【成功案例】高温、高湿恶劣环境无线数据采集系统设计方案，基于Silicon Labs在SUB-G无线产品

时间： 2016-05-19 来源：世强

技术问答

在物联时代，SUB-G无线产品与ZIGBEE都有着举足轻重的地位，尤其是终端控制与数据交互方面，SUB-G无线产品更为出色。

笔者经历的一个项目开发目标为：实现一套无线数据采集系统，包括数据采集仪及终端监测设备。监测终端设备多台，实现一采集仪对多台终端。系统应用环境为某一矿井巷道内，其环境条件比较恶劣，高温、高湿及地形复杂，尤其是井底的复杂空间因素容易影响数据的无线传输。无线方案选择了SILICON LABS的Si4432 ISM收发器。Silicon Labs在SUB-G无线产品方面推出的IC较为全面，尤其是最新的EZRadio、EZRadioPRO、Wireless 8/32 MCU等系列，其发射与接受灵敏度较高、低功耗性能显著，比较适合低功耗无线终端设备的应用。

Si4432工作在240–930 MHz范围，输出功率可达+20dBm，接收灵敏度达-118dBm，具备数据缓冲FIFO、接收信号强度指示(RSSI)等功能。设计的收发电路基本遵循了官方的指导方案，见图1，实际应用中个别元件的参数做了些许改动，如果设计人员对元件参数不甚了解可以按照官方推荐，选择参数进行先期开发测试。

图1：Si4432收发原理图

Si4432具备标准的四线SPI接口与主控芯片进行数据通信，项目主控MCU选择了C8051F310，其为Silicon Labs的低成本51Core的混合信号ISP FLASH微控制器。开发环境为Silicon Laboratories IDE系列，其操作环境简化，使用较为简单，单个C文件可以灵活的实现代码的编译与链接。

实际开发中关于功耗的管理采用不同的方案，根据官方指导可以使能无线模块进入低功耗模式，这样无线收发器可以保持较低的电流运行。

本方案根据不同产品做了不同设计。采集仪方面，由于手持可控，可以直接使用Si4432的正常收发模式，待收发结束就可手动关闭电源，关闭电源方式可使用电子开关。终端监测设备为常供电模式，数据定期采集，使用电池电源。方案设计为N-MOS控制传感器与无线模块的电源开关，定期进行数据采集与存储，待监测结束及时关闭传感器电源。其中MCU C8051F310采用外部中断的方式进行唤醒，具体操作可以根据使用环境确定，本方案中使用光敏二极管（或光敏电阻）根据光照条件进行控制，光照的提升唤醒MCU，进而打开无线模块进行数据传输，待传输完毕或者超时都将进入休眠模式。

以上为本方案的主体思路，根据设计过程产生的问题简单提出以下几点建议：

1）注意模块供电电压，电子开关也许会带来较大的压降损失，设计人员需要根据实际测试情况选择器件。

2）无线模块的天线需要慎重匹配，对于开阔环境与复杂曲折环境使用截然不同。

3）注意数据缓冲FIFO。此项注意事项主要针对大量数据的传送而言，如果单次传输数据超过器件FIFO的缓冲区，就必须考虑数据的完整性，可以考虑增加时延来解决此问题。

4）注意波特率与距离的协调。

另外如果项目开发周期紧，系统规模较大，可以考虑使用无线串口产品集合到系统中，无线串口可以理解为封装完好的无线UART，仅使用RX与TX两线就可以与MCU进行通信，而无需考虑无线协议的实现，缺点就是使用成本较高，模块的操作灵活度较差。无线串口原理见图2。

图2：无线串口原理图

作者：木木@四月

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全部评论（45）

liuxj Lv6 高级专家 2018-12-12

SUB-G标准
- nathen回复： Sub-GHz RF收发器，频率范围142MHz~1050MHz，可支持（G）FSK，4（G）FSK，（G）MSK，OOK调制模式，为无线通信模式的选择提供的充分的灵活性
  查看全部6条回复
steven1 Lv5. 技术专家 2018-02-27

确实写得不错
用户65549834 Lv3. 高级工程师 2016-07-25

感觉挺不错的文章，收藏了，以后自己试一下
钱钱 Lv6. 高级专家 2016-07-23

SUB-G, 不错，好文章
莺莺 Lv7. 资深专家 2016-07-22

不知笔者有做出实物来没，验证一下。
- 世小强回复：您已经在21楼获奖了哦！

用户_2482 Lv4. 资深工程师 2016-07-20

思路清晰，学习了。
用户_8232 Lv4. 资深工程师 2016-07-20

受教了，世强真是不错的平台。
用户67182575 Lv3. 高级工程师 2016-07-20

数据采集系统应该挺大的。
用户67182575 Lv3. 高级工程师 2016-07-20

不知有没有实验数据
大乔 Lv4. 资深工程师 2016-07-20

写的挺实际具体，有一定市场应用前景。

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