监测PCB电镀电流的无线传感器网络(1)

文章编号：1006-7302(2010)04-0035-04

PCB板的主要功能是使各种电子零组件形成预定电路的连接，其质量的好坏将直接影响整个机电产品的性能.PCB电镀电流是影响PCB板质量的重要因素之一，目前PBC电镀电流的检测是由操作人员拿着手持的监测设备、间隔一定时间进行检测;因此存在不少缺点，如非实时检测，容易漏检和误检，长期在电镀环境里工作会损害人体健康等.鉴于人工检测已不能适应当今制造技术发展的需要，本文提出PCB电镀电流的无线传输方案，即在需要检测电镀电流的地方安放传感器节点，并由监控中心对采集的电流数据进行统一、实时的监测和控制.

1·系统框架

基于无线传感器网络的PCB电镀电流监测系统架构如图1所示，它可以分为3层：数据采集层、系统通信层和管理层.

数据采集层是整个系统的最底层，它由安放在工作环境中的传感器节点和汇聚节点组成.通过内置的数据采集单元，传感器节点可以采集流过PCB 板的电流信号，进行数据整理后，以无线通信的方式发送给汇聚节点;汇聚节点将传感器节点发送来的数据进行汇聚、分析和储存，并等待计算机的命令，准备好与计算机之间的通信.

系统通信层是指汇聚节点与计算机之间的通信，采用RS232串口通信方式.通过设置P0_ALT.1=1，P0_DIR.1=l，选择NRF9E5的P01与P02引脚的第二功能作为串口的RXD与TXD，通过芯片MAX232进行电平转换与计算机的串口连接来处理从各节点采集回来的数据，并通过主模块发送控制指令和有效数据完成对各个节点的设置，实现对现场设备的控制.管理层是计算机对采集上来的电镀电流数据进行分析处理的过程. 计算机能根据管理者的需要采集安装霍尔传感器节点的电流数据，并完成数据处理、图表显示、控制和储存等多种管理功能;当流过PCB板的电流超过或低于给定值范围，系统给出声光报警.

2·系统硬件及设计

无线传感器节点是整个无线网络的基本组成单元，它的主要任务是采集PCB电镀电流数据，对数据进行前期处理，并对来自上位机的命令做出回应，进而向上位机发送采集到的电流数据.无线传感器节点由NRF9E5单片机系统、无线通信单元、传感器单元和指示灯报警电路等组成，系统硬件设计具体参见文献.

2.1 NRF9E5单片机系统

NRF9E5无线单片机是NordicVLSI公司于2004年推出的无线单片机芯片，它是真正的系统级芯片，内置的 433MHz、868MHz、915MHz收发器与NRF905芯片的收发器一样.内嵌的微8051控制器，带有4输入10位80kS/s的A/D转换器，工作电压较宽(1.9～3.6V)，可以工作于ShockBurst方式，即自动处理前缀、地址和CRC方式;CPU还扩展了2个数据指针以方便从片外RAM读取数据.NRF9E5的微处理器中有256bit的数据RAM和512bit的ROM.上电复位或软件复位后，处理器自动执行ROM引导区中的代码.用户程序通常是在引导区的引导下，从EEROM加载到1个4kbit的RAM中，这个4kbit的RAM也可用作存储数据.整个单片机系统的建立需要极少的外围元器件，节约资源，对实现低功耗十分有利.

2.2 无线通信单元

由于NRF9E5无线单片机内置了NRF905的433MHz、868MHz、915MHz收发器，从而使整个系统的设计更加简洁可靠.通过软件编程，收发器可自动完成发送、接收和监听等功能，从系统设计角度讲，只需对数据包中的数据进行软件解释和控制即可.

2.3 传感器单元

传感器单元主要负责电流信息的采集，它是保证整个系统性能的基础.首先需要将电流信号转换为电压信号，这里用TBC-LTA系列霍尔电流传感器，其工作电源电压±(12～15)V，工作温度-40～85℃.为了提高测量精度，结合实际被测电流大小值，本文选取TBC-LTA系列直流电流传感器中的TDC503LTA传感器.

NRF9E5内含一个10位线性AD转换器，其转换速率为80kS/s，AD转换器参考电压可以通过软件选择Aref输入或内部带隙参考电压1.22V.AD转换器有5个输入可以通过软件进行选择，其典型应用是启动/停止模式，采样时间由软件控制.默认状态下它是10位的，如有需要可以通过软件设置为6位、8位或12位.同时，AD转换器也可以在差分模式下应用，当AIN0作为负输入端时，AIN1～3作为正输入端.

2.4 指示灯报警电路

当流过电路板电流低于下限值或高于上限值时，指示灯报警电路将产生声光报警，以便管理人员立即采取应对措施.在本设计中，利用红色LED灯和扬声器作为指示灯报警电路.