[發明專利]一種低功耗工業無線網絡數據傳輸設備及使用方法

有效

• 申請號: 201110402072.5
• 申請日: 2011-12-06
• 公開（公告）號: CN103149885A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 林躍;曹景勝;魏劍嵬;楊祖業;李勇
• 申請（專利權）人: 沈陽中科博微自動化技術有限公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 周秀梅

1.一種低功耗工業無線網絡數據傳輸設備，其特征在于：它包括微處理器電路、射頻模塊、串口電路；其中，微處理器電路與射頻模塊之間一路采用SPI總線通信交互連接，另一路通過其控制接口接射頻模塊控制端，對射頻模塊進行狀態控制，串口電路與微處理器電路對應端連接，該串口電路另一端與PC機或手持設備連接進行數據通信；各數據采集電路輸出端與微處理器電路輸入端連接，可獲得工業現場數據，該數據經微處理器電路、無線射頻模塊實現數據的傳輸、轉發、顯示和控制。

2.按照權利要求1所述的一種低功耗工業無線網絡數據傳輸設備，其特征在于：所述微處理器電路包括：

MCU(U1)，采用MSP430F1611或Atxmega128，內含程序存儲器FLASH，MCU用來運行無線協議棧軟件和應用程序，FLASH用來存儲無線協議棧軟件和應用程序；

第1晶振電路，為單片機工作提供時鐘節拍；

復位電路，用于實現單片機復位；

第1晶振電路和復位電路輸出端分別接MCU(U1)的輸入端。

3.按照權利要求1所述的一種低功耗工業無線網絡數據傳輸設備，其特征在于：所述射頻模塊包括：

射頻芯片(U2)，采用CC2420或JN5139，通過MCU(U1)將其發送緩存中的數據發送到空中，或接收空中的無線數據到射頻芯片(U2)中的接收緩存中；

第2晶振電路，產生晶體振蕩，為射頻模塊工作提供時鐘節拍；

射頻芯片(U2)的輸入端接第2晶振電路的輸出端。

4.按照權利要求2或3所述的一種低功耗工業無線網絡數據傳輸設備，其特征在于：MCU(U1)與射頻芯片(U2)之間采用4根SPI總線數據通信交互連接；其中，MCU(U1)通過引腳(MISO、MOSI、SCLK、P3.0)配置成主機，射頻芯片(U2)通過引腳(SI、SO、SCLK和CSn)配置成從機。

5.按照權利要求4所述的一種低功耗工業無線網絡數據傳輸設備，其特征在于：MCU(U1)與射頻芯片(U2)之間的控制端采用4根總線相連接，對射頻芯片狀態進行控制；其中，MCU的引腳(P1.3)連接射頻芯片(U2)的引腳(SFD)，用于捕獲射頻數據；MCU的引腳(P1.2)連接射頻芯片(U2)的引腳(CCA)，用于射頻信道空閑評估；MCU的引腳(P1.0、P1.1)連接射頻芯片(U2)的引腳(FIFO、FIFOP)，用于射頻數據的接收和發送。

6.按照權利要求1所述的一種低功耗工業無線網絡數據傳輸設備，其特征在于：所述串口電路包括：

串口驅動芯片(U3)，該芯片主要實現微處理器3.3V與電腦12V電壓之間的轉換；該串口驅動芯片(U3)通過串口母頭(JP6)與PC或手持設備物理連接。

7.一種權利要求1所述的一種低功耗工業無線網絡數據傳輸設備的使用方法，其特征在于包括步驟如下：

基于低功耗MCU和射頻模塊搭建硬件平臺；

建立應用程序，通過各數據采集電路采集的工業現場數據轉換為數字量數據發送給協議棧或接收協議棧傳上來的數據；

依據WIA工業無線標準，建立工業無線協議棧，該協議棧包括數據通信模塊、網絡管理和維護模塊、通信調度模塊、時間同步模塊和信道跳頻模塊作為底層固件保存在MCU的FLASH中；

將應用程序的電壓或電流數字量送入協議棧通過其數據通信模塊對該數字量進行發送和接收處理，轉換為符合WIA工業無線標準的數據，再通過射頻驅動程序驅動無線射頻模塊將標準的數據傳輸到監控終端進行顯示、監控和保存，還可以接收來自監控終端的數據進行處理；

另外，還包括通過網絡管理和維護模塊實現傳輸設備加入網絡或離開網絡，對加入網絡的設備進行參數配置、時間同步和對在網設備發送周期性報告，從而使入網設備獲得通信資源包括時隙和信道信息；

利用通信調度模塊和信道跳頻模塊，依據得到的時隙和信道信息，實現對當前設備的時隙和信道跳頻的管理。

8.按照權利要求7所述的一種低功耗工業無線網絡數據傳輸設備的使用方法，其特征在于：所述數據通信模塊實現數據發送和接收，其具體過程如下：

首先判斷是否發送數據，如發送，將用戶層的應用程序的數字量經應用子層、網絡層、數據鏈路子層打包處理后傳遞到底層MAC層；

將MAC層數據封裝成IEEE802.15.4標準數據幀，調用射頻驅動程序發送給工業無線網絡設備。