基于WirelessHART协议的工业无线监控节点设计

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1、基于WirelessHART协议的工业无线监控节点设计白夫文，尹长川(北京邮电大学信息与通信工程学院，北京100876)摘要：木文设计了一种无线监控节点。该节点采用WirelessHART协议，具有低功耗、高可靠性的特点，主要应用于工业现场数据采集，并将数据通过无线监控节点组成的MESH网络发送到监控网关。节点山MSP430系列低功耗单片机做主控单元，M2510模块做无线组网和数据收发单元。本文给出了该无线监控节点的硬件实现和程序设计流程。关键词：无线通信技术；无线监控节点；MSP430；WirelessHART中图分类号：TN92DesignofIndustria

2、lWirelessMonitoringNodeBasedonWirelessHARTBAIFuwen,YINChangchuan(SchoolofInformationandCommunicationEngineering,BeijingUniversityofPostsandTelecommunications,Beijing100876)Abstract:Inthispaper,wedesignaWirelessMonitoringNodebasedonWirelessHART.Withitslowpowerconsumptionandhighreliabili

3、ty,itisMainlyusedinindustrialfieldacquisitionwhereaWirelessHARTMESHnetworkisbuiltandallnodessendfielddatatoacentralgateway.AlowpowerMSP430MCUisusedascontrolunitandM2510aswirelessnetworkinganddatatransceiverunit.Westartfromputtingforwardaoverallschemeofthenode,thenpresentthewirelessmoni

4、toringnodehardwarerealizationanditsprogramflow・Keywords:WirelessCommunicationTechnology;WirelessMonitoringNode;MSP430;WirelessHART0引言传统的工业监控设备采用冇线信号传输方式，采用有线的传输方式在工业现场暴露出许多弊端，如组网不够灵活、成木高、布线受工业现场环境影响严重等。随着短距离无线通信技术的发展和口渐成熟，工业现场设备也由有线传输方式发展到无线方式。WirelessHART协议由美国Rosement公司的HART协议发展而来，用于满

5、足工业现场监控设备应用屮可靠、稳定和安全的无线通信的关键要求。WirelessHART协议通过使用TDMA和跳频技术来控制网络设备间的通信山。同时，采用设备描述的方法描述现场设备的变量、命令集和操作方法等仪表外部特征，极大增强了设备间的互操作性。由于采用了深度唾眠和功耗优化，WirelessHART现场设备通信模块功耗极低，即使采用电池供电也可工作数年，极大的扩展了现场设备的应用范围和使用寿命。本设计采用MSP430系列低功耗单片机⑵和DustNetworks公司的SmartMeshIA510系列无线通信模块M2510m给出了一种低功耗的现场监控设备的实现。该方案具

6、有功耗极低、独立于传感器等现场监控设备，却又易于嵌入的特点，广泛适用于工业现场监控设备。作者简介：白夫文(1987—)，男，北京邮电大学在读研究生，主要研究方向：无线通信系统与网络通信联系人：尹长川(1968-)»男，教授，主要研究方向：无线通信系统与网络・E-mail:ccyin@b叩t.edu.cn401无线监控节点总体方案与结构近年來，短距离无线通信技术发展迅速⑷，如红外(InfraredRed)＞蓝牙、UWB、Wi-FiZigBee等。红外技术通信传输速率高但是距离短、角度小，并且无法实现点对多点的连接；蓝牙技术克服了点对多点的连接限制，但其最大支持的连接节

7、点数仍然很小，不能满足大规模组网的要求；UWB技术和Wi-Fi技术对功耗的要求都和对较高；ZigBee技术⑸综合平衡45了网络容量、节点功耗和通信距离三者，具有较广泛的应用前景，但在工业监控领域中可靠、稳定和安全方面还存在一些问题。WirelessHART协议的诞生之初就是为满足流程工业中可靠、稳定和安全的无线通信。WirelessHART协议具冇优秀的可用性和继承性，能与原有仪表和控制系统完全兼容，任何基于HART的设备都可以保留，并继续使用⑹。每个WirelessHART网络主要山三个部5()分组成：现场无线设备、厂级网关和用于配置、管理、监控和调度的网管软