馮佩翔，李晶晶，王　軍

（西安航天長(zhǎng)峰機(jī)電研究所，陜西 西安710065）

基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備非接觸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馮佩翔，李晶晶，王軍

（西安航天長(zhǎng)峰機(jī)電研究所，陜西 西安710065）

在某些應(yīng)用領(lǐng)域中，設(shè)備具有高電壓、大電流、強(qiáng)輻射等特點(diǎn)，操作危險(xiǎn)性較高，需避免人員操作時(shí)與設(shè)備直接接觸。主要提出了一種基于藍(lán)牙技術(shù)的短距離非接觸控制解決方案，并詳細(xì)介紹了此種方案的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

非接觸控制；電路設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)

地面設(shè)備在電力設(shè)備、大功率伺服系統(tǒng)、雷達(dá)、遙測(cè)遙感等領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛，這些應(yīng)用領(lǐng)域中，設(shè)備多具有高電壓、大電流、強(qiáng)輻射等特點(diǎn)，操作危險(xiǎn)性較高，需避免人員操作時(shí)與設(shè)備直接接觸。隨著電子技術(shù)，無(wú)線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，基于短距離的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的控制方案以其靈活的組網(wǎng)與控制方式及較低的成本，成為了理想的解決方案。本文針對(duì)基于藍(lán)牙技術(shù)的短距離非接觸控制進(jìn)行研究，以期對(duì)需避免人員操作時(shí)與設(shè)備直接接觸的工況進(jìn)行設(shè)備支持。

1　近距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)述

近距無(wú)線通信較為成熟的形式有基于藍(lán)牙技術(shù)、紅外技術(shù)、Zigbee技術(shù)等?；谒{(lán)牙技術(shù)的組網(wǎng)成本較低，支持多點(diǎn)通信，技術(shù)成熟，傳輸速率較高，但是傳輸上限受限。紅外技術(shù)是應(yīng)用最為廣泛的近距離無(wú)線控制技術(shù)，成本極低，技術(shù)成熟，但由于紅外線介質(zhì)傳輸?shù)谋旧硖攸c(diǎn)，決定該技術(shù)通信距離短，通信設(shè)備間不能有障礙物阻擋且紅外發(fā)射裝置與接收裝置需空間對(duì)準(zhǔn)。紅外通信本身缺乏組網(wǎng)能力，多用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制系統(tǒng)。Zigbee技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展較快的近距離無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，距離可達(dá)到100 m，傳輸速率較低，可靠性較高，適用于數(shù)據(jù)量較小的控制網(wǎng)絡(luò)。其最大特點(diǎn)為組網(wǎng)形勢(shì)靈活，可進(jìn)行多節(jié)點(diǎn)、多形式組網(wǎng)。

2　無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)地面設(shè)備適用環(huán)境，本文提出一種基于藍(lán)牙技術(shù)的小范圍、短距離、多節(jié)點(diǎn)、低數(shù)據(jù)量無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制解決方案。

2.1系統(tǒng)組成

系統(tǒng)由手持控制端設(shè)備、藍(lán)牙設(shè)備端控制電路組成，系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)組成框圖

其中手持控制端設(shè)備充當(dāng)遙控器，可使用手機(jī)、PC連接藍(lán)牙適配器等方式，配合對(duì)應(yīng)軟件完成，也可設(shè)計(jì)專用手持設(shè)備。專用手持控制端設(shè)備與設(shè)備端控制電路設(shè)計(jì)原理類似，即加入用戶輸入輸出接口電路與對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)軟件即可。下文主要介紹設(shè)備端控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2.2設(shè)備端控制電路硬件電路設(shè)計(jì)

（1）電源電路。電源電路采用線性穩(wěn)壓芯片7805 與LM1117-3.3將輸入12 V供電分別轉(zhuǎn)換為5 V與3.3 V電源，分別為控制電路與數(shù)字電路提供電源。線性穩(wěn)壓干擾小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠穩(wěn)定但效率相對(duì)較低，不適合低功耗應(yīng)用［1］，因此該電路使用在被控制電路中較為適當(dāng)，不適用于手持控制端設(shè)備。電路圖如圖2所示。

圖2　電源電路圖

（2）MCU及其輔助電路。MCU采用飛思卡爾MC9S08DZ60微控制器，成本較低，片上資源豐富，具有通用SPI接口，可使用三線接法與藍(lán)牙收發(fā)器進(jìn)行同步穿行通信，極大降低了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的復(fù)雜度［2］。芯片留有BKGD調(diào)節(jié)接口，可對(duì)MCU進(jìn)行在線仿真與調(diào)試。MC9S08DZ60采用低壓3.3 V供電，4 MHz主頻，同時(shí)支持多種工作模式以降低功率消耗。電路圖如圖3所示。

圖3　MCU及輔助電路圖

（3）控制輸出電路。系統(tǒng)提供一對(duì)繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)作為對(duì)外控制接口，采用光電隔離減少后級(jí)對(duì)前級(jí)的干擾。MCU通過(guò)GPIO控制光偶狀態(tài)，經(jīng)三極管驅(qū)動(dòng)后帶動(dòng)繼電器動(dòng)作［3］?？刂戚敵鲭娐房筛鶕?jù)實(shí)際系統(tǒng)需求，設(shè)置多組以滿足控制通道要求。電路圖如圖4所示。

圖4　控制輸出電路圖

（4）藍(lán)牙收發(fā)電路。系統(tǒng)使用單片集成藍(lán)牙收發(fā)器NRF2401，該芯片集成度高，外部電路簡(jiǎn)單，可直接通過(guò)天線接收藍(lán)牙信號(hào)并轉(zhuǎn)換為同步通信信號(hào)，與MCU進(jìn)行通信。電路如圖5所示。

圖5　藍(lán)牙收發(fā)器與其它輔助電路圖

2.3手持端控制軟件設(shè)計(jì)

手持設(shè)備軟件通過(guò)檢查用戶輸入情況后，對(duì)其進(jìn)行編碼，通過(guò)串行總線送藍(lán)牙收發(fā)器發(fā)送給藍(lán)牙設(shè)備端，并等待設(shè)備端回應(yīng)，若回應(yīng)正常，則提示控制成功。流程圖如圖6所示。

圖6　手持端程序流程框圖

2.4藍(lán)牙設(shè)備端控制軟件設(shè)計(jì)

藍(lán)牙設(shè)備端程序在完成各芯片初始化設(shè)置后，開(kāi)始檢測(cè)是否有接收中斷發(fā)生。當(dāng)檢查到有效接受命令數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼，按譯碼命令執(zhí)行對(duì)應(yīng)系統(tǒng)響應(yīng)。完成控制后，通過(guò)藍(lán)牙收發(fā)器，向手持端發(fā)送執(zhí)行成功響應(yīng)，并進(jìn)入新的命令檢測(cè)模式。流程圖如圖7所示。

圖7　藍(lán)牙設(shè)備端控制軟件流程圖

3　結(jié)束語(yǔ)

使用藍(lán)牙近距離無(wú)線通信技術(shù)，可方便地構(gòu)建非接觸式設(shè)備控制，工作穩(wěn)定，控制響應(yīng)快，成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用前景廣闊。

［1］潭博學(xué)，苗江靜.集成電路原理及應(yīng)用［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2003.

［2］康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）［M］.北京:高等教育出版社，2004.

［3］童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.第三版.北京：高等教育出版社，2001.

Design of Non Contact Control System for Equipment based on Wireless Network

FENG Pei-xiang，LI Jing-jing，WANG Jun
（Xi’an Aerospace Changfeng Electromechanic Research Institute，Xi’an Shaanxi 710065，China）

In some applications，the device has the characteristics of high voltage，high current，strong radiation and so on.The operation of the equipment is high，so it is necessary to avoid the direct contact with the equipment during the operation.This paper proposes a short distance non contact control solution based on Bluetooth technology，and introduces the system design of the scheme in detail.

on contact control；circuit design；software design

TP273

A

1672-545X（2016）07-0067-03

2016-04-13

馮佩翔（1982-），男，陜西西安人，工程師，工學(xué)學(xué)士，從事電氣控制設(shè)計(jì)和研究；李晶晶（1985-），女，陜西西安人，工程師，工學(xué)學(xué)士，從事電氣配電設(shè)計(jì)和研究；王軍（1982-），男，陜西西安人，高級(jí)工程師，工學(xué)碩士，從事電氣總體設(shè)計(jì)和研究。