基于無(wú)線通信技術(shù)的新型數(shù)控系統(tǒng)研析

各功能模塊通過(guò)無(wú)線通信程序與底層進(jìn)行信息交換。其軟件功能模塊結(jié)構(gòu)如圖3 所示。通信層采用串口，USB 和無(wú)線通信口3 種通信方式。串口通信方式采用RS232串行總線技術(shù)，全雙工，傳送波特率為57600bps;USB 通信方式采用USB2.0 高速通用串行總線，傳送速率可高達(dá)480Mbps;無(wú)線通信方式遵循IEEE802.11 通信協(xié)議，支持最高傳輸速率為54Mbps。整個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用軟件具有控制、數(shù)據(jù)處理、人機(jī)交互、網(wǎng)絡(luò)通訊等功能。

2 新型數(shù)控中無(wú)線通信技術(shù)

2.1 802.11通信機(jī)制

目前常用的掌上電腦的無(wú)線聯(lián)網(wǎng)方式有GPRS， IEEE802.11(Wi-Fi)，藍(lán)牙技術(shù)、家庭網(wǎng)絡(luò)HOMERF 等。這些方式各有優(yōu)劣。IEEE802.11 是1999 年最新版本的無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)標(biāo)準(zhǔn)。與藍(lán)牙協(xié)議和家庭網(wǎng)絡(luò)的HOME RF 標(biāo)準(zhǔn)相比IEEE802.11 協(xié)議具有傳輸距離遠(yuǎn)，傳輸速度快等優(yōu)點(diǎn)，是無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展的主流。和其他IEEE802.x 標(biāo)準(zhǔn)一樣，802.11 標(biāo)準(zhǔn)著重定義了物理層(PHY)和介質(zhì)訪問(wèn)控制(MAC)子層。IEEE802.11 的MAC 層提供對(duì)無(wú)線共享介質(zhì)的訪問(wèn)控制。除此之外，還提供支持無(wú)線傳輸和站點(diǎn)移動(dòng)所必須的網(wǎng)絡(luò)連接、認(rèn)證、保密和電源管理等功能。近年來(lái)，802.11標(biāo)準(zhǔn)又?jǐn)U展出802.11b、802.11a、802.11g等系列，這些擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)采用的是不同的物理層標(biāo)準(zhǔn)，使通信速率提高到11Mbit/s、22 Mbit/s至54 Mbit/s，但它們對(duì)MAC層協(xié)議沒(méi)有重大改變。

2.2 新型數(shù)控中無(wú)線通信的具體實(shí)現(xiàn)方案

在新型數(shù)控體系結(jié)構(gòu)中，數(shù)控P D A 是通過(guò)IEEE802.11x 通信協(xié)議與車間服務(wù)器及機(jī)床控制器通信。根據(jù)機(jī)床控制系統(tǒng)的不同配置，其無(wú)線通信的實(shí)現(xiàn)方案也不同。主要有以下幾種：

(1) 數(shù)控PDA的無(wú)線模塊和單片機(jī)數(shù)控系統(tǒng)相連的無(wú)線通信接口電路;

(2) 數(shù)控PDA的無(wú)線模塊通過(guò)與傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的RS232/802.11轉(zhuǎn)換器相連接;

(3) 通過(guò)數(shù)控PDA的無(wú)線模塊與嵌入式機(jī)床控制器的802.11x無(wú)線網(wǎng)卡通信。

在單片機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中，通過(guò)一種基于單片機(jī)無(wú)線通訊接口電路來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)控PDA 與單片機(jī)的無(wú)線通信。這種單片機(jī)無(wú)線通訊接口電路是由Micrel公司推出的單片發(fā)射器芯片(MICRF102)和單片接受器芯片(MICRF007)組成。工作在國(guó)際通用ISM 頻段300～400MHZ，具有ASK 調(diào)制和解調(diào)能力，抗干擾能力強(qiáng)，非常適合于工業(yè)控制領(lǐng)域。同時(shí)它又具備頻率穩(wěn)定性好，接受靈敏度高，功耗底等優(yōu)點(diǎn)。可以方便數(shù)控PDA 與單片機(jī)之間的串行數(shù)據(jù)無(wú)線通信。其接口電路工作原理如圖4 所示。

對(duì)于傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，通常這些設(shè)備所提供的通信接口是普通的RS-232串行接口。如何使這些設(shè)備與數(shù)控PDA 通信呢?一個(gè)經(jīng)濟(jì)、快速的解決方案是，在傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的串行接口上外接一個(gè)RS-232/802.11轉(zhuǎn)換器，將數(shù)控設(shè)備的串口RS-232信號(hào)與無(wú)線通信信號(hào)相互轉(zhuǎn)換，使之符合IEEE 802.11x通信協(xié)議。它使數(shù)控設(shè)備與無(wú)線局域網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，有效地?cái)U(kuò)展了數(shù)控設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)通信能力，并且最終使固定的數(shù)控設(shè)備可以與自由移控動(dòng)的數(shù)控PDA實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信。

總而言之一種基于IEEE 802.11協(xié)議下的無(wú)線串口是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)字化制造的重要趨勢(shì)。二者間無(wú)線通信的實(shí)現(xiàn)，實(shí)際上可以看作是用無(wú)線模塊替代有線串口連接，亦既將兩個(gè)無(wú)線模塊組成的無(wú)線信道看成是一個(gè)兩端口的設(shè)備。對(duì)兩設(shè)備而言，串口通信時(shí)有線連接與無(wú)線連接的端子對(duì)應(yīng)關(guān)系是一樣的。用無(wú)線信道替代有線連接的通信程序編制也基本相同。