單片機在工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中的具體應用

如同今天的許多通用單片機(MCU)已經(jīng)把USB、CAN和以太網(wǎng)作為標準外設集成在芯片內部一樣，越來(lái)越多的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )芯片和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )解決方案也在 向集成SoC 方向發(fā)展，比如第一代產(chǎn)品，Nordic公司nRF905，Chipcon公司cc1010 他們集成了8051兼容的單片機.這些無(wú)線(xiàn)單片機適合一般的點(diǎn)對點(diǎn)和點(diǎn)對多點(diǎn)的私有網(wǎng)絡(luò )應用，如單一產(chǎn)品的遙控器和抄表裝置等。無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)給智能裝置的 互連互通提供了便捷的途徑，工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )作為面向工業(yè)和家庭自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)也正在向著(zhù)智能，標準和節能方向發(fā)展。

　　典型的工業(yè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )

　　目前在工業(yè)控制和消費電子領(lǐng)域使用的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)有ZigBee、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(Wi-Fi)、藍牙(Blutooth)、GPRS通用分組無(wú)線(xiàn) 業(yè)務(wù)、 ISM、IrDA等， 未來(lái)還能有3G、超寬頻(UWB)、無(wú)線(xiàn)USB、Wimax等。 當然還有大量的私有和專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )在工業(yè)控制和消費電子裝置中使用，其中ZigBee、GPRS是在目前在國內工業(yè)控制中討論和使用比較多的兩種，藍牙和 無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)是在消費電子產(chǎn)品如手機、耳機、打印機、照相機和家庭中小企業(yè)網(wǎng)絡(luò )中廣泛使用的無(wú)線(xiàn)協(xié)議(個(gè)別工業(yè)產(chǎn)品也有應用，如無(wú)線(xiàn)視頻監控和汽車(chē)音響系 統)，當然私有無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和產(chǎn)品在工業(yè)也有很多的應用。

　　ZigBee是一個(gè)低功耗、短距離和低速的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，工作在2.4GHz國際免執照的頻率，在IEEE標準上它和無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)、藍牙同屬 802家族中的無(wú)線(xiàn)個(gè)人區域網(wǎng)絡(luò )， ZigBee是有兩部分組成，物理和鏈路層符合IEEE802.15.4， 網(wǎng)絡(luò )和應用層符合ZigBee聯(lián)盟的規范。ZigBee聯(lián)盟(www.zigbee.org)是在2002年成立的非盈利組織，有包括TI、霍尼威爾、華 為在內兩百多家成員， ZigBee聯(lián)盟致力推廣兼容802.15.4和ZigBee協(xié)議的平臺， 制定網(wǎng)絡(luò )層和應用架構的公共規范，希望在樓宇自動(dòng)化、居家控制、家用電器、工業(yè)自動(dòng)控制和電腦外設等多方面普及ZigBee標準。

　　GPRS是在現有的GSM 網(wǎng)絡(luò )發(fā)展出來(lái)的分組數據承載業(yè)務(wù)，它工作在標準的GSM頻率，由于是一個(gè)分組交換系統，它適合工業(yè)上的突發(fā)，少量的數據傳輸，還因為GSM網(wǎng)絡(luò )覆蓋廣泛， 永遠在線(xiàn)的特點(diǎn)，GPRS特點(diǎn)適合工業(yè)控制中的遠程監控和測量系統。在工業(yè)控制應用中GPRS 芯片一般是以無(wú)線(xiàn)數傳模塊形式出現的，它通過(guò)RS232全雙工接口和單片機連接，軟件上這些模塊都內置了GPRS，PPP和TCP/IP協(xié)議，單片機側通 過(guò)AT指令集向模塊發(fā)出測試，連接和數據收發(fā)指令，GPRS模塊通過(guò)中國移動(dòng)cmnet進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)和其他終端或者服務(wù)器通訊。目前市場(chǎng)常見(jiàn)的模塊有西門(mén)子 G24TC45、TC35i，飛思卡爾G24，索愛(ài)GR47/48， 還有Wavecom 的集成了ARM9核的GPRS SoC模塊WMP50/100。GPRS模塊有區分自帶TCP/IP協(xié)議和不帶協(xié)議兩種，一般來(lái)講，如果是單片機側有嵌入式操作系統和TCP/IP協(xié)議支 持的話(huà)或者應用的要求只是收發(fā)短信和語(yǔ)音功能的話(huà)，可以選擇不帶協(xié)議的模塊。

　　無(wú)線(xiàn)單片機

　　先進(jìn)的SoC技術(shù)正在無(wú)線(xiàn)應用領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。德州儀器收購了Chipcon公司以后發(fā)布的CC2430 是市場(chǎng)上首款SoC的ZigBee單片機， 見(jiàn)圖1，它把協(xié)議棧z-stack集成在芯片內部的閃存里面， 具有穩定可靠的CC2420收發(fā)器，增強性的8051內核，8KRAM，外設有I/O 口，ADC，SPI，UART 和AES128 安全協(xié)處理器，三個(gè)版本分別是32/64/128K的閃存，以128K為例，扣除基本z-stack協(xié)議還有3/4的空間留給應用代碼，即使完整的 ZigBee協(xié)議，還有近1/2的空間留給應用代碼，這樣的無(wú)線(xiàn)單片機除了處理通訊協(xié)議外，還可以完成一些監控和顯示任務(wù)。這樣無(wú)線(xiàn)單片機都支持通過(guò) SPI或者UART與通用單片機或者嵌入式CPU結合。 2008年4月發(fā)表CC2480新一代單片ZibBee認證處理器就展示出和TI MSP430 通用的低功耗單片機結合的例子。

　　　　圖1 CC2430應用電路

　　工業(yè)控制領(lǐng)域的另一個(gè)芯片巨頭――飛思卡爾的單片ZigBee處理器MC1321X的方案也非常類(lèi)似，集成了HC08單片機核心， 16/32/64K 閃存，外設有GPIO， I2C和ADC， 軟件是Beestack 協(xié)議，只是最多4K RAM 對于更多的任務(wù)顯得小了些。但是憑借32位單片機Coldfire和系統軟件方面經(jīng)驗和優(yōu)勢， 飛思卡爾在滿(mǎn)足用戶(hù)應用的彈性需求方面作的更有特色，它率先能夠提供從低-中-高各個(gè)層面的解決方案，見(jiàn)圖2。

　　圖2 飛思卡爾ZigBee解決方案