ZigBee模塊的運動數據采集與傳輸設計

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)。內核采用iMEMS傳感器技術，內置嵌入式處理器用于傳感器校準與調諧；采用SPI接口，方便連接與編程；具有±10 g測試范圍，環境溫度在-40～+85℃；具可編程的功率控制能力和可編程的濾波器設計；超小型模塊尺寸，應用非常廣泛。利用ARM7微處理器LPC2148對其進行數據的采集并存儲在SD卡中，以便后續數據傳輸。該套系統應用非常廣，可以作為醫療方面病人康復的數據采集分析系統，也可以作為運動器材的數據采集分析控制系統。

1 系統整體設計

1.1系統架構

整個數據采集傳輸系統結構如圖1所示。利用LPC2148對ADIS16355進行控制并負責把采集的數據送往SD卡，數據在存儲的同時可以利用ZigBee模塊進行無線的發送，送往客戶端接收處理。在接收端，可以利用客戶端平臺進行觀測處理采集的數據；也可以通過把SD卡取下來放PC機上進行分析。



1.2? 電路設計

整個設計分為3部分：ADIS16355數據采集、ZigBee數據發送、SD卡數據存儲。

(1)數據采集與發送電路

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、從機的輸入輸出引腳。SSEL0是從機的標志引腳，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，電平高的是主機。



發送模塊采用ZigBee模塊。在數據傳輸接口電路方面提供了通用異步收發模式(UART)，主要有RXD1、TXD1、DTRl。RXDl為數據的發送，TXDl為數據的接收；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模塊的功率進行控制，在數據不向外發送時，使該模塊工作在睡眠模式。

(2)存儲電路

考慮到系統攜帶的方便性以及對于數據存儲量大和低功耗的需求，選擇了SD卡。SD卡有兩種接口協議模式，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LPC2148只能選擇一種通信模式，卡會自動檢測復位命令的模式，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的電路設計中給出了4條線，SSEL1是主機LPC2148向卡發送的片選信號、MOSI1是主機向卡發送的單向數據信號、SCLK1是主機向卡發送的時鐘信號、MISO1是卡向主機發送的單向數據信號。

1.3? 系統設計中功耗的考慮

在數據采集傳輸方面，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，這就對系統的功耗提出了一個要求，即必須是低功耗的，使系統能長達數月連續工作。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，通過設置寄存器數據可以使其在待機模式下進入睡眠模式，充分滿足系統設計要求。經測試，系統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，可以連續工作4～5個月。

2? 軟件設計

系統軟件設計主要分為3部分：SD卡的讀寫、傳感器數據采集、ZigBee數據收發，程序的流程如圖3所示。對于固件的程序開發采用Keil uVision3來完成，然后利用Keil ULINK2仿真器進行下載調試。



在此給出三軸傳感器ADIS16355數據采集的部分實現程序：



3? 性能測試

該套數據采集設備采用了無線的ZigBee傳輸模塊構成自組織網絡，實測最大的無障礙通信距離可以達到400 m左右。