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適用于儀器儀表通信的若干新技術2003年10月(2)

圖2是基于PLF-22的電力線載波通信系統的接口圖。PLF-22內含接收與A/D轉換單元、數字信號處理單元、D/A轉換單元、發送與放大單元等電路。接收和A/D轉換單元可對從電力線耦合來的信號進行濾波等處理,以將模擬信號轉換為數字信號。數字信號處理單元是數字化信號處理的核心部分,它一方面對接收和A/D轉換單元處理后的數字信號進行解碼處理,并將處理結果通過數據線與Neuron芯片進行數據交換;另一方面,它可將需要發送的數據通過數據線交換到此單元進行編碼處理。D/A單元的主要作用是將數字信號處理單元處理后的要發送的數字信號轉換為模擬信號。而發送與放大單元則用于將D/A轉換后的信號進行功率放大并發送到耦合電路。至此,可在軟件控制下實現數據在電力線上的傳輸。

2 無線通信

  實現現場時數據的顯示以及系統參數的設置是很多智能儀表所需的基本功能,這無疑需要建立在人機通信基礎上。然而,在某些特定的應用場合(如在一些安全性要求較高的場合),為達到防爆要求需要系統密封,這時傳統的人機交互方式無法滿足這種需求,而有效的措施則是采用無線通信方式。

2.1  基于IrDA協議的紅外通信[10]

2.1.1  IrDA協議簡介

紅外通信技術是一種點對點的數據傳輸協議,是對傳統設備之間連接線纜的替代。它的通信距離一般在0~1m之間,傳輸速率最高可達16Mbps,通信介質為波長為900mm左右的近紅外線。目前紅外線通信技術已被全球眾多軟硬件廠商所支持和采用,其主流軟件和硬件平臺均為其提供支持。紅外技術已被紅外數據協會的簡稱,它所制訂的一系列紅外數據通信標準已形成了紅外數據通信技術的基礎。

2.1.2 MCP2120芯片及其于單片機的接口

   MCP2120是Microchip公司的一款用來發送和接收紅外串行信號的集成芯片,符合紅外通信標準IrDA1.0協議,具有低成本和應用簡便的特點,可以方便應用在具有串行信號通信的單片機應用系統中,MCP2120芯片與單片機的接口如圖3所示。

            圖3  MCP2120與單片機的接口

IrDA1.0規定了串行發送和接收的數據格式,具體包括1位起始位、8位數據位和1位停止位,無數據校驗位。單片機的TX端發送的串行數據經MCP2120編碼(encode)后,轉換為符合IrDA1.0協議的脈沖信號,由紅外發送器發出:紅外接收器接收倒符合IrDA1.0協議的脈沖信號后,經MCP2120解碼(decode)后,送單片機的RX端。由于發送和接收的紅外信號,都符合IrDA1.0協議,因此可以方便地實現不同產品之間的無線方式通信,由于MCP2120的應用方式簡單,目前已得到廣泛應用。

2.1.3 利用MCP2120實現單片機與筆記本電腦無線通信

目前,大多數新型便攜式計算機(筆記本電腦)都有內置的紅外線收發器,支持IrDA的標準和協議,因此,可以利用MCP2120實現單片機與筆記本電腦之間的無線連接。

實現單片機和筆記本電腦的紅外通信,包括筆記本電腦部分的通信程序設計以及單片機部分的硬件接口和通信軟件設計。由于Windows操作系統提供紅外適配器的驅動程序,大大簡化了上位機軟件的設計,當安裝了Windows提供了IrDA標準驅動程序后,系統會提供一個虛擬串口(Virtual COM port),通信的波特率和串口號由用戶自己指定。這樣,在編寫上位機通信程序時,可直接用串口操作函數對用戶指定的虛擬串口直接進行讀/寫操作,并可根據用戶需要采用Visual Basic或VisualC++等編程工具編寫。通信軟件部分的設計與串口的一般操作方法相同,但波特率的設置必須與上位機波特率一致。這樣,為基于單片機的智能儀表實現紅外線無線通信提供了方便的接口支持。

2.2 籃牙技術通信

2.2.1 籃牙技術簡介

籃牙(buluetooth)技術是一種新的近距離無線通信標準,推出籃牙技術的目的在于實現最高數據傳輸速率為1Mbps(有效傳播速率為721Kbps)、最大傳輸距離為10m的無線通信,并形成世界統一的近距離無線通信標準;@牙技術可提供低成本、低功耗的無線接入方式,被認為是近年來無線數據通信領域重大的進展之一。

籃牙技術工作在全球通用的2.4GHz  ISM(I-工業;S-科學;M-醫學)頻段,從理論上講,以2.4GHzISM頻段運行的技術能夠使相距30m以內的儀器設備相互間成功實現無線連接,數據傳輸速率可達到2Mbps。并且籃牙技術采用了“即插即用”概念。根據籃牙通信協議,各種籃牙設備無論在任何地方,都可以通過人工或自動查詢來發現其它籃牙設備,從而構成網絡,實現系統提供的各種功能。調頻、TDD、TDMA等技術的使用使得籃牙的射頻電路較為簡單,通信協議的大部分內容可以專用集成電路和軟件來實現,因此從技術上保證了籃牙設備的高性能和低成本。

2.2.2 籃牙芯片及其連接技術

目前的籃牙產品有很多,其硬件上大多采用一塊射頻芯片和一塊基帶控制芯片構成籃牙芯片組,籃牙芯片組配以外加天線、電源以及含籃牙軟件棧的Flash  ROM等就可以構成一個籃牙模塊而應用于各種產品中;@牙模塊的連接方式主要有以下幾種:

①采用USB方式

 這種方式把籃牙模塊當作USB的從設備與主機通信。

②采用UART/PCM方式

這種方式用UART(通用異步收發器)作為數據通信口,而脈沖編碼調制(pulse  code  modulation,PCM)作為語音通信口。用UART進行數據通信時,籃牙模塊相當于一個數字電路終端設備,其串行傳輸速度可達460.8Kbps。

③采用專用控制芯片方式

以上兩種方式是直接由主機CPU通過主控制器接口(host  control interface,HCI)與籃牙模塊實現控制和信息交換,在控制和通信過程中主機需占用資源。這兩種方式相當于直接將主機籃牙化。然而,在復雜控制場合,主機CPU除無線通信外還要實現多種其它功能,這時可采用專用控制芯片,負責籃牙功能模塊及與主機的信息交換,如圖4所示。主CPU不直接與籃牙模塊聯系,當主CPU需要使用籃牙模塊時,向專用CPU發出服務請求(如傳送或接收數據),由專用CPU負責實現籃牙無線通信功能,包括呼叫、譯碼/解碼、糾錯等,并將通信結果經處理后存入外部存儲設備,以供主CPU使用,待通信完成后再向主CPU發出應答信號,以報告通信結果(如連接成功、連接失敗、發送/存儲完畢、數據長度、類型等)。主CPU根據應答采取相應動作。這樣,主CPU只需要發出服務請求和接收應答信息就可實現籃牙功能服務,其資源可在籃牙無線通信期間被釋放出來,其代價是增加適度性能的專用CPU。

                         圖4 采用專用控制芯片的系統


 


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以上資料摘錄自《自動化儀表》雜志
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