淺述自動化儀表網(wǎng)絡(luò)化的實現(xiàn)技術(shù)

摘 要：現(xiàn)今社會正處于科學技術(shù)的快速發(fā)展時期，網(wǎng)絡(luò)時代已經(jīng)到來，并且已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于社會工作、生活的方方面面，在此背景下自動化儀表的傳統(tǒng)功能已經(jīng)不能滿足人們的現(xiàn)代生活需求，將自動化儀表運用于現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的硬件、軟件中去成為一項熱門的研究話題。本文通過對自動化儀表網(wǎng)絡(luò)化中的關(guān)鍵技術(shù)，即自動化儀表的有線LAN接口技術(shù)和無線的ZigBee無線通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用進行討論，為自動化儀表的網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：自動化儀表；LAN接口技術(shù)；ZigBee無線通信技術(shù)

中圖分類號：TN711 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 20-0000-02

自動化儀表是一種信息收集工具，在科學技術(shù)飛速發(fā)展的今天，儀表作為一種信息源存在，依然發(fā)揮著重要的作用。現(xiàn)代社會已經(jīng)進入信息化時代，計算機的發(fā)展和普及分擔了人類許多腦力勞動，讓人們的生活更加輕松，工作更加的快捷，人們的生活逐步進入到信息自動化的時代。而傳統(tǒng)的自動化儀表顯然已經(jīng)不能滿足人們的生活、工作的需要，將自動化儀表與互聯(lián)網(wǎng)資源進行整合是一個必然的發(fā)展趨勢。

一、自動化儀表的發(fā)展概況

自動化儀表的發(fā)展經(jīng)歷了漫長的過程，大致可以分成三個時期，第一個時期是儀表的傳統(tǒng)模式，其功能完全由廠家設(shè)計，在出廠之前已經(jīng)完全設(shè)定好了，這種儀表的功能相對單一、體積比較大、開放性能不好；第二個時期出現(xiàn)了智能儀表，主要是采用微電子配件代替了傳統(tǒng)的電子線路，具備了信息的采集、整理、顯示和傳輸?shù)榷囗椆δ埽悄軆x表的出現(xiàn)是儀表發(fā)展歷史上的一大變革；第三代的儀表已經(jīng)發(fā)展出虛擬儀表及個人儀表，這中儀表是將先前獨立的儀表與個人的電子計算機資源融合在一起，這樣的自動化儀表功能更加廣泛，使用也更加的方便。

伴隨著計算機信息時代的到來，自動化儀表正向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的方向邁進，網(wǎng)絡(luò)化儀表技術(shù)包括：儀表的測控技術(shù)、嵌入式技術(shù)、電子技術(shù)現(xiàn)代計算機應(yīng)用技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)等一些列的新技術(shù)，使自動化儀表的發(fā)展更加符合時代的要求。現(xiàn)在很多科技公司已經(jīng)根據(jù)市場的需求，開發(fā)出符合實際工作需要的網(wǎng)絡(luò)儀表。

二、自動化儀表的有線LAN接口技術(shù)實現(xiàn)

在傳統(tǒng)的自動化儀表設(shè)計中一般都是使用串行的通訊接口，而在儀表網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)中，則是使用太網(wǎng)接口模塊，采用LAN接口技術(shù)的儀表一般都是在TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)功能基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。所以在選擇太網(wǎng)接口的軟件中應(yīng)該重點考慮網(wǎng)絡(luò)的TCP/IP協(xié)議，之后再考慮儀表的主機板與太網(wǎng)接口之間的數(shù)據(jù)交換，要使儀表的數(shù)據(jù)實時相應(yīng)得到保障，同時注意當自動化儀表出現(xiàn)異常狀況后能夠進行自我的數(shù)據(jù)恢復(fù)，保障儀表的信息功能實現(xiàn)。

在自動化儀表中通過使用UIP協(xié)議棧與MCU結(jié)構(gòu)設(shè)計相結(jié)合的方案來實現(xiàn)LAN轉(zhuǎn)換接口的功能。其中網(wǎng)卡芯片應(yīng)該使用CS8900A型，而MCU應(yīng)該使用MSP430F147的單片機。這樣才能使LAN接口的信息傳輸、管理功能得到良好的發(fā)揮。

（一）MSP430F147芯片。

MSP430屬于一種功耗很低的、16位的、具備精簡指令集的綜合型單片機。而MSP430F147芯片就是這一系列單片機中的一種，也是目前LAN接口電路中應(yīng)用比較廣泛的芯片，其工作電壓處在1.8～3.6V之間；RISC的指令集采用16位的工作方式，對于指令的執(zhí)行周期在125ns左右，芯片內(nèi)部采用JTAG的編程接口，不需要進行外部供電；同時可以支持PWM的數(shù)據(jù)輸出，配有芯片內(nèi)計較器以及2個串行的可編程接口。一般在自動化儀表網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)中MSP430單片機的工作任務(wù)主要是負責LAN接口與串口數(shù)據(jù)之間的信息協(xié)議傳換。對于CS8900A型網(wǎng)卡芯片的操作一般都是通過使用MSP430F147單片機內(nèi)的8位I/O接口中P3與P5端口來實現(xiàn)的。

（二）CS8900A型網(wǎng)卡芯片

這種網(wǎng)卡控制芯片具有價格較低、單芯片、集成度高的特點，是全雙工的太網(wǎng)控制器，同時也可以為嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)化和功能開發(fā)提供便利。這種芯片內(nèi)部融合了RAM與10BASE-T兩種收發(fā)過濾器，分為8為與16為這兩個控制接口的連接方法。在目前的自動化儀表中一般是使用8位的端口進行控制，將SA0～SA3設(shè)置為地址線與MSP430的P3端口進行連接，所采用的數(shù)據(jù)線一般是SD0～SD7，將數(shù)據(jù)線與MSP430單片機的P5端口進行連接。

（三）CS8900A型網(wǎng)卡的驅(qū)動程序編輯

CS8900A型網(wǎng)卡和單片機之間主要是采用8為的連接方式，在網(wǎng)卡復(fù)位之后一般是采用I/O連接的工作方式，在CS8900A型網(wǎng)卡中會選用0x0300這樣的地址進行工作。事實上網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)就是數(shù)據(jù)幀的傳送和接收，所以在從事網(wǎng)卡芯片的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送時要著重注意到數(shù)據(jù)幀的傳送狀況，至于其他的數(shù)據(jù)沖突檢測、數(shù)據(jù)信號的調(diào)控等工作則可以由網(wǎng)卡芯片來完成，這樣就實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和儀表智能化處理功能，從而將自動化儀表的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通過LAN外接得以實現(xiàn)和完善。

三、自動化儀表的無線組網(wǎng)技術(shù)

無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是現(xiàn)代新興的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有成本低廉、靈活性好、接口出現(xiàn)故障率少、適用范圍廣泛的優(yōu)點，屬于現(xiàn)代比較流行的信息管理及獲取技術(shù)，不僅節(jié)省能源、降低成本，而且為信息的獲取提供了很大的便利。

（一）無線組網(wǎng)的技術(shù)種類

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，及現(xiàn)代移動通信設(shè)備的普及，人們對于便捷信息的獲取要求更高。無線組網(wǎng)技術(shù)以其方便、快捷的優(yōu)勢收到人們的普遍重視。無線組網(wǎng)的技術(shù)包括：藍牙、WiFi、超寬帶以及無線USB等技術(shù)，各種技術(shù)都有自己的特點，在眾多的無線技術(shù)中ZigBee技術(shù)是非常受重視的無線技術(shù)，它本身具有耗能低、速度快、成本低組網(wǎng)靈活、可靠性好的特點，在推出之后就受到業(yè)界的好評。

（二）ZigBee技術(shù)的發(fā)展概況

ZigBee技術(shù)在我國的研究起步還比較晚，在市場中國外的儀表技術(shù)設(shè)備還是占有很大的優(yōu)勢，但是隨著自動化儀表技術(shù)的不斷發(fā)展，市場需求不斷擴大，已經(jīng)有很多的研究單位和高效開始從事ZigBee技術(shù)的研究，隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，我國的ZigBee技術(shù)也將會迎來發(fā)展的最佳機遇。

（三）ZigBee技術(shù)的內(nèi)部配置

現(xiàn)在的ZigBee技術(shù)主要依據(jù)2.4GHz平臺中的RF芯片，這項技術(shù)在國外的研究水平相對高一些，如Chipcon這樣的品牌在市場的占有率是比較大的，我們普遍所能接觸到的ZigBee技術(shù)主要是依據(jù)CC2420芯片配合Atme1AVR8bits的微處理器組成的開發(fā)平臺。目前業(yè)界正朝著簡約化，低成本的方向進行設(shè)計改進。

（四）研究ZigBee技術(shù)的意義

ZigBee技術(shù)的內(nèi)容包括無線網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、協(xié)議的模型以及數(shù)據(jù)的傳輸功能，通過硬件和軟件的完善，建立ZigBee技術(shù)的無線信息交換平臺。在無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛快發(fā)展的今天，ZigBee技術(shù)依靠其自身的網(wǎng)絡(luò)拓展功能、超低的能耗量特點，在遠程監(jiān)控及自動化控制等技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。可以滿足一些小型設(shè)備的無線控制需求，具有很好的實際使用意義。此外，ZigBee技術(shù)還被應(yīng)用于醫(yī)療的監(jiān)護、環(huán)境質(zhì)量監(jiān)控或是軍事領(lǐng)域，為各行業(yè)將來無線信息通訊提供良好的發(fā)展保障。

四、結(jié)語

綜上所述，隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，自動化儀表的網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)正處于日臻成熟的發(fā)展時期，其發(fā)展的潛力是非常巨大。雖然目前國內(nèi)的技術(shù)水平還有待提高，但是在業(yè)界技術(shù)人士的不斷努力下，我國的自動化儀表網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一定會取得更好的發(fā)展成果。

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[作者簡介]談三勤（1971.12-），男，江蘇宜興人，江蘇協(xié)聯(lián)熱電集團有限公司生產(chǎn)技術(shù)部熱控專業(yè)工程師，研究方向：自動控制；丁兆明（1972.8-），男，江蘇宜興人，宜興特明科飼料添加劑有限公司工程師，研究方向：工業(yè)自動化儀表。