2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
　　2．1 前端處理模塊
　　傳感器將各種常見的非電量信號轉(zhuǎn)換為電量信號，一般都較微弱，前端處理模塊將這些信號進(jìn)行處理后送至單片機(jī)的A／D轉(zhuǎn)換端口。本系統(tǒng)共有8路傳感器信號，包括2路壓變傳感器信號、2路-5～+5 V電壓信號、2路4～20 mA電流信號和2路熱電偶信號的前端處理。其中壓變傳感器信號和熱電偶信號前端處理硬件電路分別如圖2和圖3所示。

 　　AD620是一款低成本、高精度儀表放大器，僅需1個外部電阻設(shè)置增益，增益范圍為l～10 000。對壓變傳感器信號的前端處理采用AD62-0、AD705組成的放大電路，該部分采用單電源供電，AD705是電壓跟隨器，為AD620提供輸出電壓的零點(diǎn)。將VREF、AGND送至MCU的8位精度AD-Cl的AINl．0、AINl．1端口，利用軟件程序?qū)崿F(xiàn)該路信號的參考電壓和模擬地的計(jì)算。
　　熱電偶傳感器用來測量汽車關(guān)鍵部件溫度，其前端處理電路采用OP07的可調(diào)增益放大電路。OP07是一種低噪聲、非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路，具有非常低的輸入失調(diào)電壓，低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號等。在對精確度要求不高的場合，OP07的失調(diào)電壓可忽略，該電路中R25和R24用來調(diào)整系統(tǒng)放大倍數(shù)，在選用不同類別的熱電偶時可適當(dāng)調(diào)整兩者的阻值。
　　2．2 C8051F020模塊
　　C805lF020是Cygnal公司的一種混合信號SOC型8位單片機(jī)，它是完全集成的混合信號系統(tǒng)級MCU器件，具有64個數(shù)字I／O引腳。該單片機(jī)采用高速805l微控制器內(nèi)核，速度可達(dá)25 MI／s，具有8個I／O口，5個通用定時器，5個捕捉／比較模塊及專用看門狗定時器，可同時使用SM-Bus，SPI及2個UART串口，內(nèi)置64 kB高速存儲器。模擬外設(shè)方面，器件具有1個12位A／D轉(zhuǎn)換器，1個8位A／D轉(zhuǎn)換器，2個12位D／A轉(zhuǎn)換器及2個模擬比較器。器件內(nèi)部的這些數(shù)字和模擬外設(shè)使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更簡單，集成度更高。
本模塊主要設(shè)計(jì)C8051F020的復(fù)位電路、外接晶振電路和接地處理，并將所有引腳引出，以便擴(kuò)展應(yīng)用。系統(tǒng)需要高速運(yùn)行才能及時、有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，所以單片機(jī)在一般情況下采用內(nèi)部振蕩器作為時鐘源。但由于內(nèi)部時鐘的誤差太大，在串口通訊的過程中，要選用外部時鐘，通過軟件設(shè)置可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)外時鐘的切換。在電源處通過去耦電容接到模擬地上，可以減少干擾回路的面積，降低電磁干擾輻射，可以把數(shù)字電流引起的干擾耦合到地，而不在外部電路的地中出現(xiàn)。為了使電容耦合最小，兩者沒有交迭，2個獨(dú)立的地在電源的公共“星”型地處通過瓷珠接到一起，電源處也采用類似處理以防止干擾。
　　2．3 ZigBee節(jié)點(diǎn)模塊
　　本文研究的汽車測試系統(tǒng)初步采用2個終端節(jié)點(diǎn)和1個中心協(xié)調(diào)器組成星狀網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，3個節(jié)點(diǎn)均選用SZ05-ADV型無線收發(fā)模塊，Zig-bee終端節(jié)點(diǎn)和中心節(jié)點(diǎn)通過標(biāo)準(zhǔn)串口分別與C8051F020模塊和PC設(shè)備相連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。SZ05-ADV是高性能嵌入式無線收發(fā)模塊，其核心器件是Freescale公司的MCl3213。它是第2代標(biāo)準(zhǔn)ZigBee無線通信平臺，在9mmx9 mmxl mm 7l引腳LGA封裝中集成有低功耗的2．4 GHz RF收發(fā)器和8位微控制器，MCl3213器件具有60 kB的閃存，MCl32lx解決方案能在簡單的點(diǎn)對點(diǎn)連接到完整的ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中用作無線連接，小占位面積封裝中的無線電收發(fā)器和微控制器的組合使其成為成本效益的解決方案，MCl321x中的RF收發(fā)器工作在2．4 GHzISM頻段，和802．15．4標(biāo)準(zhǔn)兼容，收發(fā)器包括低噪音放大器，1 mW的RF輸出功率，帶VCO的功率放大器(PA)，集成的發(fā)送／接收開關(guān)，板內(nèi)的電源穩(wěn)壓器以及完全的擴(kuò)展頻譜的編碼和譯碼，MCl32lx中的微控制器基于HCS08系列微控制器單元(MCU)，HCS08 A版本，高達(dá)60 kB的閃存和4 kB的RAM。

　　SZ05-ADV嵌入式無線通信模塊集成有符合ZIGBEE協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)器和微處理器，其數(shù)據(jù)接口包括：TTL電平收發(fā)接口、標(biāo)準(zhǔn)串口RS2-32數(shù)據(jù)接口，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的廣播方式發(fā)送和目標(biāo)地址發(fā)送模式。除可實(shí)現(xiàn)一般的點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)通信功能外，還可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通訊。其模塊連接電路如圖4所示。DATA、RUN、NET、ALARM為SZ05-ADV無線通信模塊的4個工作狀態(tài)指示端口，分別是數(shù)據(jù)收發(fā)、系統(tǒng)運(yùn)行、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和告警。SLEEP引腳用來控制系統(tǒng)進(jìn)入低功耗狀態(tài)，低電平進(jìn)入低功耗，高電平或懸空正常運(yùn)行。

 
　　485CTL引腳是485收發(fā)控制，模塊485接收時低電平輸出，發(fā)送時高電平輸出。CENTER、DEVICE引腳是節(jié)點(diǎn)功能配置接口，均為低電平有效，或分別與引腳TIao7、tiao8接跳線帽實(shí)現(xiàn)，如這2個引腳都為高電平或懸空則為路由節(jié)點(diǎn)。CONFIG引腳是配置接口，低電平有效，或加跳線帽，可在超級終端中進(jìn)入系統(tǒng)配置狀態(tài)。模塊標(biāo)準(zhǔn)工作電壓為DC-5V，正常工作電壓范圍為5～12V。數(shù)據(jù)接口有RS-232和TTL收發(fā)2種接口模式。RS-232串口為TX2、RX2、SGND三線工作模式，TTL為TX1、RXl兩線工作模式，TTL電平為3．3V。RESET進(jìn)入低電平狀態(tài)3s，系統(tǒng)進(jìn)入配置狀態(tài)，高電平或懸空狀態(tài)則進(jìn)入工作狀態(tài)。
　　無線通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)按功能可分為中心協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點(diǎn)，中心協(xié)調(diào)器是網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)起組織、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和管理功能；路由器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的路由中繼轉(zhuǎn)發(fā)，終端節(jié)點(diǎn)只進(jìn)行本節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。在該系統(tǒng)中，可以預(yù)先在計(jì)算機(jī)超級終端中對無線模塊進(jìn)行節(jié)點(diǎn)類別、節(jié)點(diǎn)名稱和地址、無線頻點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)ID、波特率和數(shù)據(jù)類型的配置，配置正確后在上電時可以自動組成網(wǎng)絡(luò)。
　　
3 軟件設(shè)計(jì)
　　系統(tǒng)程序開發(fā)采用C805lF系列單片機(jī)的專用集成開發(fā)環(huán)境Silicon Laboratories IDE，配置使用Keil
C5l的匯編器、鏈接器和編譯器。利用C5l開發(fā)程序有利于系統(tǒng)程序的模塊化以及增加其可移植性，并能降低開發(fā)周期。系統(tǒng)軟件由主程序和A／D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理和通信這3個子程序組成，其中主程序部分包括系統(tǒng)初始化、調(diào)用A／D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、串口發(fā)送等子程序。初始化部分包括：看門狗模塊初始設(shè)置、系統(tǒng)時鐘及復(fù)位源的設(shè)置、I／O端口初始化、串行通信接口初始化、A／D轉(zhuǎn)換的初始化及定時器初始化等。ADC0的最高轉(zhuǎn)換速度為。100 ks／-s，其轉(zhuǎn)換時鐘來源于系統(tǒng)時鐘分頻，分頻值保持在寄存器ADCOCF的ADCSC位。在該片上系統(tǒng)中需要采集8個通道，將采樣頻率設(shè)置為50 000次／s。選用的ADCO轉(zhuǎn)換啟動方式為定時器3溢出(即定時的連續(xù)轉(zhuǎn)換)方式?！?/div>