多點(diǎn)對單點(diǎn) 變電站自動(dòng)化控制藍牙解決方案

　　引言

　　藍牙技術(shù)是用微波無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)取代數據電纜來(lái)完成點(diǎn)對點(diǎn)或點(diǎn)對多點(diǎn)短距離通信的一種新型無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。利用藍牙，可以將需要數據和語(yǔ)音通信的各個(gè)設備之間連成一個(gè)PICONET網(wǎng)(即微微網(wǎng))，或將幾個(gè)PICONET網(wǎng)進(jìn)一步互連，組成一個(gè)更大的SCATTERNET網(wǎng)(即分布式網(wǎng)絡(luò ))。

　　在工業(yè)現場(chǎng)中，短程的無(wú)線(xiàn)連接有著(zhù)廣泛的應用需求，但一直沒(méi)有一個(gè)很好的解決方案。紅外無(wú)線(xiàn)連接，由于距離太短，且必須在同一直線(xiàn)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(shù)應用于工業(yè)控制現場(chǎng)，用微波取代紅外，既克服了紅外缺點(diǎn)，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(dòng)化控制方面的現狀，探討引入藍牙的可行性。

　　在變電站現場(chǎng)中，最下層是進(jìn)行測量、轉換和控制的儀表。它們采集各個(gè)變壓器的數據，返回上位機進(jìn)行處理，或接收上位機發(fā)送來(lái)的控制命令和控制參數。目前這些數據通信是由串口(RS232或RS245接口)通信實(shí)現的。但其麻煩的走線(xiàn)以及抵抗惡劣環(huán)境、電磁和無(wú)線(xiàn)電干擾所需要的物理保護和電磁屏蔽帶來(lái)的諸多不便，使得工業(yè)環(huán)境中要求長(cháng)時(shí)間、連續、可靠、完整地傳送數據不能得到保證。對于這種多點(diǎn)對單點(diǎn)的數據通信網(wǎng)，完全可以用藍牙PICONET網(wǎng)來(lái)替換。其優(yōu)點(diǎn)表現在：

　?、偃〈舜罅慷坛踢B接所用的電纜，尤其是電纜無(wú)法到達的地方，藍牙具有更大的優(yōu)勢；

　?、谝郧暗膽贸绦蚩梢圆蛔鋈魏位蚝苄〉男薷?，升級成本??；

　?、劢档?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/變電站">變電站建造成本，這也是藍牙技術(shù)的一個(gè)顯著(zhù)特點(diǎn)；

　?、苡捎谒{牙設備本身的功耗十分小(最大不過(guò)100mW)，因此藍牙設備的射頻不會(huì )對其它設備造成影響。

　　1 BC01芯片和開(kāi)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(wú)線(xiàn)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(guò)外圍的存有藍牙協(xié)議的Flash ROM，可提供完全兼容的數據和語(yǔ)音通信。經(jīng)過(guò)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(shí)現最短的產(chǎn)品面市時(shí)間。

　　其主要特點(diǎn)如下：

　?、俜螧luetoothV1.1規范；

　?、趲в蠻SB和UART主接口；

　?、劭删幊痰腜CM接口，支持13-Bit 8kss -1雙向串行的同步語(yǔ)音傳輸；

　?、軆群臄底洲D換器，可進(jìn)行線(xiàn)性PCM(脈沖編碼調制)、A律PCM、μ律PCM和CBSD(連續變化斜率增量調制)間的相互轉換，編解符合高至HCI層的藍牙控制協(xié)議；

　?、莶捎?.15V單電源供電，支持PART、SNIFF、HOLD多種節電模式；

　?、拗С炙械陌?lèi)型以及多達7個(gè)從設備的微微網(wǎng)(Piconet)；

　?、咝酒瑑群溌房刂?、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；

　?、嗵峁￢M(Virtual Machine)機制。內嵌16位的RISC微處理器，運行協(xié)議棧的同時(shí)還可以運行下載到Flash ROM中的用戶(hù)程序，實(shí)現真正意義上的單芯片。其結構框圖如圖1所示。

　　Bluelab是專(zhuān)門(mén)針對BlueCore的仿真開(kāi)發(fā)系統，它在PC上模擬BlueCore01的環(huán)境，從而方便開(kāi)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(hù)可以通過(guò)UART/USB接口來(lái)調用BlueStack，也可以通過(guò)虛擬機(VM)來(lái)訪(fǎng)問(wèn)BlueStack。

　　2 系統方案設計

　　整個(gè)系統分為前端數據采集和PC端數據管理兩大部分。

　　前端數據采集框圖如圖2所示。

　　由于BC01內部資源及引腳有限，因此前端的數據采集和控制由單片機80C196來(lái)完成，其串口與BC01的串口連接，BC01作為一個(gè)數據傳送通道。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是：不需要改動(dòng)原來(lái)的程序，便于對基于RS232、RS245結構的老系統進(jìn)行改造。變壓器上的高電壓大電流首先要轉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(jìn)行相應的計算處理后，送入BC01。BC01將數據打包后，通過(guò)與MASTER建立的空中連接發(fā)送PC。同時(shí)，BC01也會(huì )接收PC發(fā)來(lái)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(dòng)作。

　　整體的系統結構如圖3所示。

　　連接PC的BC01作為主機，它會(huì )自動(dòng)搜索其查詢(xún)范圍內的藍牙設備，將所查詢(xún)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，主機可以區分識別每一個(gè)從機并對其進(jìn)行控制。

　　3 軟件結構

　　軟件設計是基于L2CAP層進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，從機功能是接受主機的查詢(xún)、連接請求，或者詢(xún)到已存在的PICONET后，將自己加入PICONET。從機的功能簡(jiǎn)單，全部程序代碼可以放在BC01的Flash ROM中運行。主機由于要負責管理整個(gè)PICONET，并對各個(gè)從機進(jìn)行控制和管理，這使BC01提供的資源已不能滿(mǎn)足。因此將L2CAP協(xié)議層以上的軟件放在PC上運行，并通過(guò)HCI接口與PC通信。軟件結構如圖4所示。

　　結語(yǔ)

　　在變電站現場(chǎng)，中心控制室與各個(gè)變壓器的距離100m以?xún)?。目前大功率的藍牙芯片已經(jīng)可以達到100m的覆蓋范圍，完全滿(mǎn)足實(shí)際應用。此套方案的實(shí)驗室聯(lián)機調試已經(jīng)完成，達到初步設計要求。下一步是將此套方案應用到實(shí)際的變電站現場(chǎng)，進(jìn)行現場(chǎng)調試，對系統進(jìn)一步完善。