建筑施工中小型企業(yè)所使用的塔吊型號(hào)多，很難根據(jù)用戶提出的相關(guān)技術(shù)資料（機(jī)械電氣原理圖，工作機(jī)構(gòu)原理圖等）進(jìn)行遙控改造，繼而結(jié)合實(shí)際需求，選定最佳的控制方案，亦即不適應(yīng)我國(guó)的市場(chǎng)需求特點(diǎn)。

　　在現(xiàn)有塔吊控制室控制的基礎(chǔ)上，結(jié)合微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，本研究提出一種低功耗、自動(dòng)CRC校驗(yàn)碼、軟件編碼和硬件譯碼、接收器采用無(wú)記憶控制且具有高抗干擾能力和高可靠性的塔吊無(wú)線遙控系統(tǒng)，既保證了安全操作又大幅度提高了生產(chǎn)效率。

　　1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能概述

　　新型塔吊無(wú)線遙控系統(tǒng)包括發(fā)射器和接收器兩個(gè)部分，遙控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。發(fā)射器由鍵盤輸入電路、單片機(jī)、無(wú)線發(fā)射電路和天線等構(gòu)成；接收器由接收天線、無(wú)線接收電路、單片機(jī)、三2八譯碼器、反相器、與非門、光電耦合器、繼電器等構(gòu)成。其特點(diǎn)是系統(tǒng)的核心采用超低功耗的MSP430系列單片機(jī)，進(jìn)而采用三2八譯碼器、反向器、與非門、光電耦合器以提高抗干擾能力和系統(tǒng)的可靠性。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2. 1 發(fā)射電路

　　信號(hào)發(fā)射電路包括鍵盤、CPU 和數(shù)據(jù)發(fā)射部分，硬件原理，如圖2 所示。塔吊的控制量（上、下，左、右、前、后、低速、中速、高速、急停等）通過(guò)鍵盤輸入電路將相應(yīng)控制信號(hào)送入單片機(jī)MSP430F135的I/O口，經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理的信號(hào)通過(guò)其SP I口輸出到無(wú)線芯片nRF905,單片機(jī)協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的正常工作，同時(shí)對(duì)射頻芯片進(jìn)行設(shè)置以確定其工作模式、工作頻率、傳輸速率等參數(shù)，輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)無(wú)線芯片的處理，送入無(wú)線發(fā)射部分發(fā)送至接收方。

　　MSP430單片機(jī)是TI公司生產(chǎn)的一種超低功耗的混合信號(hào)控制器。這些微控制器可用電池工作，而且可以有很長(zhǎng)的使用時(shí)間，器件在少于6μs的時(shí)間內(nèi)可以從低功耗模式迅速喚醒。MSP430單片機(jī)內(nèi)還集成了A /D轉(zhuǎn)換器、硬件乘法器、定時(shí)器、比較器等模塊。

圖2 發(fā)射器硬件原理圖

　　發(fā)射部分采用nRF905 芯片。nRF905 是挪威Nordic公司推出的單片射頻收/發(fā)器。工作電壓為1. 9~3. 6 V, 32引腳QFN封裝（ 5 mm ×5 mm） ,工作于433 /868 /915 MHz 3個(gè)ISM頻道。nRF905由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器組成，不需外加聲表濾波器， ShockBurstTM 工作模式，自動(dòng)處理字頭CRC （循環(huán)冗余碼校驗(yàn)） ,使用SP I接口與微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低。以10 dBm的輸出功率發(fā)射時(shí)電流只有11 mA,工作于接收模式時(shí)的電流為12. 5 mA,內(nèi)建空閑模式與關(guān)機(jī)模式，易于實(shí)現(xiàn)節(jié)能。nRF905提供了強(qiáng)大的跳頻機(jī)制以及大量的頻道支持，可以應(yīng)用于許多特殊的場(chǎng)合。

　　2. 2 接收電路

　　接收電路與發(fā)送電路基本相同，只是無(wú)線芯片工作在接收模式。塔吊系統(tǒng)的可靠性要求高，為防止干擾引起接收電路誤動(dòng)作，接收驅(qū)動(dòng)輸出采用軟件編碼、硬件譯碼技術(shù)，即每個(gè)繼電器的動(dòng)作對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)字編碼，該編碼經(jīng)譯碼器譯碼輸出，輸出信號(hào)經(jīng)光耦隔離和反相器驅(qū)動(dòng)輸出控制繼電器的動(dòng)作。這樣其他信號(hào)的輸出將被禁止，也消除了系統(tǒng)由于上電（或斷電）短暫時(shí)刻I/O口輸出不確定而引起的誤動(dòng)作。