CN205356706U - 一种wia-pa无线手持设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种WIA-PA无线手持设备，包括手持平板和WIA-PA手持扩展板，所述手持平板和WIA-PA手持扩展板通过UART接口连接实现通信。本实用新型利用现有手持平板扩展WIA-PA手持扩展板的方式实现了WIA-PA无线设备的现场无线点对点连接，可进行设备的配置、维护、升级等操作。支持HARTModem接口，实现了接入HART环路设备的控制室直接维护功能，实现WIA-PA无线设备的无线维护和中控室维护，避免了工业现场维护的安全问题以及环境限制问题，保证了工业无线网络系统应用的开通和维护时的高效和安全。
Description
技术领域
本实用新型涉及WIA-PA无线通信领域，具体地说是一种WIA-PA无线手持设备。
背景技术
工业无线网络WIA-PA(WirelessNetworksforIndustrialAutomation-ProcessAutomation)技术是由中国科学院沈阳自动化研究所牵头研发的具有自主知识产权的传感器信息采集和传输的智能组网和高可靠、高安全无线通信技术，现已成为国家标准和IEC国际标准。
WIA-PA标准定义了主控计算机、网关、路由、现场设备、手持共5种设备，其中，手持设备可用于WIA-PA网络中设备的固件升级、配置参数等功能，在WIA-PA网络开通过程中有重要意义。
随着计算机技术和工业自动化的不断发展，工业无线的应用越来越广泛。工业无线网络应用中，WIA-PA无线设备开通时需要配置网络和设备参数后才能正常工作。无线设备多具备各种类型的有线配置接口，如UART、RS232接口等，使用这些接口配置时需要配合笔记本电脑应用，不便于操作；而且，受工业现场环境限制，有线配置接口可能无连接的空间。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型提供一种可应用于WIA-PA无线设备的无线手持设备，解决现场无线缆连接即可直接操作的问题。
本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种WIA-PA无线手持设备，包括手持平板和WIA-PA手持扩展板，所述手持平板和WIA-PA手持扩展板通过UART接口连接实现通信。
所述WIA-PA手持扩展板包括WIA-PA无线通信模块、调制解调模块、电源模块；其中，
调制解调模块通过UART接口连接WIA-PA无线通信模块，采集HART环路上的HART信号，将HART信号转换成数字信号，通过UART接口传输至WIA-PA无线通信模块；
WIA-PA无线通信模块一端通过UART接口连接手持平板，另一端通过内置天线进行无线数据收发；
电源模块为WIA-PA手持扩展板供电。
所述手持平板外设扩展接口，与所述WIA-PA手持扩展板通信。
所述调制解调模块HARTModem调制解调接口电路。
本实用新型具有以下有益效果及优点：
1.本实用新型利用现有手持平板扩展WIA-PA手持扩展板的方式实现了WIA-PA无线设备的现场无线点对点连接，可进行设备的配置、维护、升级等操作。
2.本实用新型支持HARTModem接口，实现了接入HART环路设备的控制室直接维护功能。
3.本实用新型实现WIA-PA无线设备的无线维护和中控室维护，避免了工业现场维护的安全问题以及环境限制问题，保证了工业无线网络系统应用的开通和维护时的高效和安全。
附图说明
图1是WIA-PA手持设备的总体架构框图；
图2是WIA-PA无线模块的接口原理图；
图3是WIA-PA手持扩展板WIA-PA无线模块原理框图；
图4是WIA-PA无线模块的无线主控制器电路原理图；
图5是WIA-PA无线模块的无线存储电路原理图；
图6是WIA-PA无线模块的无线射频收发电路原理图；
图7是WIA-PA无线模块的无线射频收发放大电路原理图；
图8是WIA-PA手持扩展板电源转换模块原理图；
图9是WIA-PA手持扩展板HARTModem调制解调模块原理图；
图10是WIA-PA手持设备工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的详细说明。
如图1所示为本实用新型的总体架构框图，主要由手持平板和WIA-PA手持扩展板组成，图中左侧框内有支持二次扩展的手持平板框图，右侧框内为WIA-PA手持扩展板设计框图。扩展板主要接口、电源变换、WIA-PA无线通信模块、HARTModem调制解调接口和内置天线部分。其中WIA-PA无线通信模块是扩展板的控制核心部分。
如图2所示为WIA-PA无线通信模块接口连接原理图。WIA-PA无线通信模块的外部接口主要包括与手持平板之间的UART串口(TXH、RXH)和与HARTModem调制解调电路的UART串口(TXD0、RXD0)和IO控制线，此外还包含程序下载接口、电源接口。
如图3所示为WIA-PA手持扩展板WIA-PA无线模块原理框图，主要包括天线连接器、射频收发放大电路、2.4GHz无线收发电路、MCU处理控制电路、存储电路和外部接口电路。
如图4所示为WIA-PA无线模块的无线主控制器电路原理图。控制器配合外部低速和高速晶振组成CPU小系统。WIA-PA无线通信模块控制器采用siliconlabs公司的型号为EFM32LG230F256芯片，带有三路UART串口、两路SPI接口、四路IO控制接口。
如图5所示为WIA-PA无线模块的无线存储电路原理图。使用一片串行EEPROM实现，支持写保护和HOLD控制功能，实现WIA-PA无线通信模块的存储功能。
如图6所示为WIA-PA无线模块的无线射频收发电路原理图，用于实现射频信号的收发，使用了TI公司的CC2520芯片和外部Balun转换电路。CC2520芯片是基于IEEE802.15.4协议的物理层芯片，外部Balun转换电路将CC2520射频输出的差分信号转换为单端50欧姆信号。
如图7所示为WIA-PA无线模块的无线射频收发放大电路原理图，采用RFaxis公司的RFX2401C芯片实现射频发射和接收信号的放大，射频接口为50欧姆单端信号，内部集成射频开发、功率放大器PA、低噪声放大器LNA，实现射频下行信号的功率放大和上行接收信号的放大，保证了无线通信的高发射功率和高接收灵敏度。
图8是WIA-PA无线手持扩展板的电源转换电路，使用一片TI公司的LDOTLV70233芯片实现5VDC至3.3VDC的直流电压变换。芯片外部电路简单仅需要输入端一颗10uF陶瓷电容和输出端一颗1uF陶瓷电容进行简单滤波处理即可。为提升手持设备的电池续航能力，该电源芯片支持使能EN端控制是否为扩展板供电，该EN引脚引入手持平板的扩展IO管脚，实现电源控制功能。
图9是WIA-PA无线手持扩展板的HARTModem调制解调接口电路原理框图。HART接口调制与解调使用Analog公司的HARTModem芯片AD5700实现，该芯片为低功耗设计，适用于电池供电的手持设备使用。AD5700与WIA-PA无线模块之间的接口有4条线，为串口通信的TXD、RXD数据线，检测到有效数据接收的CD线，和请求发送的RTS线。AD5700芯片配置为半双工模式、选择外部滤波器模式。为保证线路驱动能力，信号输出端HART_OUT增加了一片运放MCP6421。RTS控制输出端的开关，用于收发切换。发送时置开关于闭合，数据发送至HART环路，接收时置开关于打开，接收HART环路数据。该电路中包含了二级的瞬态抑制保护电路，出现瞬变尖峰时，124ohm电阻作为HART调制输出引脚的限流电阻。HART输入引脚由器件自身的150Kohm电阻提供保护，在输入端，该电阻作为一部分构成了推荐的外部滤波器电路。由一个75Kohm电阻和一个22Kohm电阻构成的分压器用于在HART调制输出开关的现场端保持0.75V直流偏置。选用了两级TVS瞬态抑制二极管保护电路。环路输入端处使用双向二极管以实现可接入HART环路中任意位置，该二极管电压选择40V；信号输入端接入10VTVS管用于防止瞬间的电压突变。
图10为WIA-PA防爆手持工作流程图，如图所示。用户在手持平板界面上打开WIA-PA无线手持应用软件，选择要连接的设备类型，如WIA-PA无线适配器、WIA-PA无线压力变送器等等符合WIA-PA标准且支持WIA-PA无线或HART有线配置的设备。手持扩展板的WIA-PA无线模块CPU根据选择的设备类型匹配数据通信端口，有线HART端口或无线WIA-PA端口，进而根据用户应用程序的操作进行数据通信。通信完成后，关闭应用程序时手持扩展板电源关闭。一次操作结束。
本实用新型通过现有手持平板电脑的扩展槽接口，研制支持WIA-PA设备配置的扩展板，集成至手持平板的扩展位置内，实现WIA-PA手持设备功能。具体实现包括：
WIA-PA手持设备支持通过WIA-PA无线通信方式连接现场的WIA-PA无线设备，并进行升级、配置、维护等功能；
WIA-PA手持设备支持100米范围内无线连接WIA-PA无线设备；
WIA-PA手持设备支持通过HART接口连接接入现场HART环路的无线设备，在中控室内进行配置即可，无需直接在仪表安装位置配置；
WIA-PA手持设备由手持平板和WIA-PA手持扩展板组成，WIA-PA手持扩展板包括WIA-PA无线通信模块、HARTModem调制解调模块、电源模块组成；
WIA-PA手持扩展板上的电源模块由LDO实现，解决扩展接口5V电源与3.3V电源之间的电源转换功能，具有使能控制引脚，不开启时可关断扩展板电源，延长手持平板的电池使用时间；
WIA-PA扩展板上的WIA-PA无线通信模块由无线射频芯片及射频放大电路组成，主要完成数字信号的调制解调及射频放大接收功能，将数字信号转换成2.4GHz～2.4835GHz的射频信号通过天线辐射到空间，同时接收空间微弱的射频信号，解调成数字信号；WIA-PA无线模块采用标准化模块设计，已集成了WIA-PA网络协议。
WIA-PA扩展板上的HARTModem调制解调模块实现解调4～20mAHART环路上的HART信号，将HART信号转换成数字信号，通过UART接口传输至WIA-PA无线通信模块的CPU；同时将CPU发出的数字信号调制成HART信号波形，通过WIA-PA手持设备的HART线缆叠加至4～20mA环路内，实现接入HART环路的WIA-PA无线设备的现场配置功能；
WIA-PA手持扩展板与手持平板之间的接口包含数据接口、电源接口和控制接口；数据接口为标准3.3VUART接口，电源接口为5V500mA电源接口，控制接口的3.3VIO控制接口，控制接口用于控制WIA-PA手持扩展板的电源；
Claims (4)
1.一种WIA-PA无线手持设备，其特征在于：包括手持平板和WIA-PA手持扩展板，所述手持平板和WIA-PA手持扩展板通过UART接口连接实现通信。
2.根据权利要求1所述的WIA-PA无线手持设备，其特征在于：所述WIA-PA手持扩展板包括WIA-PA无线通信模块、调制解调模块、电源模块；其中，
调制解调模块通过UART接口连接WIA-PA无线通信模块，采集HART环路上的HART信号，将HART信号转换成数字信号，通过UART接口传输至WIA-PA无线通信模块；
WIA-PA无线通信模块一端通过UART接口连接手持平板，另一端通过内置天线进行无线数据收发；
电源模块为WIA-PA手持扩展板供电。
3.根据权利要求1所述的WIA-PA无线手持设备，其特征在于：所述手持平板外设扩展接口，与所述WIA-PA手持扩展板通信。
4.根据权利要求1所述的WIA-PA无线手持设备，其特征在于：所述调制解调模块HARTModem调制解调接口电路。
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Cited By (1)
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| CN109493580A (zh) * | 2017-09-11 | 2019-03-19 | 奥维飞越通信有限公司 | 一种基于wia-pa多功能手持机控制系统 |
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2015
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