基于無線網絡的設備非接觸控制系統設計

馮佩翔，李晶晶，王　軍

（西安航天長峰機電研究所，陜西 西安710065）

基于無線網絡的設備非接觸控制系統設計

馮佩翔，李晶晶，王軍

（西安航天長峰機電研究所，陜西 西安710065）

在某些應用領域中，設備具有高電壓、大電流、強輻射等特點，操作危險性較高，需避免人員操作時與設備直接接觸。主要提出了一種基于藍牙技術的短距離非接觸控制解決方案，并詳細介紹了此種方案的系統設計。

非接觸控制；電路設計；軟件設計

地面設備在電力設備、大功率伺服系統、雷達、遙測遙感等領域應用越來越廣泛，這些應用領域中，設備多具有高電壓、大電流、強輻射等特點，操作危險性較高，需避免人員操作時與設備直接接觸。隨著電子技術，無線通信技術的飛速發展，基于短距離的無線網絡的控制方案以其靈活的組網與控制方式及較低的成本，成為了理想的解決方案。本文針對基于藍牙技術的短距離非接觸控制進行研究，以期對需避免人員操作時與設備直接接觸的工況進行設備支持。

1　近距離無線網絡簡述

近距無線通信較為成熟的形式有基于藍牙技術、紅外技術、Zigbee技術等。基于藍牙技術的組網成本較低，支持多點通信，技術成熟，傳輸速率較高，但是傳輸上限受限。紅外技術是應用最為廣泛的近距離無線控制技術，成本極低，技術成熟，但由于紅外線介質傳輸的本身特點，決定該技術通信距離短，通信設備間不能有障礙物阻擋且紅外發射裝置與接收裝置需空間對準。紅外通信本身缺乏組網能力，多用于點對點控制系統。Zigbee技術是近年來發展較快的近距離無線通信網絡協議，距離可達到100 m，傳輸速率較低，可靠性較高，適用于數據量較小的控制網絡。其最大特點為組網形勢靈活，可進行多節點、多形式組網。

2　無線網絡控制系統設計

針對地面設備適用環境，本文提出一種基于藍牙技術的小范圍、短距離、多節點、低數據量無線網絡控制解決方案。

2.1系統組成

系統由手持控制端設備、藍牙設備端控制電路組成，系統組成框圖如圖1所示。

圖1　系統組成框圖

其中手持控制端設備充當遙控器，可使用手機、PC連接藍牙適配器等方式，配合對應軟件完成，也可設計專用手持設備。專用手持控制端設備與設備端控制電路設計原理類似，即加入用戶輸入輸出接口電路與對應驅動軟件即可。下文主要介紹設備端控制系統設計。

2.2設備端控制電路硬件電路設計

（1）電源電路。電源電路采用線性穩壓芯片7805 與LM1117-3.3將輸入12 V供電分別轉換為5 V與3.3 V電源，分別為控制電路與數字電路提供電源。線性穩壓干擾小，結構簡單，可靠穩定但效率相對較低，不適合低功耗應用［1］，因此該電路使用在被控制電路中較為適當，不適用于手持控制端設備。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牙收發器進行同步穿行通信，極大降低了系統開發的復雜度［2］。芯片留有BKGD調節接口，可對MCU進行在線仿真與調試。MC9S08DZ60采用低壓3.3 V供電，4 MHz主頻，同時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。系統提供一對繼電器常開觸點作為對外控制接口，采用光電隔離減少后級對前級的干擾。MCU通過GPIO控制光偶狀態，經三極管驅動后帶動繼電器動作［3］。控制輸出電路可根據實際系統需求，設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）藍牙收發電路。系統使用單片集成藍牙收發器NRF2401，該芯片集成度高，外部電路簡單，可直接通過天線接收藍牙信號并轉換為同步通信信號，與MCU進行通信。電路如圖5所示。

圖5　藍牙收發器與其它輔助電路圖

2.3手持端控制軟件設計

手持設備軟件通過檢查用戶輸入情況后，對其進行編碼，通過串行總線送藍牙收發器發送給藍牙設備端，并等待設備端回應，若回應正常，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藍牙設備端控制軟件設計

藍牙設備端程序在完成各芯片初始化設置后，開始檢測是否有接收中斷發生。當檢查到有效接受命令數據后，對數據進行譯碼，按譯碼命令執行對應系統響應。完成控制后，通過藍牙收發器，向手持端發送執行成功響應，并進入新的命令檢測模式。流程圖如圖7所示。

圖7　藍牙設備端控制軟件流程圖

3　結束語

使用藍牙近距離無線通信技術，可方便地構建非接觸式設備控制，工作穩定，控制響應快，成本低，結構簡單，應用前景廣闊。

［1］潭博學，苗江靜.集成電路原理及應用［M］.北京:電子工業出版社，2003.

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

［3］童詩白，華成英.模擬電子技術基礎［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，工學學士，從事電氣控制設計和研究；李晶晶（1985-），女，陜西西安人，工程師，工學學士，從事電氣配電設計和研究；王軍（1982-），男，陜西西安人，高級工程師，工學碩士，從事電氣總體設計和研究。