ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的自動(dòng)控制系統研究論文
前言
隨著(zhù)自動(dòng)控制系統的發(fā)展，其在越來(lái)越多的行業(yè)中發(fā)揮了重要的作用。當前系統中的設備通過(guò)電纜來(lái)連接，從而形成了很大的限制性，為了拓寬系統控制的范圍，在系統中應用了ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，這種技術(shù)具備成本低、易維護、自我修復等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現遠程自動(dòng)控制。與現有的自動(dòng)控制系統有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )相比，基于ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的自動(dòng)控制系統將會(huì )具備更加優(yōu)越的性能，從而提升運行的穩定性及可靠性。
1自動(dòng)控制系統的硬件設計
1.1發(fā)射模塊
傳感器在進(jìn)行信號發(fā)送時(shí)，發(fā)送的為4~20mA的標準電流信號，發(fā)射模塊接收到信號之后，需要對信號進(jìn)行轉換，變?yōu)殡姶挪o(wú)線(xiàn)之后在發(fā)射出去，而這就是發(fā)射模塊的功能。發(fā)射模塊的硬件具有固定的結構，接收到傳感器的信號之后，首先由I/V變換電路對信號進(jìn)行變換，經(jīng)過(guò)變換之后，標準電流信號由4~20mA變?yōu)?~5V，隨后，變化之后的信號經(jīng)過(guò)零點(diǎn)遷移電路，成為0~4V電壓，再經(jīng)過(guò)A/D轉換器以及單片機之后，變成電磁波無(wú)線(xiàn)信號，實(shí)現與下位機之間的通信。在進(jìn)行發(fā)射模塊硬件電路設計時(shí)，首先要對使用的元器件進(jìn)行了解，在自動(dòng)控制系統中，所使用的微控制器的型號為P89LPC935，該型號為單片封裝，處理器結構的性能非常高，在執行命令時(shí)，所需的時(shí)間比較少，同時(shí)，此種型號的微控制器中集合了很多系統級的功能，使用之后可以大量的減少元器件的`數量，降低系統成本；射頻芯片的型號為CC1100，此種芯片具備可編程的特點(diǎn)，而且與ZigBee協(xié)議之間具備較高的一致性，在低功耗無(wú)線(xiàn)應用中，適用性非常強；ADS7829是發(fā)射模塊硬件電路中一個(gè)重要的元件，此種型號的元件所具備的采樣速率是非�？斓�；在I/V變換電路中，主要的功能就是信號變換，在選擇元件時(shí)，采用了無(wú)源I/V變換；零點(diǎn)遷移電路為L(cháng)M358，在LM358內部，設置了兩個(gè)雙運算放大器，這兩個(gè)部件之間相互獨立，在單電源中具備比較高的適用性。在明確電路元器件的型號和功能之后，就需要進(jìn)行發(fā)射模塊硬件電路設計。
1.2接收模塊
接收模塊硬件電路設計的步驟與發(fā)射模塊是相同的，首先需要明確各個(gè)元器件的型號及功能。在接收模塊中，包含四個(gè)部分：射頻芯片、單片機、D/A轉換器、V/I轉換電路。實(shí)際上，接收模塊的工作流程就是將發(fā)射模塊逆過(guò)來(lái)。D/A轉換器選擇的型號為T(mén)LV5617，此種芯片的接口為SPI接口，輸入時(shí)的通道為單個(gè)，輸出時(shí)的通道為雙通道，芯片的輸入端與發(fā)射模塊單片機的接口需要進(jìn)行有效地連接；V/I轉換器選擇的為集成的AD694型號，通過(guò)轉換器的轉換，將接收到的信號還原為4~20mA標準電流信號。這兩個(gè)部分的元件型號確定之后，就需要根據其功能及相關(guān)的要求來(lái)進(jìn)行電路設計。
1.3PCB電磁兼容
在進(jìn)行PCB設計的過(guò)程中，電磁兼容是必須要考慮的，只有電磁兼容性能比較優(yōu)異，才能保證PCB設計的合理性及科學(xué)性，具體說(shuō)來(lái)，應該注意四個(gè)方面的問(wèn)題：①在進(jìn)行電源線(xiàn)設計時(shí)，為了將環(huán)路電阻減少，就需要將電源線(xiàn)的寬度增加，同時(shí)，在進(jìn)行電源線(xiàn)的走向設計時(shí)，要與數據傳遞的方向保持一致，這樣一來(lái)，抗噪聲的能力才會(huì )比較好；②在進(jìn)行集成芯片的電源輸入設計時(shí)，要設置濾波電容，位置為電源輸入腳；③為了保證晶振的正常運轉，在晶振信號線(xiàn)附近要避免其他信號的穿過(guò)；④為了將寄生耦合降低，元件面與焊接面之間不能出現平行。
2自動(dòng)控制系統的軟件設計
2.1需解決的問(wèn)題
自動(dòng)控制系統在應用ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)進(jìn)行軟件設計時(shí)，首先需要解決可靠性以及延時(shí)兩個(gè)方面的問(wèn)題。對于可靠性，要從硬件設計及軟件設計兩個(gè)方面來(lái)保證，通過(guò)電路的合理設計以及軟件的科學(xué)編程，來(lái)提升自動(dòng)控制系統運行的可靠性；對于延時(shí)，延時(shí)的存在會(huì )在很大程度上影響系統的可靠性、穩定性，不過(guò)在系統中應用了ZigBee技術(shù)之后，延時(shí)問(wèn)題也被有效的解決。這樣一來(lái)，通過(guò)ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)在自動(dòng)控制系統中的應用，有效的解決了可靠性及延時(shí)的問(wèn)題。
2.2發(fā)射模塊
�、龠M(jìn)行初始化程序設計。針對微控制器的型號，在進(jìn)行軟件設計時(shí)，就需要選擇I/O口輸出模式，為了保證I/O輸出模式的正常使用，I/O口模式要保證正確的配置，通常來(lái)說(shuō)，I/O口配置寄存器決定了其模式。I/O口模式配置完成之后，需要進(jìn)行SPI寄存器初始化，在SPI寄存器中，包含主模式和從模式兩種操作形式，這兩種模式所具備的速率是非�？斓�。初始化完成之后，要將開(kāi)門(mén)狗關(guān)閉，并將外部中斷開(kāi)啟。②CC1100初始化程序設計。在CC1100中，微控制器為其接口顯示，在進(jìn)行初始化程序設計時(shí)，要對寄存器進(jìn)行正確的配置。③發(fā)射模塊軟件程序設計。無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊的電源來(lái)源為電池，為了保證其具備較長(cháng)的使用壽命，就需要將系統的工作時(shí)間盡量的減低，在非工作狀態(tài)時(shí)，系統需要處于睡眠狀態(tài)，基于此，LPC935在工作時(shí)，采用的方式為定時(shí)采樣中斷，采樣完成之后，就會(huì )進(jìn)入到睡眠狀。
2.3接收模塊
在進(jìn)行了一段時(shí)間的控制之后，CC1100將會(huì )自動(dòng)終止接收，這是CC1100具備的一個(gè)可選功能，稱(chēng)之為電磁波激活。也就是說(shuō)，CC1100在工作的過(guò)程中，接收等待狀況并不是一直持續的，而是接收等待狀況以及深度休眠狀態(tài)各維持一定的時(shí)間，這樣一來(lái)，在對數據信號進(jìn)行偵測時(shí)，就可以不借助MCU的作用。CC1100在進(jìn)行偵測時(shí)，如果偵測到數據信號，就會(huì )將信號發(fā)送給LPC935，如果此時(shí)LPC935處于休眠的狀態(tài)，CC1100就會(huì )向其發(fā)送一個(gè)外部中斷信號，LPC935接收之后進(jìn)行相應的反應，同時(shí)進(jìn)行數據信號的接收，數據信號接收完畢并檢測地址正確之后，就會(huì )向發(fā)送模塊發(fā)出已接收的應答信號。這一系列的過(guò)程完成之后，會(huì )再次進(jìn)入到休眠狀態(tài)，直到再有數據信號傳來(lái)時(shí)，才能被激活。
3結論
在自動(dòng)控制系統中，通過(guò)ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的應用，將電纜連接時(shí)存在的范圍限制解除，從而提升了自動(dòng)控制系統的控制范圍，同時(shí)，經(jīng)過(guò)科學(xué)的硬件電路以及軟件設計之后，自動(dòng)控制系統的性能得到顯著(zhù)的提升，在運行的過(guò)程中，有效的保證了運行的穩定性及可靠性�；赯igBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的自動(dòng)控制系統在不斷完善的過(guò)程中，將會(huì )具備更加廣闊以及深入的應用前景。
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