基于WIA-PA的工业无线手持设备的设计与实现VIP

基于WIA-PA的工业无线手持设备的设计与实现,2015年5月23日,导师：向敏副教授,硕士生：冉景海,学院：自动化学院,专业：控制工程,1,WIA-PA手持设备的总体方案设计WIA-PA手持设备的入网方案的确定WIA-PA手持设备的硬件设计与软件设计WIA-PA手持设备的测试,1,研究背景,2,我的工作,3,总结与展望,主要内容,2,1研究背景WIA-PA网络(1/1),星型拓扑结构,星型结构,星型和网状结合的拓扑结构,星型结构,网状结构,WIA-PA已成为正式的IEC国际标准，现已进入实验应用阶段。,3,15,1研究背景WIA-PA手持设备(1/1),在WIA-PA网络中，手持设备可随机接入任何一个现有的簇单元，并与该簇的成员设备进行点对点通信。,状态监视,参数配置,固件更新,分发密钥,组态,手持设备,4,15,面临的问题,问题一：WIA-PA手持设备的软硬件设计与实现方法问题二：WIA-PA手持设备如何接入WIA-PA网络问题三：如何提高WIA-PA手持设备的接入成功率,课题来源,国家科技重大专项面向工业无线网络协议WIA-PA的网络设备研发,1研究背景问题及课题来源(1/1),5,WIA-PA手持设备的总体方案设计,6,7,2.1WIA-PA手持设备的总体方案设计需求分析(1/1),随机接入功能在入网过程中随机接入任何一个现有的簇单元点对点通信功能在任意时刻只能和一个设备通信显示和输入功能显示设备信息，输入控制命令数据保存功能用于保存重要数据,8,2.1WIA-PA手持设备的总体方案设计总体方案(1/1),WIA-PA协议栈,存储数据,显示功能,输入功能,WIA-PA手持设备的入网方案,9,入网成功,监听信标帧,时间同步,加入请求,转发加入请求,安全验证,加入响应,转发加入响应,2.2WIA-PA手持设备的入网方案入网过程(1/1),10,Zidoff-Chu序列,前导序列和退避算法,u-ZC序列的根指数，-ZC序列的长度,简单、高效,如何提高接入成功率？,随机接入技术,高自相关特性低互相关特性较低的峰均比特性,二进制指数退避算法(BEB),2.2WIA-PA手持设备的入网方案随机接入(1/1),11,WIA-PA手持设备的硬件设计,12,低功耗主控模块,OLED显示模块,键盘模块,无线模块,USB模块,指示灯,报警电路,电源管理模块,充电电路,稳压电路,电量计量电路,FSMC,I/O,串口1,串口2,I/O,I/O,2.3WIA-PA手持设备的硬件设计方案设计(1/1),13,1.电源管理模块,充电电路,稳压电路,电量计量,功耗低效率高,功耗低精度高,功耗低,2.3WIA-PA手持设备的硬件设计原理图设计(1/6),14,电源开关,功耗低,2.3WIA-PA手持设备硬件设计原理图设计(2/6),2.主控模块,复位电路,时钟电路,调试接口,电源处理电路,启动模式选择,低功耗主控芯片,15,2.3WIA-PA手持设备硬件设计原理图设计(3/6),3.无线模块,UZ2420,外部接口,控制单元,16,全球第一款物联网芯片,SPI,4.显示模块,功耗低精度高,2.3WIA-PA手持设备硬件设计原理图设计(4/6),17,2.3WIA-PA手持设备硬件设计原理图设计(5/6),5.键盘模块,18,USB模块,电源处理,指示灯和报警电路,2.3WIA-PA手持设备硬件设计原理图设计(6/6),6.其他模块,19,2.3WIA-PA手持设备的硬件设计PCB和实物图(1/1),主控模块,USB模块,电源管理模块,无线模块,OLED模块,键盘模块,20,WIA-PA手持设备的软件设计,21,2.4WIA-PA手持设备的软件设计方案设计(1/1),底层驱动：驱动底层硬件,应用程序:实现各种控制功能,22,2.4WIA-PA手持设备的软件设计主程序(1/1),23,2.4WIA-PA手持设备的软件设计随机接入功能(1/1),为提高处理速度，采用ZC序列生成的加入请求前导序列被存储于EEPROM,二进制指数退避算法,24,2.4WIA-PA手持设备的软件设计点对点通信功能(1/1),监视设备运行状态,25,配置设备参数,WIA-PA手持设备的测试,26,2.5WIA-PA手持设备的测试方案设计（1/1）,27,GB/T18220-2012信息技术手持式信息处理设备通用规范,2.5WIA-PA手持设备的测试电源测试（1/1）,各电源电压的要求,28,电源精度高、纹波小，满足设计要求,-4.4v,+4.6v,+3.3v,2.5WIA-PA手持设备的测试基本功能测试（1/2）,1.无线通信功能测试,29,可靠通信距离：60m,2.功耗测试,2.5WIA-PA手持设备的测试基本功能测试（2/2）,各模块的静态电流组成,负载开关的漏电流,功耗低,30,1.测试平台,2.5WIA-PA手持设备的测试应用功能测试（1/3）,31,2.随机接入功能,(1)用户登录,(2)功能选择,(3)申请入网,(4)入网成功,2.5WIA-PA手持设备的测试应用功能测试（2/3）,32,3.监视设备运行状态和配置设备参数,(1)设备运行状态,2.5WIA-PA手持设备的测试应用功能测试（3/3）,(2)配置设备参数,33,1.高低温测试,GB/T18220-2012信息技术手持式信息处理设备通用规范,2.5WIA-PA手持设备的测试性能测试（1/3）,工作的温度()：-20+60储存运输的温度()：-25+65工作的相对湿度(%):3090储存运输的相对湿度(%):1090,34,满足规范要求,2.射频电磁场辐射抗扰度测试,水平极化,垂直极化,手持设备的射频电磁场辐射抗扰度能够达到的严酷等级为3级，能够在典型的工业环境中使用,2.5WIA-PA手持设备的测试性能测试（2/3）,35,3.静电放电抗扰度测试,接触放电,2.5WIA-PA手持设备的测试性能测试（3/3）,手持设备的静电放电抗扰度测试能够达到的严酷等级为3级，能够在典型的工业环境中使用,空气放电,36,总结和展望,37,3总结和展望总结(1/1),1.设计了WIA-PA手持设备的电路原理图和PCB,2.确立了手持设备的入网方案,4.实现了点对点通信功能（监视设备运行状态和配置设备参数）,3.实现了随机接入功能,38,5.完成了WIA-PA手持设备的测试,3总结和展望展望（1/1）,1.实现超低功耗,2.完善手持设备的应用功能（固件更新和组态）,3.移植操作系统,4.更换耐高温的电池,39,科研工作及成果,相关项目面向工业无线网络协议WIA-PA的网络设备研发及应用(2013ZX03005005),国家科技重大专项,2013.1-2014.12.基于S7-200PLC无线遥控操作设备的研制,企、事业单位委托项目,2013.5-2014.4.手持式标签打印机主板开发(cstc2012gg-yyjs40015),校内横向,2012.2-2013.1.已发表的相关论文向敏,冉景海,屈洪春.高充电效率的恒流太阳能路灯控制器J.重庆大学学报.2015.(已录用)已受理专利向敏,冉景海,王平,等.一种WI