0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

基于Lonworks技术和无线通信技术实现数据采集与监控系统的设计

电子设计 来源:电子设计应用 作者:朱红育,魏爱玉, 2020-05-28 08:02 次阅读

引言

目前,现场总线技术在数据采集与监控系统(SCADA)、工业控制、楼宇自动化、智能交通等领域得到了广泛的应用。作为目前流行的现场总线技术之一Lonworks,以其突出的特点在国内的应用也越来越广泛。本文通过Lonworks技术和无线通信的有机结合,设计并实现了一种功能较强、可扩展性好、安装方便的数据采集与监控系统。

系统总体结构设计

根据数据采集与监控系统的要求、Lonworks现场总线技术的特点以及数据采集与监控节点的现场环境,系统选用三级通信结构(如图1示)。根据需要本设计采用Lonworks网络作为整个系统的主要通信方式之一,来组建整个SCADA系统。第一级通信出现在上位管理计算机与Lonworks网络之间。实现二者之间的通信方式有多种,但是考虑到现成设备的高昂价格,本设计利用自行设计开发的LON—PC机ISA接口卡来实现上位管理计算机与Lonworks网络之间的数据交换;第二级通信实现Lonworks网络上智能节点之间的信息交互;第三级通信网络是实现现场信息无线采集的关键。现场采集信息传递到Lonworks网络有两种不同的方式,一种是直接利用Lonworks智能节点进行现场信息的采集,还有一种是通过无线通信将现场采集信息传送至Lonworks网络,这是本文讨论的重点。

系统的总体结构主要由以下几部分组成:主控机,LON—PC机ISA接口卡,Lonworks无线通信模块,单片机数据采集模块,Lonworks数据采集控制模块。总体结构框图如图1所示。

基于Lonworks技术和无线通信技术实现数据采集与监控系统的设计

为了实现人机界面,并通过LON—PC机ISA接口卡向Lonworks总线上的其他模块(Lonworks无线通信模块或Lonworks数据采集控制模块)发送控制命令或接收来自这些模块转发的采集数据,系统设计采用VC++开发了一套简单实用的管理软件。该软件可以方便的对LON—PC机ISA接口卡进行读写操作,并将所得数据在界面进行显示的同时进行存储。

LON—PC机ISA接口卡的设计,采用IDT7024双口RAM来实现Lonworks神经元芯片与计算机ISA端口之间的数据交换。

现场采集信息的无线传输是通过为Lonworks智能节点和单片机数据采集模块分别添加设计nRF401无线通信电路来实现的。后面将对这两部分电路的设计进行详细介绍。

Lonworks无线通信模块主要接收总线上来自主控机的控制命令,通过射频通信控制数据采集模块进行数据采集或发送控制信号,并将来自采集模块的数据转发至Lonworks总线上。

现场信息的采集主要由Lonworks数据采集控制模块和单片机数据采集模块完成。Lonworks数据采集控制模块直接接收总线上来自主控机的控制命令,并按命令进行数据采集、转发(转发至Lonworks总线)或对现场执行机构发送控制命令。而单片机数据采集模块则通过射频通信接收控制命令,并依据命令内容完成数据采集、转发(通过射频无线通信)或对现场执行机构发送控制命令等功能。

系统无线通信的设计与实现

无线通信的实现是整个系统设计的关键。本系统分别为Lonworks智能节点和现场单片机数据采集模块设计添加了无线通信接口以完成此部分功能,具体设计如图2所示。

Lonworks无线通信模块设计

Lonworks无线通信模块电路中FT3150芯片定义IO8、IO10为异步串行对象,用来接收和发送来自nRF401的数据。IO1~IO3作为通信的控制端。

数据采集模块的硬件框图如图3所示。AT89C52单片机也通过异步串口与nRF401通信,并用P1.1、P1.2、P1.3口作为通信的控制端。

在nRF401芯片使用时,设定好工作频率,进入正常工作状态后,通信控制器根据需要进行收发转换控制,发送/接收数据或进行状态转换。

无线通信电路设计时应注意以下问题:通信的可靠性、抗干扰性是无线通信电路设计所要解决的主要问题。因而需对整个电路的PCB设计进行全局考虑。整个PCB板采用4层电路板设计,增加电源层和地层,并在上、下表面进行敷铜处理,以提高整个电路的抗干扰性。模拟部分与数字部分电路尽量分开;采用特性较好的钽电容组成LC滤波电路,对nRF401的VCC进行专门的滤波处理;nRF401和主控制芯片共用晶振,因而要十分注意晶振电路的走线,尽可能的短并远离数据线、控制线;无线射频电路的所有元件以nRF401为中心并紧靠其摆放,其中VCO电感的布局对通信效果有着明显的影响,匹配网络的元器件最好靠近nRF401的ANT1和ANT2,以减小杂散电感和杂散电容;最后,系统还采用了高增益天线来提高通信的距离。

系统软件设计

整个系统的软件部分主要分为四大部分:主控机上位机软件、LON—PC机ISA接口卡程序、Lonworks无线通信模块程序以及数据采集模块程序。

上位机软件采用VC++语言编写,主要完成通过人机界面的设计,从ISA口接收采集数据或发送控制命令。LON—PC机ISA接口卡程序采用Neuron C并口编程,从而实现FT3150与ISA总线上的数据交换。下面主要对系统无线通信部分程序进行详细的介绍。

无线通信程序设计

在设计程序时,要注意各状态转换的时延。nRF401的通讯速率最高为20kbit/s,发送数据之前需将电路置于发射模式;接收模式转换为发射模式的转换时间至少为1ms;可以发送任意长度的数据;发射模式转换为接收模式的转换时间至少为3ms。在待机模式时,电路不接收和发射数据。待机模式转换为发射模式的转换时间至少为4ms;待机模式转换为接收模式的转换时间至少为5.0ms。

Lonworks 无线通信模块程序采用Neuron C语言编写,程序运行采用事件触发方式。通过网络变量把节点间数据的共享变为简单的网络变量连接。本系统采集模块采用中断方式实现串口通信,以提高效率。单片机串口中断服务程序流程和Lonworks 无线通信模块的通信流程图分别如图4、5所示。

软件编程应注意的问题

首先,为了保证nRF401的正常工作,软件上应当注意在控制nRF401进行状态转换时进行适当的延时处理,因此单片机程序中需分别设计相应的延时函数。而在FT3150中通过调用DELAY()函数便可进行适当的延时。

其次,为了保证通信的可靠性,通信协议应在软件实现上对传输的数据进行相应的编码处理,即为传输数据增添特殊的数据头,具体的编解码过程由于篇幅有限不做详细描述。

结语

本文利用无线收发芯片nRF401实现了Lonworks 无线测控网络,系统通信可靠性高、实时性好,适于多种应用领域,有较大推广价值。

责任编辑:gt


声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 无线通信
    +关注

    关注

    58

    文章

    4564

    浏览量

    143496
  • 数据采集
    +关注

    关注

    38

    文章

    6053

    浏览量

    113624
  • 监控系统
    +关注

    关注

    21

    文章

    3904

    浏览量

    174438
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    基于无线通信技术和定位技术实现车辆监控系统的设计

    车辆监控系统是融合了全球卫星定位技术、地理信息技术无线通信技术于一体的综合
    的头像 发表于 07-28 08:29 4516次阅读
    基于<b class='flag-5'>无线通信</b><b class='flag-5'>技术</b>和定位<b class='flag-5'>技术</b><b class='flag-5'>实现</b>车辆<b class='flag-5'>监控</b><b class='flag-5'>系统</b>的设计

    测量与控制用无线通信技术介绍及目录

    得的研究成果,系统地介绍了IEEE 802.11b、802.15.1(蓝牙)、ZigBee三种无线通信技术的原理、设计方法与产品开发技术。下面我们就来看看有关《测量与控制用
    发表于 11-18 17:56

    基于ZigBee技术的PLC无线监控系统设计

    设计了一种基于ZigBee技术无线通信系统,主要包含PLC主机扩展的ZigBee适配器和远程ZigBee通信I/O模块,这2部分的组合使PLC主机能通过
    发表于 05-28 13:42

    智能电网中的无线通信技术解析

    的建设,已经初具规模,通过卫星、微波、载波、光缆等多种通信手段构建而成为立体交叉通信网。随着无线通信技术的发展,无线通信
    发表于 02-23 14:21

    怎么基于传感器与无线通信技术实现无线温度采集功能?

    针对有线温度采集技术的局限性,设计了一种低功耗多点无线温度采集系统。对温度采集
    发表于 09-26 07:51

    基于LabWindowsCVI的数据采集监控系统的设计与实现

    基于LabWindowsCVI的数据采集监控系统的设计与实现
    发表于 05-06 08:40

    浅谈无线通信技术的应用

    在万物互联的物联网时代,无线通信技术自然成为实现物联网应用关注的焦点。在各种无线通信技术中,功耗低、通信
    发表于 07-22 08:42

    LonWorks 总线电力数据采集模块的设计

    介绍LonWorks 总线电力数据采集模块的功能与实现、电力参数的计算方法、软件设计以及微处理器与LonWorks 总线主控制模块的通信方法
    发表于 05-14 14:10 15次下载

    利用LonWorks技术实现通信基站的动力环境监控

    利用LonWorks技术实现通信基站的动力环境监控 一、 概述 电信部门的通信基站往往担负着
    发表于 05-27 10:33 714次阅读

    无线通信的电力线路数据采集系统的研究

    本文介绍一种电力线路数据采集系统的设计方案,该方案中采用无线通信技术系统采用模块化设计,电量采集
    发表于 03-17 15:56 22次下载

    LONWORKS无线通信SCADA系统的设计

    本文给出了一种LONWORKS无线通信SCADA系统的设计方案。系统以AT89C52单片机和美国ECHELON公司的双绞线智能收发器FT3150为
    发表于 03-20 11:04 11次下载

    采用Zigbee无线通信技术的智能车监控系统设计

    设计了一种基于无线通信技术的智能车运行状态实时监控系统。该系统以车模为实验主体,车载控制器完成智能车的
    的头像 发表于 11-09 08:15 3455次阅读
    采用Zigbee<b class='flag-5'>无线通信</b><b class='flag-5'>技术</b>的智能车<b class='flag-5'>监控</b><b class='flag-5'>系统</b>设计

    利用GPRS无线通信技术与通讯模块实现远程数据采集系统的设计

    目前,远程数据采集系统通常有两种形式:通过有线网络发送信息的远程数据采集系统和通过GPRS 无线方式直接发送信息的远程
    发表于 02-26 09:44 4176次阅读
    利用GPRS<b class='flag-5'>无线通信</b><b class='flag-5'>技术</b>与通讯模块<b class='flag-5'>实现</b>远程<b class='flag-5'>数据采集</b><b class='flag-5'>系统</b>的设计

    PLC远程监控数据采集系统的原理及组成

    介绍PLC远程监控数据采集系统的原理及组成。 一、 PLC远程监控数据采集系统的原理 PLC
    的头像 发表于 01-22 16:46 1707次阅读
    PLC远程<b class='flag-5'>监控</b>与<b class='flag-5'>数据采集</b><b class='flag-5'>系统</b>的原理及组成

    PLC数据采集无线通信网关是什么

    PLC数据采集无线通信网关是一种先进的工业自动化设备,它在现代工业控制系统中扮演着至关重要的角色。这种网关集成了数据采集无线通信、远程
    的头像 发表于 10-28 14:39 172次阅读
    PLC<b class='flag-5'>数据采集</b><b class='flag-5'>无线通信</b>网关是什么