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无线数传

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  目录
  1 简介
  ? 投资少
  ? 开通快
  ? 维护简单
  ? 适应性强
  ? 扩展性好
  2 分类介绍
  ? 数传电台
  ? WiFi
  3 应用
  ? 无线数传的应用方案
  ? 多台PLC之间的无线通信方案
  ? 无线数据终端与无线测控终端的连接应用
  ? 触摸屏与PLC的无线通信方案
  ? 组态软件与PLC的无线通信方案
  4 一种无线数传的设计方案
  ? 激励器单元
  ? 功放单元
  ? 接收机单元
  ? 电源设计
  ? 控制和基带单元
  简介
  无线数传即无线数据传输,无线数传可分为公网数据传输和专网数据传输。
  公网无线数传:GPRS,2G,3G,4G等;
  专网无线数传:数传电台,WiFi,ZigBee等。
  相比较而言,用无线数传设备组建专网无线数传系统有如下优点:
  投资少
  选用有线通信方式,自己购买并架设电缆,挖掘电缆沟,需要大量的人力和物力;租用GPRS等专网,每月支付运行费。而用无线数传设备建立专用无线数据传输的方式,只需在每个终端(RTU、PLC等)连接无线数传设备和架设适当高度的天线就可以了。这一点区别在远距离或现场条件复杂时更明显。
  开通快
  当要把相距数公里或数十公里距离的远程站点与主站相互连接通信的时候,采用有线的方式,必须架设长距离的电缆或者挖掘漫长的电缆沟,这个工程周期可能就需要数个月的时间,而用无线数传设备建立专用无线数据传输,只需要架设适当高度的天线,工程周期只需要几天就完成。
  维护简单
  有线通信线路的维护需沿线路检查,出现故障时,一般很难及时找出故障点,而采用无线数传设备建立专用无线数据传输的方式只需维护数传电台(或者WiFi、ZigBee等)等,出现故障时能快速找到原因,即时恢复正常运行。
  适应性强
  有线通信的局限性太大,在遇到一些特殊的应用环境,比如遇到山地、湖泊、林区、道路、建筑等特殊的地理环境或是移动物体等布线比较困难的应用环境的时候,将对有线网络的布线工程有着极强的制约力,而用无线数传设备建立专用无线数据传输的方式将不受这些限制。
  扩展性好
  在用户组建好一个通信网络之后,常常因为系统的需要增加新的设备。如果采用有线的方式,需要重新布线,施工比较麻烦,而且还有可能破坏原来的通信线路,但是如果采用无线数传设备建立专用无线数据传输的方式,只需将新增设备与数传电台(或者WiFi、ZigBee等)相连接就可以实现系统的扩充。
  分类介绍
  无线数传可分为公网和专网无线数传。
  公网无线数传包括:GPRS,2G,3G,4G等;
  专网无线数传包括:数传电台,WiFi,ZigBee等。
  数传电台
  MDS数传电台无线数传设备采用DSP、前向纠错编码、软件无线电、数字调制,相干解调, Virterbi译码,均衡软判决和表面贴片一体化设计等技术,提供高性能、高可靠,高稳定的无线数传设备。电台提供标准RS232/RS485接口可直接与PLC、RTU、工控机等设备连接。25KHz信道间隔空中数据传输速率为19200bps,10-6误码灵敏度-111dBm,收发转换时间在7ms以内,电台其它指标亦符合信息产业部的要求。
  WiFi
  Wi-Fi是一种能够将个人电脑、手持设备(如Pad、手机)等终端以无线方式互相连接的技术。Wi-Fi是一个无线网路通信技术的品牌,由Wi-Fi联盟(Wi-Fi Alliance)所持有。目的是改善基于IEEE802.11标准的无线网络产品之间的互通性。使用IEEE 802.11系列协议的局域网就称为Wi-Fi。甚至把Wi-Fi等同于无线网际网路(Wi-Fi是WLAN的重要组成部分)。
  WiFi的频率一般为2.4GHz、3.6GHz和5.8GHz,发射功率一般为100mW。
  WiFi的以上两个特点决定了她不适用于有遮挡,传输距离远的应用场景。
  应用
  工业自动化
  油田数据采集
  无人机系统通信控制
  铁路无线通信
  煤矿安全监控系统
  自来水管网监控
  水文监测系统
  污水处理监控
  PLC控制与管理
  宽带接入与分享
  无线局域网
  停车场设备联网控制
  其他RS-232/RS485设备联网应用
  无线数传的应用方案
  用户在选用无线数传首先关心的是传输距离问题,距离其实不是问题。近则采用433MHz频段无线数据终端DTD433,远则选用GPRS透明传输数据终端DTP_S09F。所谓“近”,指3公里以内可以覆盖大多数厂矿;所谓“远”,是指通讯距离超过3公里,甚至跨越不同地域以及不同国家,好在移动网络已经覆盖了全球,所以距离不是问题。DTP_S09F与DTD433远近结合可以满足绝大部分无线测控的要求。
  多台PLC之间的无线通信方案
  多台西门子S7_200之间的无线MODBUS通信设计说明,具有设计说明及PLC主机和从机的程序。
  多台三菱PLC之间的无线N:N通信设计,汇川PLC与三菱PLC方案一样。
  两个台达PLC之间的MODBUS无线通信例程,程序源代码和设计说明。
  无线数据终端与无线测控终端的连接应用
  PLC与3公里以内4DI/4DO无线开关量终端DTD433H以及4AI/4AO无线模拟量终端DTD433F进行MODBUS协议无线通信,实现无线MODBUS传输。
  触摸屏与PLC的无线通信方案
  西门子200PLC和无线PLC数据终端与深圳步科触摸屏的无线通信;
  威纶触摸屏与S7-200的无线PPI通信;
  昆仑通态触摸屏MCGS与PLC的无线通信;
  Autoface触摸屏与西门子PLC的无线MODBUS通信;
  显控触摸屏无线通信实例;
  运行触摸屏组态程序,能采用MODBUS协议,西门子PPI协议,三菱N:N协议,永宏PLC协议,台达PLC协议等。
  组态软件与PLC的无线通信方案
  组态王软件与西门子PLC的无线PPI、MODBUS通信;
  力控组态软件与西门子PLC的无线通信。
  一种无线数传的设计方案
  方案所介绍的全双工数传电台主要采用频分双工(FDD-Frequency Division Duplexing)工作方式。它主要由接收单元、激励器单元、功放单元、控制单元、电源单元、基带单元六部分组成 。
  激励器单元
  激励单元完成射频信号的调制和音频信号的处理,即把要调制的话音、数据送到VC0调制并进行电压放大。它由话放处理、数字锁相环、压控振荡器、电压放大器、功率调整电路、电源电路组成。图2所示是激励器单元的组成框图。图中,麦克风送来的微弱信号首先送给话放处理电路,以进行话音放大、滤波、预加重等信号处理,然后经过电子开关送给压控振荡器进行直接调频,同时将基带处理后的数字信号也经过电子开关切换后送给压控振荡器进行直接调频。锁相环路可选用快恢复二极管来提高锁相环路的锁定速度,环路滤波器可选用无源比例积分滤波器,VCO则采用模块化设计。数字锁相环芯片采用日本富士通的MBl504H集成电路芯片,该芯片集成化程度高、体积小,特别是其泵电源高达8 V,可相对降低VCO的压控灵敏度。为了减小发射机在较宽温度范围内的频率变化,建议采用温补晶体振荡器作基准频率。由于VCO输出的信号较弱,只有数个毫瓦,故可经过功分后,将一路送给鉴相器与基准频率进行比较,并产生误差电压以控制VCO的频率至设定频点,另一路送给电压放大器,然后经三级放大处理,使其能够推动功放电路工作。
  考虑到一般需要外接蓄电池作为电源,激励器电源输入可采用7809三端稳压器稳压,以提供较宽的电压动态范围。同时,也可采用多级LC滤波来改善稳压和降噪效果。
  功放单元
  功放单元的主要任务是把激励器送来的射频信号经功放模块放大到44 dBm,然后经过低通滤波器滤除高次谐波后送给双工器,最后通过天线发射出去。如果天线出现开路或短路,那么功率将反射回来,此时检测电路将进行检波,然后比较放大,再送一个信号给MCU,由MCU控制相关电路关断功放,以达到保护功放模块的目的。
  接收机单元
  接收单元可完成射频信号的解调和音频信号的处理。它一般由滤波器、选择回路、高放、双平衡混频器、一中放、二中放组成。其中二中放由二本振、二混频、鉴相器、静噪控制电路组成,混频器中的一中频为21.4 MHz,二中频为455 KHz,混频方式为外差式。
  当射频信号经天线送到双工器后,再经过第一级带通滤波器滤波,并经限幅后将送给高放电路。然后进入第二级带通滤波器滤波,最后送给双平衡混频器混频。限幅电路的作用是防止强干扰信号损坏高放前端组件。
  高放电路一般采用双调谐回路和一级放大形式,输入输出回路均采用抽头形式可使电路匹配、增益兼顾。高放管可选用低噪声管2SC3356,其特点是具有很低的噪声和较高的功率增益。经高放放大的信号再与压控送来的第一本振信号经过双平衡混频器进行混频。2SC3356是集成组件,特点是噪声低,高次组合少。一为21.4MHz的信号经过两级中频放大后,可送到中放集成电路TA31136FN,与20.945 MHz晶体振荡器产生的二本振进行混频,而混出的455 kHz二中频信号,则经过455 kHz陶瓷滤波器滤波后,通过二中放的5脚输入。限幅放大器的输出可在内部直接驱动,并在外部通过相移线圈完成鉴频,鉴频输出的音频信号由9脚输出。该信号一路经电子开关送给去加重、滤波、放大后送给扬声器还原声音。另一路经过滤波后送给基带信号处理器。
  电源设计
  通过系统电源可对外接直流电源进行滤波、反极性保护等处理,然后输出稳定的电源电压,同时,电源还必须进行必要的短路和过流保护。系统电源可外接+12 V直流电,然后通过反极性保护电路,来防止电源接反。再经过多级LC滤波电路来滤除各种杂波和高低频交流干扰后,送到电源继电器,由继电器控制面板电源开关,来开关整机电源。
  控制和基带单元
  控制单元以ATMEGA64为核心来完成本机工作状态的控制,包括收发信机的频合数据,面板显示器、键盘的控制,工作频段控制,数传以及话音通信状态的控制等。
  基带单元则负责处理本机和计算机终端的数据交换。它以DSP芯片ADSP-2185M为核心,并以单片机AT90S8515以及CPLD复杂可编程逻辑器件来组成控制和接口电路。同时以数模和模数转换,以及运算放大器等构成信号与电台的接口电路。基带单元则采用DSP进行数字信号的调制与解调。


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