基于ZigBee协议的PROFIBUS-DP无线从节点关键技术研究

摘要

近年来，随着自动化与计算机网络技术的高速发展，工业过程现场总线技术也在不断地优化与完善，并在工控网络里被大范围应用。在现场总线当中， PROFIBUS-DP拥有传输速率快、安全可靠、抗干扰能力强、使用方便等优点，在工业领域中占据了相当大的市场份额。然而在复杂的工业现场当中，存在着许多难以布线的场合，这使得PROFIBUS-DP总线的使用范围受到很大限制，故而利用一种新的技术将PROFIBUS-DP网络中的有线数据传输和某种无线网络结合起来就变得十分重要。ZigBee是一种新兴的无线网络，但其凭借高可靠性、低成本低功耗、高安全性等优势，在诸多无线技术中脱颖而出，成为工业控制网络中有线数据和无线数据互相转换的首要选择。
　　本文针对PROFIBUS-DP/ZigBee无线从节点在实际中的应用以及可能出现的问题，深入分析PROFIBUS-DP现场总线和ZigBee无线通信协议，给出了单片机+协议芯片+无线模块的双芯片解决方案，利用单片机和协议芯片实现PROFIBUS-DP总线功能，使用专用无线芯片和天线搭建无线通信网络，并在此基础上完成了各功能模块的硬件电路设计和软件程序的编写工作。最后，参照工业现场的实际应用环境和条件，利用西门子S7-300 PLC、PC机、示波器和ProfiCore监测仪等实验器材，配合相应的测试软件，搭建融合了PROFIBUS-DP网络和ZigBee无线通信网络的实验平台，对PROFIBUS-DP/ZigBee无线从节点进行了组播和广播两种通信模式的基本通信实验，以及基于节点故障诊断的扩展功能测试，并结合实验数据进行分析，证实了本文开发的模块达到了预期要求。
　　本文的特色在于使用ZigBee技术实现了对PROFIBUS-DP有线数据的无线收发工作，并利用PROFIBUS-DP机制中的诊断技术，实现了无线网络的故障识别功能，帮助用户快速定位问题节点，大幅缩短了排查故障的周期和成本。

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第一章 绪论

1.1本课题的研究目的与意义

1.2国内外研究现状分析与存在的问题

1.3本文的主要研究工作

1.4本章小结

第二章 PROFIBUS-DP及ZigBee协议分析

2.1PROFIBUS-DP/ZigBee解决方案对比分析

2.2PROFIBUS-DP现场总线特性

2.3ZigBee无线通信协议特性

2.4本章小结

第三章 PROFIBUS-DP/ZigBee无线从节点硬件电路

3.1总体设计方案

3.2PROFIBUS-DP/ZigBee硬件电路

3.3本章小结

第四章PROFIBUS-DP/ZigBee无线从节点软件开发关键技术

4.1概述

4.2PROFIBUS-DP功能实现

4.3ZigBee通信关键技术研究

4.4PROFIBUS-DP/ZigBee通信接口

4.5本章小结

第五章 PROFIBUS-DP/ZigBee无线从节点测试与分析

5.1总体测试方案

5.2通信功能测试实验

5.3通信速率测试实验

5.4故障诊断功能测试实验

5.5本章小结

第六章 总结和展望

6.1工作总结

6.2工作展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢

附录一

附录二