Иванов Ю.И., Югай В.Я. Интерфейсы средств автоматизации

Подождите немного. Документ загружается.

Микросхема TOIM3232 поддерживает большее число частот бод-

генератора (см. табл. 2.2).

Таблица 2.2

В качестве инфракрасного приемопередающего модуля могут также ис-

пользоваться следующие изделия разных фирм: HSDL-1000 (Hewlett-

Packard), HSDL-1001 (Agilent Technologies) и TFDS3000, TFDU4100,

TFDS4500, TFDT4500 (TEMIC TELEFUNKEN microelectronic). На рис. 2.11

изображен внешний вид модуля TFDT4500 и приведена его функциональная

схема. Эти модули предназначены для решения однотипных задач, обладают

сходными характеристиками и функциональными особенностями.

Интерфейсы с оптическим каналом также широко применяются при пере-

даче данных по волоконно-оптическим кабелям. Некоторые особенности по-

строения и средства реализации таких интерфейсов рассматриваются в главе

Рис. 2.11. Внешний вид модуля TFDT4500 и его функциональная схема

2.2.2. Интерфейсы с радиоканалом

Интерфейс "Blue tooth" представляет собой стандарт беспроводной связи

по радиоканалу на небольшие расстояния (до 10 м, с возможностью расши-

рения до 100 м) в нелицензируемом диапазоне частот (2,4 ГГц). Он использу-

ет метод скачкообразной перестройки по частоте — FHSS. Смена частоты

канала происходит по псевдослучайному закону 1600 раз в секунду. Данные

передаются в различных

режимах, обеспечивается простая интеграция со

стеком коммуникационных протоколов TCP/IP, предусмотрена поддержка

трех речевых каналов, скорость передачи до 721 Кбит/с.

В интерфейсе используются небольшие приемопередатчики малого ра-

диуса действия либо непосредственно встроенные в устройство, либо под-

ключаемые через свободный порт или PC-карту. В отличие от IrDA, адапте-

ры не требуют обеспечения прямой

видимости между соединяемыми устрой-

ствами, допускают не только связь «точка-точка», но и многоточечные со-

единения. До восьми расположенных рядом устройств образуют пикосеть

(Piconet). Пикосети, в свою очередь, объединяются между собой в распреде-

ленную сеть (Scatternet). Каждое устройство имеет уникальный 48-битовый

сетевой адрес, совместимый с форматом стандарта локальных сетей

IEEE.802.

Компоненты Bluetooth представляют собой

сложные многофункциональ-

ные устройства, предназначенные для сопряжения с USB, SPI, UART и RS-

232 интерфейсами. Из фирм производителей таких компонентов следует вы-

делить Atmel, Fujitsu и Philips.

Перечень микросхем Atmel [www.atmel.com]:

• AT76C551 – однокристальный Bluetooth контроллер со встроенным

RISC процессором ARM7TDMI;

• T7023 – ISM/ Bluetooth усилитель мощности;

• T7024 – ISM/ Bluetooth оконечная ИС.

Перечень модулей Fujitsu [www.fme.fujitsu.com]:

• MBH7BT08 – модуль для поверхностного монтажа, имеет встроен-

ный интерфейс AT-команд для

управления связью;

• MBH7BT09 – Bluetooth модуль 2 класса мощности с SPP протоко-

лом, поддерживающий аппаратный интерфейс UART и программные

интерфейсы: L2CAP, SDP, RFCOMM и SPP;

• MBH7BT02 – Bluetooth модуль 2 класса мощности, основан на про-

граммном стандартном интерфейсе HCI и выполняет функции связи

через встроенные аппаратные интерфейсы USB, UART и PCM для

обеспечения высокой степени универсальности.

Перечень модулей Philips [www.semiconductors.philips.com]:

• PCF87852 – Bluetooth контроллер, выполненный на основе RISC

процессора;

• BGB101 – Bluetooth радио модуль;

• BGB102 – Bluetooth радио модуль;

• BGB202 – Bluetooth модуль, выполненный на основе микросхем

PCF87852 и BGB102.

В настоящее время в числе перечисленных Bluetooth компонентов одним

из наиболее перспективных в использовании является модуль BGB202 (рис.

2.12). Он обладает наименьшими размерами – 7x8 мм и требует минимально-

го числа дополнительных навесных элементов. На рис. 2.13 приведена схема

подключения

этого модуля.

Рис. 2.12. Конструкция Bluetooth-модуля BGB202

Основой BGB202 является ИС PCF87852, включающая ARM процессор,

встроенное ПЗУ и ядро Bluetooth с множеством различных стандартных ин-

терфейсов (UART, I

C, PCM/IOM, JTAG). Радиотракт BGB202 построен на

приемопередатчике с почти нулевой ПЧ и включает в себя интегральный ан-

тенный фильтр для подавления сигналов других диапазонов, переключатель

прием/передача, согласующие трансформаторы для приема и передачи, мо-

дулятор и базовую развязку по питанию. Для получения законченной интер-

фейсной системы Bluetooth необходимо подключить к микросхеме только

внешний источник

тактовой частоты и антенну.

Рис. 2.13. Схема подключения Bluetooth-модуля BGB202

Если в устройстве уже есть интерфейс USB или порт RS-232, то может

оказаться более целесообразным применение готового адаптера. Компания

SMART Modular Technologies, Inc. сообщила о выпуске USB – Bluetooth

адаптера (рис. 2.14), совместимого со спецификациями Bluetooth 1.1 и USB

1.1. Устройство имеет размеры 58х19х9 мм и может использоваться как с на-

стольными РС, так и с ноутбуками для обеспечения связи с различными

уст-

ройствами, например, принтерами с поддержкой Bluetooth или для доступа в

Интернет через беспроводный модем или мобильный телефон.

Рис. 2.14. USB – Bluetooth адаптер фирмы SMART Modular Technologies

Напряжение питания устройства составляет 5 В, адаптер оснащен 8 Мб

флэш-памяти для хранения микрокода. Чувствительность приемника от 80

дБм; диапазон частот устройства 2,402 – 2,480 ГГц, дальность действия до 30

м.

Bluetooth 1.1 адаптер с интерфейсом RS-232

представлен на рис. 2.15.

Адаптер имеет 50 Ом антенну, а также 8 Мб встроенной флэш-памяти для

приложений. Адаптеры класса 1 поддерживают Serial Port Profile (SPP), Dial

Up Networking (DUN), Generic Access Profile (GAP) и Service Discovery Appli-

cation Profile (SDAP). Адаптеры класса 2 являются обычной заменой кабеля с

поддержкой SPP. Изделия обоих классов способны автоматически обнаружи-

вать источник питания (внутренний/ хост-контроллера).

Рис. 2.15. Bluetooth 1.1 адаптер с интерфейсом RS-232 от SMART Modular

Известной альтернативой Bluetooth является интерфейс ZigBee. Однокри-

стальные RF трансиверы, работающие по технологиям ZigBee, изготавлива-

ются фирмами Atmel [www.atmel.com], Chipcon [www.chipcon.com], Motorola

[www. freescale.com], Xemics [www.xemics.com] и др. В качестве примера в

табл. 2.3 приведены некоторые типы этих микросхем и их основные парамет-

ры.

Таблица 2.3

Произв. Наименов.

Тип про-

дукта

Диапазон

частот, MГц

Скорость

передачи

Модуляция

Chipcon CC2400 Transceiver 2400 - 2483 1.0 Mbps GFSK/FSK

Chipcon CC2420 Transceiver

2400 -

2483.5

250 kbps GFSK/FSK

Atmel AT86RF210 Transceiver 400 - 950 64 kbps FSK

Motorola MC13191 Transceiver 2400 - 2500 250 kbps O-QPSK

Motorola MC13192 Transceiver 2400 - 2483 250 kbps O-QPSK

Микросхема трансивера CC2400 выполнена по 0.18 мкм КМОП-

технологии и размещена в 48-выводном QLP-48 корпусе с размерами 7x7 мм.

Ее схема подключения показана на рис. 2.16. Обмен данными с этим транси-

вером производится через SPI или специальный последовательный

Рис. 2.16. Типовая схема включения ИС CC2400

интерфейс, для радиоканала требуется только подключение внешней антен-

ны и небольшого числа внешних элементов.

Из указанных в табл. 2.3, микросхема MC13192 имеет наименьшее число

выводов – 32, размещена в корпусе QFN-32 с размерами 5x5 мм. Схема под-

ключения MC13192 к микроконтроллеру показана на рис. 2.17. В обоих при-

мерах связь микросхем RF-трансиверов с микроконтроллерами может осуще-

ствляться

с помощью стандартного SPI-интерфейса.

Продолжает совершенствоваться технология беспроводной связи в рамках

широко распространенного компьютерного интерфейса USB. Примеры реа-

лизации WirelessUSB будут рассмотрены позднее в соответствующем разде-

ле.

В настоящее время разрабатываются средства беспроводной передачи

данных с принципиально отличающимися алгоритмами использования ра-

диоканалов. Например, технология сверхширокополосной связи UWB пред-

полагает использование в радиоканале

частотного диапазона до 10 ГГц без

несущей в форме синусоидального сигнала. Информация передается посред-

ством времяимпульсной модуляции нано или субнаносекундных импульсов.

Это позволяет создавать беспроводные интерфейсные средства с весьма вы-

сокой скоростью передачи данных.

Применяемый во многих технологиях беспроводной связи псевдослучай-

ный алгоритм переключений радиоканалов обеспечивает шумоподобный

спектр излучаемых сигналов, а

это приводит к распределению энергию пере-

даваемых сигналов в широкой полосе частот. Для других приемников эти

сигналы будут восприниматься как небольшой по уровню эфирный шум, не

мешающий приему. Поэтому в одном и том же диапазоне частот могут одно-

временно работать несколько приемопередатчиков. Кроме того, для сниже-

ния уровня перекрестных помех мощность

передатчиков в интерфейсах ог-

раничена уровнем единицы мВт.

Следует отметить, что беспроводные интерфейсы в средствах автоматиза-

ции имеют ограниченное применение. Обеспечить надежную работу этих ин-

терфейсов в условиях высокого уровня индустриальных помех не всегда воз-

можно.

Рис. 2.17. Практическая схема соединения MC13192 c MCU