基于WIA-PA的数字仪表设计

    随着基于 IEEE802．15．4 协议无线网络技术的发展，无线网络也加紧发展的步伐。 目前工业无线技术作为工业自动化领域前沿热点技术，引领工业自动化系统未来的发展方向。 我国科技人员自主成功的研发了用于工业过程自动化的无线网络 WIA－PA （Wireless Networks for Industrial Automation －ProcessAutomation）规范。

    由于无线网络通信具有无需布设通讯线路， 各个设备之间实现无线自动组网连接， 降低安装成本， 提高系统的可靠性；WIA－PA 各个模块具有集成度高、功耗低 、成本低 、体积小等优点，便于节能；系统各节点地址可以通过硬件设定，便于调试和维修。 本文在此基础之上，为了满足工业显示系统的需要，详细介绍无线数字仪表硬件设计。

    1 WIA－PA 工业无线网简介

    WIA－PA 是用于过程自动化的 WIA 系统结构与通信规范，WIA－PA 采用星型和 mesh 结合的两层网络拓扑结构， 如图 1所示。 第一层是 mesh 结构，由网关设备及路由设备构成；第二层是星型结构，由路由设备及现场设备或手持设备构成。 路由节点不但要构建由终端节点组成的星型网络， 转发及合并本簇成员的数据，还要转发 Mesh 网内其它相关簇首的数据。 终端节点要加入到由相关路由节点构建的星型网络中， 负责将获取到的现场数据转发给所在网络的路由节点。

    WIA－PA 的主要技术特征：

    1）在低频频段支持窄带通信，在高频频带支持扩频通信。

    2）现场设备构成 star 网络和路由设备构成 mesh 网络形成star－mesh 两层拓扑结构。

    3）TDMA ／ CSMA 混合接入模式支持周期性和非周期性通信负载。

    4）mesh 结构中采用集中式管理，star 结构中采用分布式管理。

    5）多种措施结合保证通信可靠性 ：TDMA、跳频通信 、自动请求重传、Mesh 路由、设备冗余。

    6）兼容 IEEE802．15．4 标准：WIA－PA 网络的物理层和链路层基于 IEEE802．15．4 标准， 符合 IEEE802．15．4 标准的设备也能加入 WIA－PA 网络。

    2 仪表系统设计

    系统设计包括硬件设计软件设计，其均采用模块化设计。 其中硬件设计主要包括片上系统芯片 CC2431， 电池管理模块MAX8677CETG＋芯片 ，LCD 显示模块 ，传感器模块 ，无线通信模块等模块共同完成芯片的设计。 在整个仪表设计系统中，有可智能充电的电池模块为处理器、显示模块以及其它模块供电。 由CC2431 集成的 A ／ D 转换模块进行采样，通过自身集成的无线收发器进行数据的通信，处理传感器传来的信号，送给仪表显示系统显示。 在整个设计过程中完全考虑了系统的低能耗、可靠性高、实时性高。 从总体上来看，仪表的硬件设计主要分为三大功能模块如图 2：供电模块、无线传输模块、显示模块。