Profibus无线传输装置的设计与实现

摘要

Profibus现场总线在工业控制中应用非常广泛,但是某些特殊的工业现场,需要使用无线传输技术进行信息交换,因此把无线传输技术应用于Profibus现场总线中势在必行。本文考察了无线现场总线技术国内外研究现状和研究意义,了解了Profibus现场总线的协议规范和无线通信的关键技术,分析了无线传输技术和现场总线技术结合的几种方式,提出用无线中继法实施Profibus-DP现场总线的无线传输,说明了无线通信模块开发技术,围绕硬件设计和软件设计2个方面详细论述了电路结构和软件配置以及测试系统和测试结论。
　　 课题开发了一个无线通信模块,它可以实现Profibus-DP现场总线主站和从站之间的无线通信,室内有效传输距离为10m,最高数据波特率为187.5Kbps,有线和无线数据转换延时为29μ s。
　　 课题的设计思想是利用无线中继法实施Profibus现场总线的无线通信,为了满足Profibus-DP现场总线对数据传输的时序要求,最大限度地减小有线和无线数据的转换延时是主要技术难点。
　　 课题的创新点是使用无线中继法实施Profibus-DP现场总线主站和从站之间的无线通信,相比于其它方法,有线和无线数据转换的延时时间小,实时性强,更加适宜工业现场控制的需要。开发的无线通信模块相对于Profibus-DP现场总线的主从站完全透明,简洁实用,无需特殊配置。在结构上利用四个无线芯片,使数据在无线传输过程中能够实现全双工的功能,无线芯片无需进行接受和发送的转换,工作在“直接模式”下,也是一大特色。

目录

文摘

英文文摘

CONTENTS

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 Profibus无线传输技术的发展概况

1.1.1 R-fieldbus技术

1.1.2 无线网关技术

1.3 课题来源

1.4 课题的主要任务

1.5 课题实现意义

1.6 小结

第二章 Profibus协议和无线通信技术概述

2.1 Profibus技术概述

2.1.1 Profibus物理层

2.1.2 数据链路层协议

2.1.3 Profibus-DP的时序要求

2.2 PROFIBUS与无线通信技术的集成

2.2.1 应用层的集成

2.2.2 网关法

2.2.3 无线中继法

2.3 几种近距离无线通信技术比较

2.3.1 蓝牙

2.3.2 Wi-Fi

2.3.3 无线射频芯片

2.4 Profibus无线解决方案

2.5 无线射频芯片选型

2.6 小结

第三章 Profibus无线通信模块的硬件设计

3.1 无线通信模块的原理框图

3.2 无线芯片外围电路设计

3.2.1 无线芯片CC1100的外围电路的构成

3.2.2 CC1100外围电路原理

3.3 单片机外围电路设计

3.3.1 单片机选型原则

3.3.2 RISC与CISC区别

3.3.3 单片机外围电路

3.4 RS485接口电路设计

3.4.1 ADM2486电路

3.4.2 RTS信号控制电路

3.5 电源电路设计

3.6 Profibus无线通信模块PCB设计

3.7 Profibus无线通信模块硬件实物图

3.8 小结

第四章 Profibus无线通信模块的软件设计

4.1 SPI时序及软件设计

4.2 初始化单片机

4.2.1 单片机的通用I/O端子初始化

4.2.2 单片机SPI接口初始化

4.3 无线芯片CC1100配置

4.4 小结

第五章 测试系统和测试结果

5.1 测试实验平台的选择

5.2 测试系统的配置

5.2.1 创建一个Profibus-DP主站

5.2.2 配置PB-B-RS232作为Profibus从站

5.2.3 软件配置

5.3 测试结果

5.4 小结

第六章 结论

6.1 研究成果

6.1.1 研究工作

6.1.2 研究结论

6.1.3 特点创新

6.2 存在问题及改进措施

6.3 课题展望

6.4 小结

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者简介

硕士研究生学位论文答辩委会决议书