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ZigBee技术在ARM数控系统组网中的应用

2014/1/2    来源:万方数据    作者:罗亮  李众立  廖晓波  权秀敏      
关键字:ARM  数控  系统  zigBee  无线组网  
本文针对当前嵌入型数控系统数据传输的问题,基于ARM和ZigBee技术,为嵌入型ARM数控系统增加无线通信接口,并设计ARM网关负责网络管理、外部连接和数据分发,实现数控系统之间的无线组网。实验证明该方法简单易行,既能保证数控系统的加工效率,又能获得满意的数据传榆准确率和数据传输速率.

0 引言

  当前嵌入型数控系统接收由CADCAM软件生成的G加工代码通过串口或以太网口传送。但使用串口传送通常需在数控系统旁再配备1台主机,而利用以太网口传送又会增加嵌入式处理器的运算压力。在目前常用的无线通信中,ZigBee具有低功耗,成本低,时延短,网络容量大,安全可靠,无需注册公共频段2.4G等优点,尤其是其低功耗的优势突出,适合数控系统的代码传输。故基于ARM技术和ZigBee技术实现嵌入型数控系统的无线组网,由ARM网关负责网络管理和数据分发,并提供Intemet接口,可远程登陆传输代码和进行控制。

1 系统网络的组建结构

  网络结构拓扑采用星形结构,如图1。结构中心是基于ARM处理器设计的系统网关,接收来自局域网或者外部Intemet网络传来的数据包,然后根据包头信息分发到各个数控系统。其中网关到数控系统之间的数据格式要求有一定协议默契,以保证数据的正确处理。

系统网络组建结构图
图1系统网络组建结构图

2 无线系统软硬件设计

  2.1 无线节点的硬件设计

  无线节点的通讯耗电量较大,需要足够大的电流供应,因此设计的重难点在实现低功耗和低成本上。无线节点的硬件主要包括微控制器、无线收发芯片和天线3部分构成,如图2。

无线节点硬件结构图
图2 无线节点硬件结构图

  无线收发芯片选用了飞思卡尔的ZigBee2Ready芯片MCl3192,其工作电路只需极少外部元器件,性能稳定且功耗极低,而且其选择性和敏感性指数均超过了IEEE802.15.4标准的要求,可确保短距离通信的有效性和可靠性。MCl3192芯片支持2~3.4v供电电压,可直接使用干电池作为供电电源。天线采用PCB布线平衡方式实现,节约了成本。

  微控制器由数控系统的ARM7处理器LPC2292担当,其片内具有256K的Flash存储器,可用来存储程序代码,同时还具有16K的片内RAM,用来存储临时数据。该芯片为工业级控制芯片,具有速度快、抗干扰能力强、易于调试等特点。将LPC2292的4个I/O设置为SPI功能,作为SPI总线的SCK、SDO、SDI、nSS四根信号线与RF收发器相连,微处理器充当SPI主器件,而RF收发器作为从器件进行数据传输。

  2.2 网关主结点设计

  ARM网关的设计基于LPC2292处理器。本网络设计基于星型网络结构,将主节点嵌入在网关内部实现。主节点是无线网络的管理员,负责网络的建立,地址的分配,成员的加入,节点设备数据、数据转发表、设备关联表的维护,并能根据网络的状况更新。软件设计上首先要编写sPI驱动程序。当系统网关获得网络上的数据后,可根据IP地址将网络的数据解析出来,然后将内部网络地址和数据封装成帧,将数据以广播的形式发送给接收器。在通讯前,主节点必须先把网络建立起来;当主节点工作时,还要扫描有没有新的子网加入,如有新的子网加入,要对其分配ID;当主节点与终端节点进行数据传输时,为保证传输数据的可靠性,采用应答式。系统网关程序流程见图3。

系统网关程序流程图
图3 系统网关程序流程图

责任编辑:陈浩
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