基于射频技术的devicenet无线从节点设计与实现

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1、万方数据基于射频技术的DeviceNet无线从节点设计与实现Designandimplementationofdevicenetwirelessslavenodebasedonradiofrequencytechnology张惊雷L2，刘正光1，贾超2，焦春来2，陈在平2ZHANGJing-leil·2，LIUZheng—guan91，JIACha02，JIAOChun-lai2，CHENZai-pin92(1．天津大学电气与自动化工程学院。天津300072；2．天津理工大学自动化学院，天津300384)摘要：本文阐述了基于无线的DevlceNet系统从节点的

2、设计思想和实现过程。首先分析了无线收发芯片的工作原理，提出了无线DeviceNet从节点系统设计的总体结构，进而设计了基于nRF24L01无线收发芯片的无线DeviceNet从节点系统的硬件电路和相关软件。实验结果表明，本文所提出的方案完全能够实现DevlceNet从节点与主站的无线数据通信功能。关键词：DeviceNet；现场总线；无线数据传输；从节点中图分类号：TP391文献标识码：B文章编号：1009-0134(2009)09—0031-030引言现场总线是连接现场智能设备和自动化控制设备的双向串行、数字式、多节点通信网络。在工业现场中，随着越来越多的复

3、杂控制系统需求，现场总线获得了越来越广泛的应用，但在解决工业环境及过程控制环境下的许多移动对象、旋转对象、危险环境对象的监测与控制问题仍有局限，对于移动设备上的传感器，手持的数据采集设备等，采用有线的物理介质连接是较难甚至无法实现的，在这些情况下就需要无线技术和现场总线的结合方案。本论文中将非标准无线射频技术和DeviceNet现场总线技术相结合，提出了无线DeviceNet从节点系统设计方案，进行了无线DeviceNet通信系统搭建并完成了系统测试实验。1nRF24L01无线收发芯片非标准无线射频技术种类繁多，经过对性能的比较以及具体开发要求的考虑，本文选择

4、了nRF24L01芯片作为无线部分的收发芯片。nRF24L01是一款工业级内置链路层逻辑的2．4GHz超低成本的无线收发芯片，支持多点间通信，最高传输速率达2Mbit／s，比蓝牙具有更高的传输速度。嵌入的链路层控制减少了MCU的复杂性和成本，并且提高了数据传输的可靠性。与蓝牙不同的是，nRF24L01没有复杂的通信协议，它完全对用户透明，通过一个标准的SPI接口与外围控制器连接。在整个无线系统中，将无线传输的实现模块化，即设计出专门用于实现无线数据传输的模块，只留出用于和MCU连接的接口。无线传输模块的电路原理图如图1所示：图1无线传输模块原理图2无线Devi

5、ceNet系统整个系统可分为两个子系统：无线传输系统和DeviceNet现场总线系统。无线系统由两个从节点和主节点构成，每个节点都可以实现数据的收发。无线系统中的主节点同时又作为现场总线系统中的一个从节点来完成与现场总线上主站之间的通信。整个无线DeviceNet系统的拓扑结构图如图2所示：收稿日期：2009—03—16作者简介：张惊雷(1969一)，男，天津人，副教授，博士研究生，主要研究领域为工业网络控制、图像处理、智能交通系统。第31卷第9期2009—09[311万方数据l～——I＼1无线节点l{无线节点I，／＼<—一———_=／、、、～～一一一一一，／

6、。图2无线DeviceNet系统拓朴结构图2．1无线从节点设计无线从节点电路如图3所示，从图中可以看出从节点由三部分组成：无线模块，微控制器，数据采集单元。无线模块即为上文中介绍的以nRF2410l为核心芯片的无线通信模块，无线模块通过预留的SPI接口与微控制器连接，实现数据的收发。微控制器采用AT89S52，主要实现读取数据采集单元数据，控制无线模块收发的功能，数据采集单元的设计比较灵活，微控制器选取P0口作为与数据采集单元之间的接口，最简单的设计可以为一个拨码开关，拨码开关的状态由微控制器通过读取PO口的状态得到，当然，也可以根据需求做不同的选择。例如在选

7、择读取模拟量时，只要将模数转换电路的数字量输出接口与微控制器的PO口连接即可。数据采集单元每次数据发送完毕后从节点都自动进入接收模式，而无线主节点在接收到数据并且通过了CRC校验后会发送一个应答信号给无线从节点，如果无线从节点能够接收到应答信号，则表明通信正常，此次发送的数据会从发送缓冲区清除，同时将下一帧数据填入缓冲区，准备发送，否则通信错误。望r——————JL———————]}发送下一条数据l否通信故障处理l重新发送缓冲区的———厂——一当前数据竺!图4无线从节点程序流程图3)采用错误重发机制当无线从节点在设定的时间内没收到应答信号时，会重新发送数据，并

8、开始进行错误重发计数。通过将不同节点的