多功能、便攜式以及通用手持設備成為許多工廠的需求。這種便攜式手持設備能在工廠的各個地點有效的傳送傳感器數據，處理設定值、運行速度、運行進度和其它重要運行信息。而且這些便攜式手持設備需要顯示所連接設備的實時數據。
在有效控制成本同時把需要的功能嵌入這類設備對設計者是一種挑戰，設備要求具有無線連接功能，數據處理功能同時還要滿足方便攜帶的要求，這些設計都將增加成本支出。
設備需要足夠強大的微控制器和足夠大的存儲器以支持無線網絡和以太網兩種協議，以及2個串行通訊接口與無線網絡和以太網收發器通訊。 系統設計
本文從理論的角度向讀者闡述16位微控制器(MCUs)如何支持工廠手持設備的無線局域網功能。通過介紹這個便攜式智能設備的設計步驟向讀者展示如何兼容以太網和無線網絡協議，以及嵌入技術決策對綜合性能的影響。
與傳統大型工業移動設備相比，這種手持設備具有低功耗、高耐用性、設計更加緊湊、便于攜帶的特點。設備的系統圖表明了微控制器的選擇決定了設備的形態和連接能力。
比如，手持設備必須能運行以太網和無線網絡兩種協議才能在工廠的任何地方連接，所以設計系統時需要選擇的微控制器具有足夠強大數據處理性能和存儲功能以支持兩種協議。
其次，你需要確定選擇的微控制器配置有合適的外設接口。設備設計需要2個串行外設接口(SPI)便于與無線網絡和以太網收發器進行通訊。還需要一個并行接口去驅動液晶顯示器和(或)鍵盤。儀表設計必需非常緊湊，同時還需融合串、并行接口，以滿足信號路由的靈活性，這是設計中的重點。
在這項設計里，輕巧的便攜設備通過無線網絡與存儲數據的基站連接。 無線網絡標準
為了能實現最簡單的便攜式設計，手持設備需要和基站連接，基站接受、處理所有手持設備傳送的數據和命令。設備和基站通訊主要通過無線網絡協議，如微芯科技的開放MiWi無線協議。此協議用來支持傳感和控制應用，它是建立在IEEE 802.15.4低速率無線個人區域網（WPAN）標準之上的。
IEEE 802.15.4無線網絡標準定義了3個頻段，每個頻段有固定的通道數量和最大的數據通訊速率：2.4GHZ(16通道，250kbps)，915MHZ(10通道，40kbps)，868MHZ(1通道，20kbps)。
IEEE 802.15.4標準還定義了若干設備，其中包括個人網(PAN)協調器。PAN協調器初始化網絡，選擇網絡的通道和PAN ID號。所有想連入PAN的設備都必須向PAN協調器發出接入請求。在這個系統中，基站充當PAN協調器，處理與作為網絡的末端節點手持設備之間的通訊。
簡單的網絡協議，如MiWi協議，允許設計者在IEEE 802.15.4協議2.4G頻段基礎上迅速建立無線網絡解決方案。(媒介存取控制層和物理層建立在同樣的IEEE 802.15.4協議之上) MiWi協議的網絡層和應用層使設備能夠尋找、組織、連接網絡的功能，能發現網絡上的節點并且向其發送和接受數據包。MiWi協議在一個網絡中最大能支持1024個節點。
這種便攜式設備不能和數據采集(DAQ)系統混為一談，數據采集系統的功能是采集工廠中傳感器的數據。數據采集系統可能是如可編程序控制器(PLC)這樣的設備，它連接在局域網或其它工業通訊接口上。
如系統塊圖上所示，基站在手持設備和數據采集系統之間傳輸數據。手持設備是一個數據傳輸系統，數據根據應用需要，以特定意義的格式進行傳輸。
以基站為中心的系統設計能同時處理多個不同級別的用戶使用需求。比如，設計者能將用戶分門別類，允許一部分用戶處理重要數據，而限制其它普通用戶權限，使他們只能查看普通數據。 數據處理能力和連接性
我們的手持設備設計了3種通訊方式：通過MiWi協議與基站的無線連接；以太網連接；圖形界面。作為這種設計的一部分，利用一臺計算機工作站為基站提供數據服務(同時也處理連接在以太網上的手持設備數據)，基站可以通過MiWi協議及無線網絡傳輸數據。在這種情況下基站充當了“MiWi路由器”的作用。
另一種方案是基站從工廠以太網設備或網絡數據庫中獲取數據，再通過MiWi和以太網傳輸到手持設備。基站還能把軟件更新傳輸到網絡的每個手持設備。
基于這些設計的考慮，采用一個16位微控制器是合理的選擇，它不僅能滿足數據處理能力的要求而且提供足夠的外設支持。為了滿足便攜性，選擇28針腳封裝。有了這種微控制器和必要的外設就可以連接約6個按鈕或帶按鍵的觸摸屏。觸摸屏的顯示數據可以存儲在微控制器的閃存中，也可以存儲在擴展閃存芯片中，無論存在哪里，數據都可以通過并行總線進行引用。 了解16位微控制器
一些最新的16位微控制器非常適合這類設計。例如，Microchip的PIC24FJ64GA004系列微控制器具有這類設備需要的高靈活性、體積小和低功耗的特點。此外，該微控制器還配有并行主接口(PMP)，這是一種通用并行數據接口帶有可配置控制線，因此系統能夠連接任何帶并行數據接口的設備，能夠驅動任何帶并行數據接口的液晶顯示器。微控制器的外設針腳映射選擇功能(PPS)能通過軟件把外設映射到輸入輸出針腳以減少輸入輸出通道。
大多數16位微控制器能滿足節能型便攜式手持設備的設計。比如16位微控制器通常能支持3種電源節能模式：在休眠模式下，關閉微控制器和時鐘頻率；在空閑模式下，關閉微控制器但外設仍在運行；在待機模式下，允許時鐘頻率和外設運行在不同的速率上。另外，還能控制片上調節器的開關，這樣微控制器只需2節AA電池或一節鋰電池就能工作。
工業現場配備這種便攜式手持設備的成本要比升級各種工業PDA便宜許多。相比PDA，手持設備沒有花哨的功能也用不著花大價錢構建網際協議，但它們依然功能強大，能夠有效提高生產能力。而且它們完全為工業應用而設計，拋棄了消費電子產品的外殼，換而采用更適合工業現場的外殼保護。
注意：PIC和MiWi是Microchip Technology Inc的專利注冊商標。文中其它專利也屬其各自公司的財產。 |
