中心議題：
- PCB電鍍電流的無線傳感器網絡監測系統設計
解決方案：
- NRF9E5單片機系統
- 無線通信單元設計
- 傳感器單元設計
- 指示燈報警電路設計
- 無線傳感器網絡的軟件設計
利用計算機、傳感器技術和無線通信，本文設計了用于PCB電鍍電流檢測的無線傳感器網絡監測系統。該監控系統以NRF9E5單片機為無線傳感器節點核心，運用霍爾電流傳感器和檢測電路的設計，實現了無線傳感器節點與計算機的無線通信。
PCB板的主要功能是使各種電子零組件形成預定電路的連接，其質量的好壞將直接影響整個機電產品的性能.PCB電鍍電流是影響PCB板質量的重要因素之一，目前PBC電鍍電流的檢測是由操作人員拿著手持的監測設備、間隔一定時間進行檢測;因此存在不少缺點，如非實時檢測，容易漏檢和誤檢，長期在電鍍環境里工作會損害人體健康等.鑒于人工檢測已不能適應當今制造技術發展的需要，本文提出PCB電鍍電流的無線傳輸方案，即在需要檢測電鍍電流的地方安放傳感器節點，并由監控中心對采集的電流數據進行統一實時的監測和控制.
1 系統框架
基于無線傳感器網絡的PCB電鍍電流監測系統架構如圖1所示，它可以分為3層：數據采集層、系統通信層和管理層.
數據采集層是整個系統的最底層，它由安放在工作環境中的傳感器節點和匯聚節點組成.通過內置的數據采集單元，傳感器節點可以采集流過PCB板的電流信號，進行數據整理后，以無線通信的方式發送給匯聚節點;匯聚節點將傳感器節點發送來的數據進行匯聚、分析和儲存，并等待計算機的命令，準備好與計算機之間的通信.
系統通信層是指匯聚節點與計算機之間的通信，采用RS232串口通信方式.通過設置P0_ALT.1=1，P0_DIR.1=l，選擇NRF9E5的P01與P02引腳的第二功能作為串口的RXD與TXD，通過芯片MAX232進行電平轉換與計算機的串口連接來處理從各節點采集回來的數據，并通過主模塊發送控制指令和有效數據完成對各個節點的設置，實現對現場設備的控制.管理層是計算機對采集上來的電鍍電流數據進行分析處理的過程.計算機能根據管理者的需要采集安裝霍爾傳感器節點的電流數據，并完成數據處理、圖表顯示、控制和儲存等多種管理功能;當流過PCB板的電流超過或低于給定值范圍，系統給出聲光報警.
2 系統硬件及設計
無線傳感器節點是整個無線網絡的基本組成單元，它的主要任務是采集PCB電鍍電流數據，對數據進行前期處理，并對來自上位機的命令做出回應，進而向上位機發送采集到的電流數據.無線傳感器節點由NRF9E5單片機系統、無線通信單元、傳感器單元和指示燈報警電路等組成。
2.1 NRF9E5單片機系統
NRF9E5無線單片機是NordicVLSI公司于2004年推出的無線單片機芯片，它是真正的系統級芯片，內置的433MHz、868MHz、915MHz收發器與NRF905芯片的收發器一樣.內嵌的微8051控制器，帶有4輸入10位80kS/s的A/D轉換器，工作電壓較寬(1.9～3.6V)，可以工作于ShockBurst方式，即自動處理前綴、地址和CRC方式;CPU還擴展了2個數據指針以方便從片外RAM讀取數據.NRF9E5的微處理器中有256bit的數據RAM和512bit的ROM.上電復位或軟件復位后，處理器自動執行ROM引導區中的代碼.用戶程序通常是在引導區的引導下，從EEROM加載到1個4kbit的RAM中，這個4kbit的RAM也可用作存儲數據.整個單片機系統的建立需要極少的外圍元器件，節約資源，對實現低功耗十分有利.
2.2 無線通信單元
由于NRF9E5無線單片機內置了NRF905的433MHz、868MHz、915MHz收發器，從而使整個系統的設計更加簡潔可靠.通過軟件編程，收發器可自動完成發送、接收和監聽等功能，從系統設計角度講，只需對數據包中的數據進行軟件解釋和控制即可.
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2.3 傳感器單元
傳感器單元主要負責電流信息的采集，它是保證整個系統性能的基礎.首先需要將電流信號轉換為電壓信號，這里用TBC-LTA系列霍爾電流傳感器，其工作電源電壓±(12～15)V，工作溫度-40～85℃.為了提高測量精度，結合實際被測電流大小值，本文選取TBC-LTA系列直流電流傳感器中的TDC503LTA傳感器.
NRF9E5內含一個10位線性AD轉換器，其轉換速率為80kS/s，AD轉換器參考電壓可以通過軟件選擇Aref輸入或內部帶隙參考電壓1.22V.AD轉換器有5個輸入可以通過軟件進行選擇，其典型應用是啟動/停止模式，采樣時間由軟件控制.默認狀態下它是10位的，如有需要可以通過軟件設置為6位、8位或12位.同時，AD轉換器也可以在差分模式下應用，當AIN0作為負輸入端時，AIN1～3作為正輸入端.
2.4 指示燈報警電路
當流過電路板電流低于下限值或高于上限值時，指示燈報警電路將產生聲光報警，以便管理人員立即采取應對措施.在本設計中，利用紅色LED 燈和揚聲器作為指示燈報警電路.
3 系統軟件設計
3.1 下位機軟件設計
在現代無線通信中，數據都是以數據包的方式來進行傳輸的.對NRF9E5這樣的無線片上系統，每次發送和接收數據也是以數據包的方式進行的.數據包格式是通信協議的重要部分，NRF9E5的無線數據包格式有：Preamble、ADDR、PAYLOAD、CRC.其中，Preamble是前導碼，由硬件自動加上去;ADDR則發送32～40位地址碼;PAYLOAD是有效數據(最大為32bit);CRC是循環冗余碼校驗和，可以由內置CRC糾檢錯硬件電路自動加上，可設為0位、8位或16位.傳感器節點最重要的工作就是將采集到的數據發送出去.要實現數據的無線發送，必須使處理器中的無線收發器工作在發送模式下.NRF9E5的收發器(NRF905)共有3種工作模式：ShockBurst接收(RX)方式、Shock Burst發送(TX)方式和節能方式，其發送數據流程如圖3所示.
3.2 上位機軟件設計
上位機軟件設計利用VisualC++進行編程，設計了電流實時顯示面板和用于數據儲存的數據庫.無線傳感器網絡布置完成后，眾多傳感器節點的數據上傳到計算機，計算機程序即上位機程序將這些數據存儲起來，為以后的數據查詢和處理提供方便.VisualC++為用戶提供了ODBC、DAO和OLEDB等3種數據庫訪問方式.ODBC提供了應用程序接口(API)，任何一個數據庫都可以通過這些API達到管理數據庫的目的.使用MFCAppWizard提供的ODBC數據庫的一般過程是：
1)用數據庫工具例如Access建立一個數據庫;
2)在Windows中為1)建立的數據庫定義一個ODBC數據源;
3)在創建數據庫處理的文檔應用程序向導中選擇上面定義的數據源;
4)設計界面，并使控件與數據表字段關聯.
本設計中，首先建立了一個數據庫，并根據傳感器節點數目建立了若干個數據表，然后利用MFC提供的ODBC類：記錄集類、數據庫類和可視記錄集類進行編程，把各個無線傳感器節點上傳的數據按照它們的節點號存儲在各個數據表中.
4 結語
本系統的無線傳感器節點以低功耗的NRF9E5單片機為核心，利用TBC-LTA系列霍爾電流傳感器，并且融合計算機技術和無線傳感器網絡技術，對PCB電鍍電流進行實時數據采集和A/D轉換，并對采集到的電流數據進行分析和存儲，為監控PCB電鍍電流的生產提供了良好的操作環境，改善了PCB板的質量，提高了產品的競爭力.本系統具有低成本、低功耗、較高的檢測精度、操作簡單和人性化等特點，能夠很好地解決PCB電鍍電流監測的問題，具有良好的應用和發展前景.
