基于无线网络的设备非接触控制系统设计

冯佩翔，李晶晶，王　军

（西安航天长峰机电研究所，陕西 西安710065）

基于无线网络的设备非接触控制系统设计

冯佩翔，李晶晶，王军

（西安航天长峰机电研究所，陕西 西安710065）

在某些应用领域中，设备具有高电压、大电流、强辐射等特点，操作危险性较高，需避免人员操作时与设备直接接触。主要提出了一种基于蓝牙技术的短距离非接触控制解决方案，并详细介绍了此种方案的系统设计。

非接触控制；电路设计；软件设计

地面设备在电力设备、大功率伺服系统、雷达、遥测遥感等领域应用越来越广泛，这些应用领域中，设备多具有高电压、大电流、强辐射等特点，操作危险性较高，需避免人员操作时与设备直接接触。随着电子技术，无线通信技术的飞速发展，基于短距离的无线网络的控制方案以其灵活的组网与控制方式及较低的成本，成为了理想的解决方案。本文针对基于蓝牙技术的短距离非接触控制进行研究，以期对需避免人员操作时与设备直接接触的工况进行设备支持。

1　近距离无线网络简述

近距无线通信较为成熟的形式有基于蓝牙技术、红外技术、Zigbee技术等。基于蓝牙技术的组网成本较低，支持多点通信，技术成熟，传输速率较高，但是传输上限受限。红外技术是应用最为广泛的近距离无线控制技术，成本极低，技术成熟，但由于红外线介质传输的本身特点，决定该技术通信距离短，通信设备间不能有障碍物阻挡且红外发射装置与接收装置需空间对准。红外通信本身缺乏组网能力，多用于点对点控制系统。Zigbee技术是近年来发展较快的近距离无线通信网络协议，距离可达到100 m，传输速率较低，可靠性较高，适用于数据量较小的控制网络。其最大特点为组网形势灵活，可进行多节点、多形式组网。

2　无线网络控制系统设计

针对地面设备适用环境，本文提出一种基于蓝牙技术的小范围、短距离、多节点、低数据量无线网络控制解决方案。

2.1系统组成

系统由手持控制端设备、蓝牙设备端控制电路组成，系统组成框图如图1所示。

图1　系统组成框图

其中手持控制端设备充当遥控器，可使用手机、PC连接蓝牙适配器等方式，配合对应软件完成，也可设计专用手持设备。专用手持控制端设备与设备端控制电路设计原理类似，即加入用户输入输出接口电路与对应驱动软件即可。下文主要介绍设备端控制系统设计。

2.2设备端控制电路硬件电路设计

（1）电源电路。电源电路采用线性稳压芯片7805 与LM1117-3.3将输入12 V供电分别转换为5 V与3.3 V电源，分别为控制电路与数字电路提供电源。线性稳压干扰小，结构简单，可靠稳定但效率相对较低，不适合低功耗应用［1］，因此该电路使用在被控制电路中较为适当，不适用于手持控制端设备。电路图如图2所示。

图2　电源电路图

（2）MCU及其辅助电路。MCU采用飞思卡尔MC9S08DZ60微控制器，成本较低，片上资源丰富，具有通用SPI接口，可使用三线接法与蓝牙收发器进行同步穿行通信，极大降低了系统开发的复杂度［2］。芯片留有BKGD调节接口，可对MCU进行在线仿真与调试。MC9S08DZ60采用低压3.3 V供电，4 MHz主频，同时支持多种工作模式以降低功率消耗。电路图如图3所示。

图3　MCU及辅助电路图

（3）控制输出电路。系统提供一对继电器常开触点作为对外控制接口，采用光电隔离减少后级对前级的干扰。MCU通过GPIO控制光偶状态，经三极管驱动后带动继电器动作［3］。控制输出电路可根据实际系统需求，设置多组以满足控制通道要求。电路图如图4所示。

图4　控制输出电路图

（4）蓝牙收发电路。系统使用单片集成蓝牙收发器NRF2401，该芯片集成度高，外部电路简单，可直接通过天线接收蓝牙信号并转换为同步通信信号，与MCU进行通信。电路如图5所示。

图5　蓝牙收发器与其它辅助电路图

2.3手持端控制软件设计

手持设备软件通过检查用户输入情况后，对其进行编码，通过串行总线送蓝牙收发器发送给蓝牙设备端，并等待设备端回应，若回应正常，则提示控制成功。流程图如图6所示。

图6　手持端程序流程框图

2.4蓝牙设备端控制软件设计

蓝牙设备端程序在完成各芯片初始化设置后，开始检测是否有接收中断发生。当检查到有效接受命令数据后，对数据进行译码，按译码命令执行对应系统响应。完成控制后，通过蓝牙收发器，向手持端发送执行成功响应，并进入新的命令检测模式。流程图如图7所示。

图7　蓝牙设备端控制软件流程图

3　结束语

使用蓝牙近距离无线通信技术，可方便地构建非接触式设备控制，工作稳定，控制响应快，成本低，结构简单，应用前景广阔。

［1］潭博学，苗江静.集成电路原理及应用［M］.北京:电子工业出版社，2003.

［2］康华光.电子技术基础（模拟部分）［M］.北京:高等教育出版社，2004.

［3］童诗白，华成英.模拟电子技术基础［M］.第三版.北京：高等教育出版社，2001.

Design of Non Contact Control System for Equipment based on Wireless Network

FENG Pei-xiang，LI Jing-jing，WANG Jun
（Xi’an Aerospace Changfeng Electromechanic Research Institute，Xi’an Shaanxi 710065，China）

In some applications，the device has the characteristics of high voltage，high current，strong radiation and so on.The operation of the equipment is high，so it is necessary to avoid the direct contact with the equipment during the operation.This paper proposes a short distance non contact control solution based on Bluetooth technology，and introduces the system design of the scheme in detail.

on contact control；circuit design；software design

TP273

A

1672-545X（2016）07-0067-03

2016-04-13

冯佩翔（1982-），男，陕西西安人，工程师，工学学士，从事电气控制设计和研究；李晶晶（1985-），女，陕西西安人，工程师，工学学士，从事电气配电设计和研究；王军（1982-），男，陕西西安人，高级工程师，工学硕士，从事电气总体设计和研究。