多點對單點 變電站自動化控制藍牙解決方案

　　引言

　　藍牙技術是用微波無線通信技術取代數(shù)據(jù)電纜來完成點對點或點對多點短距離通信的一種新型無線通信技術。利用藍牙，可以將需要數(shù)據(jù)和語音通信的各個設備之間連成一個PICONET網(即微微網)，或將幾個PICONET網進一步互連，組成一個更大的SCATTERNET網(即分布式網絡)。

　　在工業(yè)現(xiàn)場中，短程的無線連接有著廣泛的應用需求，但一直沒有一個很好的解決方案。紅外無線連接，由于距離太短，且必須在同一直線上，中間不能有任何障礙物等不足，而限制了它的應用。將藍牙技術應用于工業(yè)控制現(xiàn)場，用微波取代紅外，既克服了紅外缺點，又降低了施工的難度和建設成本，是一種有創(chuàng)造性的設想。下面我們就變電站自動化控制方面的現(xiàn)狀，探討引入藍牙的可行性。

　　在變電站現(xiàn)場中，最下層是進行測量、轉換和控制的儀表。它們采集各個變壓器的數(shù)據(jù)，返回上位機進行處理，或接收上位機發(fā)送來的控制命令和控制參數(shù)。目前這些數(shù)據(jù)通信是由串口(RS232或RS245接口)通信實現(xiàn)的。但其麻煩的走線以及抵抗惡劣環(huán)境、電磁和無線電干擾所需要的物理保護和電磁屏蔽帶來的諸多不便，使得工業(yè)環(huán)境中要求長時間、連續(xù)、可靠、完整地傳送數(shù)據(jù)不能得到保證。對于這種多點對單點的數(shù)據(jù)通信網，完全可以用藍牙PICONET網來替換。其優(yōu)點表現(xiàn)在：

　?、偃〈舜罅慷坛踢B接所用的電纜，尤其是電纜無法到達的地方，藍牙具有更大的優(yōu)勢；

　?、谝郧暗膽贸绦蚩梢圆蛔鋈魏位蚝苄〉男薷模壋杀拘。?

　?、劢档?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/變電站">變電站建造成本，這也是藍牙技術的一個顯著特點；

　　④由于藍牙設備本身的功耗十分小(最大不過100mW)，因此藍牙設備的射頻不會對其它設備造成影響。

　　1 BC01芯片和開發(fā)工具BLUELAB介紹

　　BC01(BlueCore01)是CSR(Cambridge Silicon Radio)公司設計的一款單片藍牙產品。它集無線設備、微處理器及其帶電路于一體，采用標準的0.35μm的CMOS工藝。通過外圍的存有藍牙協(xié)議的Flash ROM，可提供完全兼容的數(shù)據(jù)和語音通信。經過優(yōu)化設計，所需的外部RF元件很少，允許主板的快速設計，因此能以最低的成本，實現(xiàn)最短的產品面市時間。

　　其主要特點如下：

　?、俜螧luetoothV1.1規(guī)范；

　?、趲в蠻SB和UART主接口；

　　③可編程的PCM接口，支持13-Bit 8kss -1雙向串行的同步語音傳輸；

　?、軆群臄?shù)字轉換器，可進行線性PCM(脈沖編碼調制)、A律PCM、μ律PCM和CBSD(連續(xù)變化斜率增量調制)間的相互轉換，編解符合高至HCI層的藍牙控制協(xié)議；

　?、莶捎?.15V單電源供電，支持PART、SNIFF、HOLD多種節(jié)電模式；

　?、拗С炙械陌愋鸵约岸噙_7個從設備的微微網(Piconet)；

　　⑦芯片內含鏈路控制、鏈路管理、HCI以及可選的L2CAP、RFCOMM、SDP等多層軟件協(xié)議棧，可以直接使用；

　?、嗵峁￢M(Virtual Machine)機制。內嵌16位的RISC微處理器，運行協(xié)議棧的同時還可以運行下載到Flash ROM中的用戶程序，實現(xiàn)真正意義上的單芯片。其結構框圖如圖1所示。

　　Bluelab是專門針對BlueCore的仿真開發(fā)系統(tǒng)，它在PC上模擬BlueCore01的環(huán)境，從而方便開發(fā)基于BlueCore01上運行的應用程序。它包括了Compiler、Emulator/Debugger、Documentation以及一些源代碼例子。Bluelab還提供了藍牙協(xié)議棧BlueStack，支持SDP、L2CAP和RFCOMM等高層協(xié)議。用戶可以通過UART/USB接口來調用BlueStack，也可以通過虛擬機(VM)來訪問BlueStack。

　　2 系統(tǒng)方案設計

　　整個系統(tǒng)分為前端數(shù)據(jù)采集和PC端數(shù)據(jù)管理兩大部分。

　　前端數(shù)據(jù)采集框圖如圖2所示。

　　由于BC01內部資源及引腳有限，因此前端的數(shù)據(jù)采集和控制由單片機80C196來完成，其串口與BC01的串口連接，BC01作為一個數(shù)據(jù)傳送通道。這樣做的優(yōu)點是：不需要改動原來的程序，便于對基于RS232、RS245結構的老系統(tǒng)進行改造。變壓器上的高電壓大電流首先要轉變成可供采集的安全電壓(0～5V)，經A/D變換后由16位的單片機80C196讀入，進行相應的計算處理后，送入BC01。BC01將數(shù)據(jù)打包后，通過與MASTER建立的空中連接發(fā)送PC。同時，BC01也會接收PC發(fā)來的控制命令，送至單片機，由單片機分析后控制相應的閘刀做出動作。

　　整體的系統(tǒng)結構如圖3所示。

　　連接PC的BC01作為主機，它會自動搜索其查詢范圍內的藍牙設備，將所查詢到的藍牙設備作為從機加入PICONET網。因為每塊從機都有唯一的BD_ADDR(Bluetooth Device address)，因此，主機可以區(qū)分識別每一個從機并對其進行控制。

　　3 軟件結構

　　軟件設計是基于L2CAP層進行開發(fā)的，從機功能是接受主機的查詢、連接請求，或者詢到已存在的PICONET后，將自己加入PICONET。從機的功能簡單，全部程序代碼可以放在BC01的Flash ROM中運行。主機由于要負責管理整個PICONET，并對各個從機進行控制和管理，這使BC01提供的資源已不能滿足。因此將L2CAP協(xié)議層以上的軟件放在PC上運行，并通過HCI接口與PC通信。軟件結構如圖4所示。

　　結語

　　在變電站現(xiàn)場，中心控制室與各個變壓器的距離100m以內。目前大功率的藍牙芯片已經可以達到100m的覆蓋范圍，完全滿足實際應用。此套方案的實驗室聯(lián)機調試已經完成，達到初步設計要求。下一步是將此套方案應用到實際的變電站現(xiàn)場，進行現(xiàn)場調試，對系統(tǒng)進一步完善。