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基于WIA-PA无线温度变送器的设计与实现

作　者: 崔晨
导　师: 顾幸生; 李伟
学　校: 华东理工大学
专　业: 控制工程
关键词: 工业无线技术 WIA-PA 无线温度变送器硬件设计软件设计
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

工业无线技术是在无线传感器网络的基础上,专门用于工业环境的无线通信技术。通信具有抗干扰能力强、超低功耗、实时通信、易扩展等优势,能够满足工厂自动化检测、控制一些环境恶劣、布线困难、高腐蚀高污染等场合的过程参数和设备状态。WIA-PA技术是具有我国自主知识产权的工业无线技术,目前适用于工业现场的WIA-PA无线产品相对较少,此类产品的市场潜力巨大。本文重点研究了WIA-PA技术,开发了符合WIA-PA通信协议的智能全输入无线温度变送器。仪表模块以低功耗MSP430单片机为核心处理单元,模数转换采用AD7794芯片,传感器输入通道通过双四选一开关CD4052选择,仪表模块设置异步串行方式与通信模块交换数据,变送器采用电池供电。软件编程将常规仪表状态设为休眠模式,通过定时器中断,仪表每10秒被唤醒一次进行AD采样、数据转换和处理,然后按照WIA-PA协议要求通过无线模块发送给网关。无线温度变送器可以与DCS系统中的分散处理单元正常通信,且功耗极低。仪表在支持的标准信号输入下,精度均符合设计要求。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
第1章绪论  10-21
  1.1 课题背景  10
  1.2 无线传感器网络  10-11
  1.3 工业无线技术  11-15
    1.3.1 三种工业无线标准  12-14
    1.3.2 工业无线技术的应用价值  14-15
  1.4 温度变送器相关技术  15-17
  1.5 问世的工业无线产品  17-19
  1.6 本文的主要工作  19-21
第2章基于WIA-PA无线温度变送器的整体设计  21-31
  2.1 引言  21
  2.2 WIA-PA技术  21-26
    2.2.1 WIA-PA技术概述  21-23
    2.2.2 WIA-PA协议栈结构  23-26
    2.2.3 网络管理和安全管理功能  26
  2.3 无线温度变送器设计关键技术  26-27
  2.4 无线温度变送器整体设计思想  27-28
  2.5 无线温度变送器性能指标  28-29
  2.6 无线模块入网配置  29-30
  2.7 本章小结  30-31
第3章基于WIA-PA无线温度变送器的硬件设计  31-41
  3.1 引言  31
  3.2 无线通信模块简介  31-33
  3.3 电路图绘制软件及步骤  33
  3.4 仪表模块的设计与实现  33-40
    3.4.1 微处理器MSP430  34-35
    3.4.2 数模转换单元  35-38
    3.4.3 模拟开关选择  38
    3.4.4 电源模块  38-39
    3.4.5 看门狗复位电路  39-40
  3.5 仪表模块与通信模块接口电路设计  40
  3.6 本章小结  40-41
第4章基于WIA-PA无线温度变送器的软件设计  41-61
  4.1 引言  41
  4.2 编程环境与仿真器  41-42
  4.3 主程序  42-45
    4.3.1 标定程序  43-44
    4.3.2 低功耗程序  44-45
  4.4 通信设计  45-53
    4.4.1 异步串行通信  45-47
    4.4.2 无线模块的接口参数  47
    4.4.3 通信数据结构  47-49
    4.4.4 通信服务程序  49-52
    4.4.5 上位机与无线仪表的通信测试  52-53
  4.5 温度采集及处理程序  53-59
    4.5.1 驱动程序  53-55
    4.5.2 模数转换及信号处理程序  55-59
  4.6 定时器设定  59-60
  4.7 本章小结  60-61
第5章产品测试  61-73
  5.1 引言  61
  5.2 仪表离线标定  61-63
  5.3 Modbus主站无线化  63-66
    5.3.1 RS-485标准  63
    5.3.2 Modbus协议简介  63-64
    5.3.3 WIA-PA无线网关  64-65
    5.3.4 Modbus主站  65-66
  5.4 主站和无线温度变送器的通信测试  66-68
  5.5 无线温度变送器的精度测试  68-72
  5.6 本章小结  72-73
第6章总结与展望  73-75
  6.1 本文总结  73-74
  6.2 展望  74-75
参考文献  75-81
致谢  81-82
作者在硕士研究生期间发表的论文  82
作者在硕士研究生期间参与的项目与成果  82
作者在硕士研究生期间获得的荣誉  82

基于WIA-PA无线温度变送器的设计与实现

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