基于CC1101的无线倾角测量系统设计
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徐 永 ， 李 昆， 何 小妹 ， 王一璋
（中国航空工业集 团公 司北京长城计量测试技术研究所 ，北京 １０００９５）
摘 要 ：鉴 于倾 角测量 中经常 出现 由于被测载体 转动测 量时 引起 线缆 缠绕等 棘手 问题 ，提 出一 种基 于 ＣＣ１１０１射频 芯 片的无线倾 角测量 系统 。通过倾 角传 感器实 时采 集 角度 数据 ，利 用无 线模 块进行 数据 传输 ，最后 对接 收到 的数据 进 行 分 析 处 理 ，得 出被 测 转 台或 平 台的 实 时运 动 状 态 。论 述 了 系统 组 成 和 工 作 原 理 ，搭 建 了基 于 ＣＣ１１０１射 频 芯 片 的 无 线倾 角测量样机 ，编写 了无线通信模块驱动 程序 和测量 系统应 用程序 ，并开展 了倾 角测 量试验 ，给 出了实验 结果 ， 验 证 了 测 量 系统 的 可 行 性 。 关键词 ：倾 角测量 ；单片机 ；无线通信 ；ＣＣ１１０１ 中 图分 类 号 ：ＴＮ９８ 文 献标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１６７１—６３７Ｘ（２０１６）０８—００７３—０３
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ Ｗ ｉｒｅｌｅｓｓ Ａｎｇｌｅ Ｍ ｅａｓｕｒｅｍ ｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＣＣｌｌＯ１
ＸＵ Ｙｏｎｇ， ＬＩ Ｋｕｎ， ＨＥ Ｘｉａｏ—ｍｅｉ， Ｗ ＡＮＧ Ｙｉ－ｚｈａｎｇ （Ｃｈａｎｇｃｈｅｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ＆ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ＡＶＩＣ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００９５，Ｃｈｉｎａ）
国内的倾 角测量 系统多是将倾角传感 器输 出的数 字信 号直接通过线缆 传输 给仪表终 端或 Ｐｃ机 进行数 据处理及显示 。实 际应用 中为了减 小信 号在传输过 程
中的衰减 和被 干扰 ，常采用带屏蔽层 的专用 电缆 ，但实 际现场 环境往 往是设 备众 多 、线缆杂乱 ，以致 测量过程 中经常 出现 由于被测 载体转 动测量 时线缆缠 绕等棘手 问题 。国外虽有知名仪器仪表公 司提 出了基 于蓝牙技 术的无 线传输模式 ，但 由于应用成本高 、传输距离有 限 （标 准蓝 牙传输 距离 １０ ｍ，远低于基 于 ＣＣ１１０１的无 线 通信距 离 １０００ １１３）等 问题 ，在行 业 内一直 无法得 到 有 效的普 及应用。为此 ，本文提出一种基于 ＣＣ１１０１的无 线倾 角测量系统的改进方案。
０ 引 言
倾角变化 是描述 物体在动态环境下 的运动 状态及 特征 的重 要指标 参数 ，无论 是对 于舰船 武 器上 的装备 姿态 动静态校准 ，还 是大 型传动 倾斜 运动 试验 台运 动 状态 的实时监测 ，倾 角数据 测量 对 于 目标 物 的定 位 和 追踪都 起到至关重要 的作用 ，因此 ，倾 角测 量无论在 国 防建设 ，还是 国民经济 中都有广泛 的应用 。
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ａｎｇｌｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｖｅｃｔｏｒ ｍａｙ ｃａｕｓｅ ｃａｂｌｅ ｗｉｎｄｉｎｇ．Ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ
ｐｒｏｂｌｅｍ，ａ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ａｎｇｌｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＣＣ１ １０１ Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ＲＦ）ｃｈｉｐ．
Ｔｈｅ ｔｉｌｔ ｓｅｎｓｏｒ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｏｌｌｅｃｔ ｔｈｅ ａｎｇｌｅ ｄａｔａ ｉｎ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ，ａｎｄ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｉｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｂｙ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｍｏｄｕｌｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｒｅ ｍａｄｅ ｔｏ ｔｈｅ ｄａｔａ ｒｅｃｅｉｖｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｍｏｖｉｎｇ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｕｒｎｔａｂｌｅ ｏｒ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＣＣ１ １０１ ＲＦ ｃｈｉｐ． Ｔｈｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍ ｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ ｄｒｉｖｅ ｐｒｏｇｒａｍ ａｎｄ ｍ ｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｇｒａｍ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ，ａｎｄ ａｎｇｌｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｔｅｓｔ ｉｓ ｍａｄｅ．Ｅｘｐｅｒｉｍ ｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍ ｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ａｎｇｌｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ； ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ； ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ； ＣＣ１１０１
第 ２３卷 第 ８期 ２０１６年 ８月
电 光 与 控 制
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｏｐｔｉｃｓ＆ Ｃｏｎｔｒｏｌ
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１—６３７Ｘ．２０１６．０８．０１７
ＶｏＩ．２３ Ｎｏ．８ Ａｕｇ．２０１６
基 于 ＣＣｌｌＯ１的 无线 倾 角 测 量 系统 设 计
１ 无线倾角测量 系统 组成及原理
收稿 日期 ：２０１５—０６－０３
修 回 日期 ：２０１５—１１—０６
基金项 目：装备技术基础科研合 同项 目（ＨＫ３０４２０１４１ＪＬ１１）
作者简介 ：徐 永 （１９７４一 ），男 ，湖南岳 阳人 ，硕 士 ，高 工 ，研究方 向
为 几 何 量 校 准 技 术 。
基于 ＣＣ１１０１的无线倾 角测量 系统 主要分 为 由 ＰＣ 机 （或嵌入式 控制 器 ）、接 口转 换 模块 、单 片机 控制 模 块和无线通信模块 组成 的上位 机 以及 由倾 角传感 器 、 单 片机控 制模 块和 无线 通 信模 块组 成 的下 位 机两 部
（中国航空工业集 团公 司北京长城计量测试技术研究所 ，北京 １０００９５）
摘 要 ：鉴 于倾 角测量 中经常 出现 由于被测载体 转动测 量时 引起 线缆 缠绕等 棘手 问题 ，提 出一 种基 于 ＣＣ１１０１射频 芯 片的无线倾 角测量 系统 。通过倾 角传 感器实 时采 集 角度 数据 ，利 用无 线模 块进行 数据 传输 ，最后 对接 收到 的数据 进 行 分 析 处 理 ，得 出被 测 转 台或 平 台的 实 时运 动 状 态 。论 述 了 系统 组 成 和 工 作 原 理 ，搭 建 了基 于 ＣＣ１１０１射 频 芯 片 的 无 线倾 角测量样机 ，编写 了无线通信模块驱动 程序 和测量 系统应 用程序 ，并开展 了倾 角测 量试验 ，给 出了实验 结果 ， 验 证 了 测 量 系统 的 可 行 性 。 关键词 ：倾 角测量 ；单片机 ；无线通信 ；ＣＣ１１０１ 中 图分 类 号 ：ＴＮ９８ 文 献标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１６７１—６３７Ｘ（２０１６）０８—００７３—０３
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ Ｗ ｉｒｅｌｅｓｓ Ａｎｇｌｅ Ｍ ｅａｓｕｒｅｍ ｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＣＣｌｌＯ１
ＸＵ Ｙｏｎｇ， ＬＩ Ｋｕｎ， ＨＥ Ｘｉａｏ—ｍｅｉ， Ｗ ＡＮＧ Ｙｉ－ｚｈａｎｇ （Ｃｈａｎｇｃｈｅｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ＆ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ＡＶＩＣ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００９５，Ｃｈｉｎａ）
国内的倾 角测量 系统多是将倾角传感 器输 出的数 字信 号直接通过线缆 传输 给仪表终 端或 Ｐｃ机 进行数 据处理及显示 。实 际应用 中为了减 小信 号在传输过 程
中的衰减 和被 干扰 ，常采用带屏蔽层 的专用 电缆 ，但实 际现场 环境往 往是设 备众 多 、线缆杂乱 ，以致 测量过程 中经常 出现 由于被测 载体转 动测量 时线缆缠 绕等棘手 问题 。国外虽有知名仪器仪表公 司提 出了基 于蓝牙技 术的无 线传输模式 ，但 由于应用成本高 、传输距离有 限 （标 准蓝 牙传输 距离 １０ ｍ，远低于基 于 ＣＣ１１０１的无 线 通信距 离 １０００ １１３）等 问题 ，在行 业 内一直 无法得 到 有 效的普 及应用。为此 ，本文提出一种基于 ＣＣ１１０１的无 线倾 角测量系统的改进方案。
０ 引 言
倾角变化 是描述 物体在动态环境下 的运动 状态及 特征 的重 要指标 参数 ，无论 是对 于舰船 武 器上 的装备 姿态 动静态校准 ，还 是大 型传动 倾斜 运动 试验 台运 动 状态 的实时监测 ，倾 角数据 测量 对 于 目标 物 的定 位 和 追踪都 起到至关重要 的作用 ，因此 ，倾 角测 量无论在 国 防建设 ，还是 国民经济 中都有广泛 的应用 。
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ａｎｇｌｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｖｅｃｔｏｒ ｍａｙ ｃａｕｓｅ ｃａｂｌｅ ｗｉｎｄｉｎｇ．Ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ
ｐｒｏｂｌｅｍ，ａ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ａｎｇｌｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＣＣ１ １０１ Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ＲＦ）ｃｈｉｐ．
Ｔｈｅ ｔｉｌｔ ｓｅｎｓｏｒ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｏｌｌｅｃｔ ｔｈｅ ａｎｇｌｅ ｄａｔａ ｉｎ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ，ａｎｄ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｉｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｂｙ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｍｏｄｕｌｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｒｅ ｍａｄｅ ｔｏ ｔｈｅ ｄａｔａ ｒｅｃｅｉｖｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｍｏｖｉｎｇ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｕｒｎｔａｂｌｅ ｏｒ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＣＣ１ １０１ ＲＦ ｃｈｉｐ． Ｔｈｅ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍ ｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ ｄｒｉｖｅ ｐｒｏｇｒａｍ ａｎｄ ｍ ｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｇｒａｍ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ，ａｎｄ ａｎｇｌｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｔｅｓｔ ｉｓ ｍａｄｅ．Ｅｘｐｅｒｉｍ ｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍ ｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ａｎｇｌｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ； ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ； ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ； ＣＣ１１０１
第 ２３卷 第 ８期 ２０１６年 ８月
电 光 与 控 制
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｏｐｔｉｃｓ＆ Ｃｏｎｔｒｏｌ
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１—６３７Ｘ．２０１６．０８．０１７
ＶｏＩ．２３ Ｎｏ．８ Ａｕｇ．２０１６
基 于 ＣＣｌｌＯ１的 无线 倾 角 测 量 系统 设 计
１ 无线倾角测量 系统 组成及原理
收稿 日期 ：２０１５—０６－０３
修 回 日期 ：２０１５—１１—０６
基金项 目：装备技术基础科研合 同项 目（ＨＫ３０４２０１４１ＪＬ１１）
作者简介 ：徐 永 （１９７４一 ），男 ，湖南岳 阳人 ，硕 士 ，高 工 ，研究方 向
为 几 何 量 校 准 技 术 。
基于 ＣＣ１１０１的无线倾 角测量 系统 主要分 为 由 ＰＣ 机 （或嵌入式 控制 器 ）、接 口转 换 模块 、单 片机 控制 模 块和无线通信模块 组成 的上位 机 以及 由倾 角传感 器 、 单 片机控 制模 块和 无线 通 信模 块组 成 的下 位 机两 部