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适用于仪器仪表通信的若干新技术2003年10月（2） 图2是基于PLF-22的电力线载波通信系统的接口图。PLF-22内含接收与A/D转换单元、数字信号处理单元、D/A转换单元、发送与放大单元等电路。接收和A/D转换单元可对从电力线耦合来的信号进行滤波等处理，以将模拟信号转换为数字信号。数字信号处理单元是数字化信号处理的核心部分，它一方面对接收和A/D转换单元处理后的数字信号进行解码处理，并将处理结果通过数据线与Neuron芯片进行数据交换；另一方面，它可将需要发送的数据通过数据线交换到此单元进行编码处理。D/A单元的主要作用是将数字信号处理单元处理后的要发送的数字信号转换为模拟信号。而发送与放大单元则用于将D/A转换后的信号进行功率放大并发送到耦合电路。至此，可在软件控制下实现数据在电力线上的传输。 2 无线通信 实现现场时数据的显示以及系统参数的设置是很多智能仪表所需的基本功能，这无疑需要建立在人机通信基础上。然而，在某些特定的应用场合（如在一些安全性要求较高的场合），为达到防爆要求需要系统密封，这时传统的人机交互方式无法满足这种需求，而有效的措施则是采用无线通信方式。 2.1 基于IrDA协议的红外通信[10] 2.1.1 IrDA协议简介 红外通信技术是一种点对点的数据传输协议，是对传统设备之间连接线缆的替代。它的通信距离一般在0～1m之间，传输速率最高可达16Mbps，通信介质为波长为900mm左右的近红外线。目前红外线通信技术已被全球众多软硬件厂商所支持和采用，其主流软件和硬件平台均为其提供支持。红外技术已被红外数据协会的简称，它所制订的一系列红外数据通信标准已形成了红外数据通信技术的基础。 2.1.2 MCP2120芯片及其于单片机的接口 MCP2120是Microchip公司的一款用来发送和接收红外串行信号的集成芯片，符合红外通信标准IrDA1.0协议，具有低成本和应用简便的特点，可以方便应用在具有串行信号通信的单片机应用系统中，MCP2120芯片与单片机的接口如图3所示。 图3 MCP2120与单片机的接口 IrDA1.0规定了串行发送和接收的数据格式，具体包括1位起始位、8位数据位和1位停止位，无数据校验位。单片机的TX端发送的串行数据经MCP2120编码（encode）后，转换为符合IrDA1.0协议的脉冲信号，由红外发送器发出：红外接收器接收倒符合IrDA1.0协议的脉冲信号后，经MCP2120解码（decode）后，送单片机的RX端。由于发送和接收的红外信号，都符合IrDA1.0协议，因此可以方便地实现不同产品之间的无线方式通信，由于MCP2120的应用方式简单，目前已得到广泛应用。 2.1.3 利用MCP2120实现单片机与笔记本电脑无线通信 目前，大多数新型便携式计算机（笔记本电脑）都有内置的红外线收发器，支持IrDA的标准和协议，因此，可以利用MCP2120实现单片机与笔记本电脑之间的无线连接。 实现单片机和笔记本电脑的红外通信，包括笔记本电脑部分的通信程序设计以及单片机部分的硬件接口和通信软件设计。由于Windows操作系统提供红外适配器的驱动程序，大大简化了上位机软件的设计，当安装了Windows提供了IrDA标准驱动程序后，系统会提供一个虚拟串口（Virtual COM port），通信的波特率和串口号由用户自己指定。这样，在编写上位机通信程序时，可直接用串口操作函数对用户指定的虚拟串口直接进行读/写操作，并可根据用户需要采用Visual Basic或VisualC++等编程工具编写。通信软件部分的设计与串口的一般操作方法相同，但波特率的设置必须与上位机波特率一致。这样，为基于单片机的智能仪表实现红外线无线通信提供了方便的接口支持。 2.2 篮牙技术通信 2.2.1 篮牙技术简介 篮牙（buluetooth）技术是一种新的近距离无线通信标准，推出篮牙技术的目的在于实现最高数据传输速率为1Mbps(有效传播速率为721Kbps)、最大传输距离为10m的无线通信，并形成世界统一的近距离无线通信标准。篮牙技术可提供低成本、低功耗的无线接入方式，被认为是近年来无线数据通信领域重大的进展之一。 篮牙技术工作在全球通用的2.4GHz ISM（I-工业；S-科学；M－医学）频段，从理论上讲，以2.4GHzISM频段运行的技术能够使相距30m以内的仪器设备相互间成功实现无线连接，数据传输速率可达到2Mbps。并且篮牙技术采用了“即插即用”概念。根据篮牙通信协议，各种篮牙设备无论在任何地方，都可以通过人工或自动查询来发现其它篮牙设备，从而构成网络，实现系统提供的各种功能。调频、TDD、TDMA等技术的使用使得篮牙的射频电路较为简单，通信协议的大部分内容可以专用集成电路和软件来实现，因此从技术上保证了篮牙设备的高性能和低成本。 2.2.2 篮牙芯片及其连接技术 目前的篮牙产品有很多，其硬件上大多采用一块射频芯片和一块基带控制芯片构成篮牙芯片组，篮牙芯片组配以外加天线、电源以及含篮牙软件栈的Flash ROM等就可以构成一个篮牙模块而应用于各种产品中。篮牙模块的连接方式主要有以下几种： ①采用USB方式 这种方式把篮牙模块当作USB的从设备与主机通信。 ②采用UART/PCM方式 这种方式用UART（通用异步收发器）作为数据通信口，而脉冲编码调制（pulse code modulation,PCM）作为语音通信口。用UART进行数据通信时，篮牙模块相当于一个数字电路终端设备，其串行传输速度可达460.8Kbps。 ③采用专用控制芯片方式 以上两种方式是直接由主机CPU通过主控制器接口（host control interface,HCI）与篮牙模块实现控制和信息交换，在控制和通信过程中主机需占用资源。这两种方式相当于直接将主机篮牙化。然而，在复杂控制场合，主机CPU除无线通信外还要实现多种其它功能，这时可采用专用控制芯片，负责篮牙功能模块及与主机的信息交换，如图4所示。主CPU不直接与篮牙模块联系，当主CPU需要使用篮牙模块时，向专用CPU发出服务请求（如传送或接收数据），由专用CPU负责实现篮牙无线通信功能，包括呼叫、译码/解码、纠错等，并将通信结果经处理后存入外部存储设备，以供主CPU使用，待通信完成后再向主CPU发出应答信号，以报告通信结果（如连接成功、连接失败、发送/存储完毕、数据长度、类型等）。主CPU根据应答采取相应动作。这样，主CPU只需要发出服务请求和接收应答信息就可实现篮牙功能服务，其资源可在篮牙无线通信期间被释放出来，其代价是增加适度性能的专用CPU。 图4 采用专用控制芯片的系统 |
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