蓝牙无线技术在现场总线上的应用研究

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随着工业现场总线研究和应用的飞速发展,单一的有线传输方式已不能满足现场级设备传输数据的要求。蓝牙近距离无线传输技术,既适合在办公室的环境下使用,也可以在比较嘈杂的工厂环境下使用。把蓝牙技术和现场总线技术相结合,取长补短,大大提高了现场级设备数据传输的灵活性。特别是对那些移动的设备,采用传统的有线连接的方法,难以满足其在工作时的数据传输的要求,蓝牙无线传输技术很好的解决了这一个矛盾。未来,蓝牙还可以用到流水线上对产品的操作,通过蓝牙无线指令传输,生产机器将不必通过直接的接触,而可以在有效的距离范围内,对产品进行远程的测试或驱动软件的加载。 本文在分析、研究了蓝牙无线技术和现场总线技术的基础上,从应用出发,提出了基于CAN网络的蓝牙无线接入点的设想,并实际完成了该应用模型的搭建和软硬件的设计与制作。同时,为了适应工控系统数据传输可靠性和安全性的要求,对蓝牙跳频系统进行了研究,提出了LSH跳频算法的改进方案,仿真结果证明,该方案可较大程度上提高蓝牙跳频传输的可靠性。 全文主要的工作如下: 首先,对蓝牙无线技术和现场总线技术进行阐述,分析了蓝牙技术的通信协议栈和应用模型,在此基础上,提出了适合本文的蓝牙无线接入点系统的实现模型和协议栈的组建,同时,对该协议栈中层与层之间的通信机制做了详细的阐述。 然后,具体实现了蓝牙无线接入子系统的软件和硬件的设计制作,包括CAN网络上本地站的设计实现和远端蓝牙站的设计和实现。本系统设计中,选用的蓝牙芯片为Ericsson公司的ROK001 007/1芯片,该芯片包含完整的蓝牙射频和链路控制层的功能,非常适合作为基于蓝牙蓝牙无线技术在现场总线的应用研究的嵌入式设备的底层硬件。 接着,在对现场总线技术进行分析和研究的基础上,选择了CAN总线作为蓝牙无线接入点的平台,提出了基于蓝牙无线接入点的CAN网络设计模型,并详细给出了该网络的软件和硬件的设计。通过对该系统的监控和性能分析,总结并提出了该系统的一些不足之处。 最后,考虑到无线传输技术应用到工控现场,会对传输的可靠性和实时性提出更高的要求。为了在长时间干扰源的条件下,实现蓝牙无线的可靠传输,本文对蓝牙的跳频内核各逻辑控制器进行深入的研究,对LSH跳频算法提出改进方案,仿真结果证实了LSH跳频改进方案是有效的。 本文基于CAN网络的蓝牙无线接入点的研究工作及其模型的实现,将对短距离无线传输在现场总线上的应用提供一个新的契机,具有一定的指导意义。
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