[发明专利]一种低功耗工业无线网络数据传输设备及使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及自动控制领域，具体的说是一种低功耗工业无线网络数据传输设备及使用方法，能进行监测和控制各种工业现场数据传输，并可以组建一个短距离工业无线网络，易于将现场设备进行网络化管理和监控。

背景技术

目前，在自动化控制领域，主要是通过有线网络手段将现场的仪表、设备和控制、管理系统连接起来，形成测控系统，实现生产自动化。该测控系统主要通过有线进行连接，使得安装、布线、维护成本费用居高不下。

随着计算机、通信和网络技术的飞速发展，无线传感器网络应运而生。传感测试技术正朝着多功能化、微型化、智能化、网络化、无线化的方向发展。比较有代表性的是ZigBee无线通信技术，但是由于ZigBee各个设备间通信采用固定无线信道，无法适应工业恶劣环境，因此不适合应用于工业现场。

由于工业现场环境复杂以及工业应用的特殊要求，工业无线网络面临着通信实时性、可靠性、安全性以及抗干扰能力等问题。工业无线网络是从新兴的无线传感器网络发展而来的，具有低成本、低能耗、高度灵活性、扩展性强等特点，已经成为继现场总线技术后的又一个研究热点。采用工业无线传输设备，使得工业测控系统具有稳定可靠、安装方便、成本和维护费用低等特点。

发明内容

针对工业无线网络面临通信实时性、可靠性、安全性以及抗干扰能力优化的问题，本发明的目的是提供一种低功耗工业无线网络数据传输设备及使用方法，能实现实时、安全、监测和控制各种工业现场数据传输，并可以利用该设备通过建立协议栈组建一个短距离工业无线网络，易于将现场设备进行网络化管理和监控。

为了实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

一种低功耗工业无线网络数据传输设备，其特征在于：它包括微处理器电路、射频模块、串口电路；其中，微处理器电路与射频模块之间一路采用SPI总线通信交互连接，另一路通过其控制接口接射频模块控制端，对射频模块进行状态控制，串口电路与微处理器电路对应端连接，该串口电路另一端与PC机或手持设备连接进行数据通信；各数据采集电路输出端与微处理器电路输入端连接，可获得工业现场数据，该数据经微处理器电路、无线射频模块实现数据的传输、转发、显示和控制。

所述微处理器电路包括：

MCU，采用MSP430F1611或Atxmega128，内含程序存储器FLASH，MCU用来运行无线协议栈软件和应用程序，FLASH用来存储无线协议栈软件和应用程序；

第1晶振电路，为单片机工作提供时钟节拍；

复位电路，用于实现单片机复位；

第1晶振电路和复位电路输出端分别接MCU的输入端。

所述射频模块包括：

射频芯片，采用CC2420或JN5139，通过MCU将其发送缓存中的数据发送到空中，或接收空中的无线数据到射频芯片中的接收缓存中；

第2晶振电路，产生晶体振荡，为射频模块工作提供时钟节拍；

射频芯片的输入端接第2晶振电路的输出端。

MCU与射频芯片之间采用4根SPI总线数据通信交互连接；其中，MCU通过引脚MISO、MOSI、SCLK、P3.0配置成主机，射频芯片通过引脚SI、SO、SCLK和CSn配置成从机。

MCU与射频芯片之间的控制端采用4根总线相连接，对射频芯片状态进行控制；其中，MCU的引脚P1.3连接射频芯片的引脚SFD，用于捕获射频数据；MCU的引脚P1.2连接射频芯片的引脚CCA，用于射频信道空闲评估；MCU的引脚P1.0、P1.1连接射频芯片的引脚FIFO、FIFOP，用于射频数据的接收和发送。

所述串口电路包括：

串口驱动芯片，该芯片主要实现微处理器3.3V与电脑12V电压之间的转换；该串口驱动芯片通过串口母头JP6与PC或手持设备物理连接。

一种低功耗工业无线网络数据传输设备的使用方法，其特征在于包括步骤如下：

基于低功耗MCU和射频模块搭建硬件平台；

建立应用程序，通过各数据采集电路采集的工业现场数据转换为数字量数据发送给协议栈或接收协议栈传上来的数据；

依据WIA工业无线标准，建立工业无线协议栈，该协议栈包括数据通信模块、网络管理和维护模块、通信调度模块、时间同步模块和信道跳频模块作为底层固件保存在MCU的FLASH中；