1、引言

工業(yè)無線遙控系統(tǒng)可以將操作者或者機(jī)器的控制指令進(jìn)行數(shù)字化處理后，由發(fā)射系統(tǒng)傳給遠(yuǎn)方的接收系統(tǒng)，再經(jīng)解碼轉(zhuǎn)換為控制指令實(shí)現(xiàn)對各種機(jī)械設(shè)備的控制，同時(shí)要求在強(qiáng)磁場，強(qiáng)電場及無線電信號復(fù)雜環(huán)境下的工業(yè)環(huán)境抗干擾能力。工業(yè)無線電技術(shù)是現(xiàn)代數(shù)字通信技術(shù)與傳統(tǒng)無線電通信相結(jié)合的綜合技術(shù)系統(tǒng)。

在實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場中尤其是移動型設(shè)備與成套裝備，如果采用無線遙控系統(tǒng)，操作人員只需要攜帶輕巧的發(fā)射系統(tǒng)，自由走動并選擇最佳(安全)視覺位置進(jìn)行操作，消除了以往由于視線不清，環(huán)境惡劣或指揮不當(dāng)?shù)纫蛩卦斐傻氖鹿孰[患，保證了安全操作，各項(xiàng)操作可由一個(gè)人承擔(dān)，無需他人指揮，節(jié)省了人力資源，操作人員獨(dú)立判斷，操作的準(zhǔn)確性，連貫性比以往得到顯著提高，從而大幅度提高了生產(chǎn)效率。

2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

無線遙控系統(tǒng)構(gòu)成可分成發(fā)射系統(tǒng)和接受系統(tǒng)，我們把發(fā)射系統(tǒng)做成發(fā)射端，接收系統(tǒng)做成接收端，通過無線數(shù)傳模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸通信。

把現(xiàn)場控制的各種按鈕和搖桿設(shè)計(jì)在遙控系統(tǒng)的發(fā)射端上，這樣遠(yuǎn)程操作發(fā)射端就可以控制現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行，按下發(fā)射端控制面板上的操作按鈕，單片機(jī)檢測到后就啟動相應(yīng)串口發(fā)射程序，由無線數(shù)傳模塊發(fā)射數(shù)據(jù)，接收端控制現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行，由無線數(shù)傳模塊，plc和現(xiàn)場設(shè)備組成，當(dāng)無線數(shù)傳模塊接收到發(fā)射端傳來的數(shù)據(jù)后，使用自由端口方式通信，就可以啟動相應(yīng)的plc控制程序，控制現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行動作。

2.1 單片機(jī)發(fā)射端設(shè)計(jì)

發(fā)射端總體設(shè)計(jì)我們采用如圖1所示的結(jié)構(gòu)。

圖1 發(fā)射端硬件構(gòu)成圖

單片機(jī)模塊采用的是xc164單片機(jī)，xc164單片機(jī)是英飛凌16位微控制器產(chǎn)品，其優(yōu)異的結(jié)構(gòu)，高效的指令集，以及不斷擴(kuò)充更新的產(chǎn)品線，使其廣泛應(yīng)用于汽車電子，工業(yè)控制和信息技術(shù)領(lǐng)域，該系列單片機(jī)具有豐富的接口模式，如14通道10位ad變換器，同步/異步串行通道usart，高速同步串行通道spi，can模塊，79個(gè)io引腳等，并可與各種設(shè)備組成通訊網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，該系列單片機(jī)適應(yīng)于惡劣的工業(yè)環(huán)境，工業(yè)溫度可在-40～125℃。針對我們的發(fā)射器的功能，同時(shí)，使該遙控器具有工作性能穩(wěn)定和易于進(jìn)行功能擴(kuò)展的優(yōu)點(diǎn)。考慮到工業(yè)應(yīng)用的現(xiàn)場環(huán)境。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)是采用如下方式：例如，當(dāng)按下開關(guān)按鈕(如啟動，停止等，不同的控制系統(tǒng)有不同的功能按鈕)時(shí)，單片機(jī)檢測到其端口電位變化后，啟動其相應(yīng)的程序，然后通過串口向無線數(shù)傳模塊發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)。如單片機(jī)按鈕輸入程序處理編程可采用圖2所示程序流程圖。

圖2 無線發(fā)射程序流程圖

2.2 plc自由口接收端設(shè)計(jì)

接收端總體設(shè)計(jì)采用如下圖3所示結(jié)構(gòu)。

圖3 接收端硬件構(gòu)成圖

現(xiàn)場運(yùn)行設(shè)備采用plc控制，編寫plc程序可以控制設(shè)備的各種運(yùn)行方式，采用西門子的s7-200具有一個(gè)或兩個(gè)rs-485標(biāo)準(zhǔn)接口，因此可以直接采用無線數(shù)傳模塊與plc的rs-485接口連接，接收端模塊接收到數(shù)據(jù)后，plc啟動相應(yīng)的中斷程序，開始進(jìn)行運(yùn)行相應(yīng)的控制程序。

s7-200系列plc的通訊端口支持多種通訊協(xié)議，此處可以采用的有兩種。一種是西門子的ppi主-從協(xié)議，利用這種協(xié)議主站可以直接對從站，即控制系統(tǒng)中的plc， 發(fā)出指令，控制從站的各端口及功能。這種方式plc的編程簡單，不需要對原有從站程序進(jìn)行修改。但是ppi協(xié)議不是一個(gè)公開的協(xié)議，在文獻(xiàn)4中提到了一種通過串口偵聽獲取ppi協(xié)議從而利用主站編程控制從站的方式。另外一種通訊模式是自由口模式，利用自定義的plc程序控制s7-200 cpu的通訊端口，使用用戶自己定義的通訊協(xié)議來實(shí)現(xiàn)與外界的通訊。這種模式支持ascii和二進(jìn)制協(xié)議。自由口模式使用簡單、靈活，但需要對plc進(jìn)行專門的編程。因?yàn)闊o線遙控所需數(shù)據(jù)量不大，通過比較，選擇了自由口通訊模式，以ascii碼的形式在手持操作器和plc之間傳遞命令和反饋信息。在plc內(nèi)編寫了專門的無線控制程序，實(shí)現(xiàn)無線控制狀態(tài)下的數(shù)據(jù)通信及對機(jī)械手的控制。我們采用s7-200的自由口通信，使用自由口通信用戶可以自定義的通信協(xié)議與所用的智能設(shè)備通信。

采用自由口通信協(xié)議后，接收端接收到數(shù)據(jù)，通過無線數(shù)傳模塊傳送到plc中，啟動相應(yīng)程序，其程序編制采用圖4所示流程圖。

圖4 plc接收流程圖

2.3 無線數(shù)傳模塊

(1) zf02系列無線數(shù)傳模塊：發(fā)射端和接收端使用無線數(shù)傳模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，市場上的無線數(shù)傳模塊的種類很多，根據(jù)實(shí)際需要，我們直接采用上海兆富通信技術(shù)有限公司生產(chǎn)的zf02系列無線數(shù)傳模塊，其主要特點(diǎn)：載波頻率：433mhz，450mhz，470mhz，868mhz；多種可選的通訊接口：rs-232，ttl，rs-485；傳輸速率：1200，2400，4800，9600，19200，38400bps；收發(fā)一體，半雙工工作模式。zf02非常適用于項(xiàng)目設(shè)計(jì)的無線遙控系統(tǒng)。其外形如圖5所示。

圖5 接口與尺寸

(2) 無線數(shù)傳模塊三種通信接口模式：ttl電平的串行通信接口，可以直接與單片機(jī)芯片串行管腳相連；標(biāo)準(zhǔn)的rs232接口和標(biāo)準(zhǔn)的rs485接口，其中標(biāo)準(zhǔn)的rs232接口和標(biāo)準(zhǔn)的rs485接口通過跳線進(jìn)行切換，西門子s7-200系列有一個(gè)或兩個(gè)rs485標(biāo)準(zhǔn)接口，可以直接與無線數(shù)傳模塊的485接口連接。

3、結(jié)束語

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)是通用性設(shè)計(jì)，針對具體設(shè)備可以具體設(shè)計(jì)，修改發(fā)射端相應(yīng)的輸入功能按鈕或者搖桿，同時(shí)修改單片機(jī)系統(tǒng)和plc系統(tǒng)的軟件程序，使其達(dá)到了符合現(xiàn)場設(shè)備的操作功能要求。