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      2. 變電站自動化控制的藍牙解決方案

        時間:2024-07-24 06:03:29 理工畢業(yè)論文 我要投稿
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        變電站自動化控制的藍牙解決方案

        摘要:將藍牙技術應用工業(yè)控制的現(xiàn)場,是一種比較大膽的設想。本文就藍牙在變電站自動化控制方面的應用作一探討,并簡要介紹CSR公司單片藍牙產(chǎn)品BlueCore01。

        引言

        藍牙技術是用微波無線通信技術取代數(shù)據(jù)電纜來完成點對點或點對多點短距離通信的一種新型無線通信技術。利用藍牙,可以將需要數(shù)據(jù)和語音通信的各個設備之間連成一個PICONET網(wǎng)(即微微網(wǎng)),或?qū)讉PICONET網(wǎng)進一步互連,組成一個更大的SCATTERNET網(wǎng)(即分布式網(wǎng)絡)。

        在工業(yè)現(xiàn)場中,短程的無線連接有著廣泛的應用需求,但一直沒有一個很好的解決方案。紅外無線連接,由于距離太短,且必須在同一直線上,中間不能有任何障礙物等不足,而限制了它的應用。將藍牙技術應用于工業(yè)控制現(xiàn)場,用微波取代紅外,既克服了紅外缺點,又降低了施工的難度和建設成本,是一種有創(chuàng)造性的設想。下面我們就變電站自動化控制方面的現(xiàn)狀,探討引入藍牙的可行性。

        在變電站現(xiàn)場中,最下層是進行測量、轉(zhuǎn)換和控制的儀表。它們采集各個變壓器的數(shù)據(jù),返回上位機進行處理,或接收上位機發(fā)送來的控制命令和控制參數(shù)。目前這些數(shù)據(jù)通信是由串口(RS232或RS245接口)通信實現(xiàn)的。但其麻煩的走線以及抵抗惡劣環(huán)境、電磁和無線電干擾所需要的物理保護和電磁屏蔽帶來的諸多不便,使得工業(yè)環(huán)境中要求長時間、連續(xù)、可靠、完整地傳送數(shù)據(jù)不能得到保證。對于這種多點對單點的數(shù)據(jù)通信網(wǎng),完全可以用藍牙PICONET網(wǎng)來替換。其優(yōu)點表現(xiàn)在:

        ①取代了大量短程連接所用的電纜,尤其是電纜無法到達的地方,藍牙具有更大的優(yōu)勢;

        ②以前的應用程序可以不做任何或很小的修改,升級成本小;

        ③降低變電站建造成本,這也是藍牙技術的一個顯著特點;

        ④由于藍牙設備本身的功耗十分小(最大不過100mW),因此藍牙設備的射頻不會對其它設備造成影響。

        1 BC01芯片和開發(fā)工具BLUELAB介紹

        BC01(BlueCore01)是CSR(Cambridge Silicon Radio)公司設計的一款單片藍牙產(chǎn)品。它集無線設備、微處理器及其帶電路于一體,采用標準的0.35μm的CMOS工藝。通過外圍的存有藍牙協(xié)議的Flash ROM,可提供完全兼容的數(shù)據(jù)和語音通信。經(jīng)過優(yōu)化設計,所需的外部RF元件很少,允許主板的快速設計,因此能以最低的成本,實現(xiàn)最短的產(chǎn)品面市時間。

        其主要特點如下:

        ①符合BluetoothV1.1規(guī)范;

        ②帶有USB和UART主接口;

        ③可編程的PCM接口,支持13-Bit 8kss -1雙向串行的同步語音傳輸;

        ④內(nèi)含的數(shù)字轉(zhuǎn)換器,可進行線性PCM(脈沖編碼調(diào)制)、A律PCM、μ律PCM和CBSD(連續(xù)變化斜率增量調(diào)制)間的相互轉(zhuǎn)換,編解符合高至HCI層的藍牙控制協(xié)議;

        ⑤采用3.15V單電源供電,支持PART、SNIFF、HOLD多種節(jié)電模式;

        ⑥支持所有的包類型以及多達7個從設備的微微網(wǎng)(Piconet);

        ⑦芯片內(nèi)含鏈路控制、鏈路管理、HCI以及可選的L2CAP、RFCOMM、SDP等多層軟件協(xié)議棧,可以直接使用;

        ⑧提供VM(Virtual Machine)機制。內(nèi)嵌16位的RISC微處理器,運行協(xié)議棧的同時還可以運行下載到Flash ROM中的用戶程序,實現(xiàn)真正意義上的單芯片。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

        Bluelab是專門針對BlueCore的仿真開發(fā)系統(tǒng),它在PC上模擬BlueCore01的環(huán)境,從而方便開發(fā)基于BlueCore01上運行的應用程序。它包括了Compiler、Emulator/Debugger、Documentation以及一些源代碼例子。Bluelab還提供了藍牙協(xié)議棧BlueStack,支持SDP、L2CAP和RFCOMM等高層協(xié)議。用戶可以通過UART/USB接口來調(diào)用BlueStack,也可以通過虛擬機(VM)來訪問BlueStack。

        2 系統(tǒng)方案設計

        整個系統(tǒng)分為前端數(shù)據(jù)采集和PC端數(shù)據(jù)管理兩大部分。

        前端數(shù)據(jù)采集框圖如圖2所示。

        由于BC01內(nèi)部資源及引腳有限,因此前端的數(shù)據(jù)采集和控制由單片機80C196來完成,其串口與BC01的串口連接,BC01作為一個數(shù)據(jù)傳送通道。這樣做的優(yōu)點是:不需要改動原來的程序,便于對基于RS232、RS245結(jié)構(gòu)的老系統(tǒng)進行改造。變壓器上的高電壓大電流首先要轉(zhuǎn)變成可供采集的安全電壓(0~5V),經(jīng)A/D變換后由16位的單片機80C196讀入,進行相應的計算處理后,送入BC01。BC01將數(shù)據(jù)打包后,通過與MASTER建立的空中連接發(fā)送PC。同時,BC01也會接收PC發(fā)來的控制命令,送至單片機,由單片機分析后控制相應的閘刀做出動作。

        整體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

        連接PC的BC01作為主機,它會自動搜索其查詢范圍內(nèi)的藍牙設備,將所查詢到的藍牙設備作為從機加入PICONET網(wǎng)。因為每塊從機都有唯一的BD_ADDR(Bluetooth Device address),因此,主機可以區(qū)分識別每一個從機并對其進行控制。

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