基于WIA-PA的工业无线手持设备的设计和综合实现

1、基于WIA-PA的工业无线手持设备的设计和综合实现1WIA-PA手持设备的总体方案设计WIA-PA手持设备的入网方案的确定WIA-PA手持设备的硬件设计与软件设计WIA-PA手持设备的测试1 研究背景2 我的工作3 总结与展望主要内容21 研究背景WIA-PA网络(1/1)星型拓扑结构星型结构星型和网状结合的拓扑结构星型结构网状结构WIA-PA已成为正式的IEC国际标准，现已进入实验应用阶段。3151 研究背景WIA-PA手持设备(1/1)在WIA-PA网络中， 手持设备可随机接入任何一个现有的簇单元，并与该簇的成员设备进行点对点通信。状态监视参数配置固件更新分发密钥组态手持设备415 面临的

2、问题问题一： WIA-PA手持设备的软硬件设计与实现方法问题二：WIA-PA手持设备如何接入WIA-PA网络问题三：如何提高WIA-PA手持设备的接入成功率 课题来源国家科技重大专项面向工业无线网络协议WIA-PA的网络设备研发1 研究背景问题及课题来源(1/1)5WIA-PA手持设备的总体方案设计672.1 WIA-PA手持设备的总体方案设计需求分析(1/1)随机接入功能在入网过程中随机接入任何一个现有的簇单元点对点通信功能 在任意时刻只能和一个设备通信显示和输入功能 显示设备信息，输入控制命令数据保存功能 用于保存重要数据82.1 WIA-PA手持设备的总体方案设计总体方案(1/1)WIA

3、-PA协议栈存储数据显示功能输入功能WIA-PA手持设备的入网方案9入网成功监听信标帧时间同步加入请求转发加入请求安全验证加入响应转发加入响应2.2 WIA-PA手持设备的入网方案入网过程(1/1)10Zidoff-Chu序列前导序列和退避算法u-ZC序列的根指数， - ZC序列的长度简单、高效如何提高接入成功率？随机接入技术高自相关特性低互相关特性较低的峰均比特性二进制指数退避算法(BEB)2.2 WIA-PA手持设备的入网方案随机接入(1/1)11WIA-PA手持设备的硬件设计12低功耗主控模块OLED显示模块键盘模块无线模块USB模块指示灯报警电路电源管理模块充电电路稳压电路电量计量电路

4、FSMCI/O串口1串口2I/OI/O2.3 WIA-PA手持设备的硬件设计方案设计(1/1)131.电源管理模块充电电路稳压电路电量计量功耗低效率高功耗低精度高功耗低2.3 WIA-PA手持设备的硬件设计原理图设计 (1/6)14电源开关功耗低2.3 WIA-PA手持设备硬件设计原理图设计 (2/6)2.主控模块复位电路时钟电路调试接口电源处理电路启动模式选择低功耗主控芯片152.3 WIA-PA手持设备硬件设计原理图设计 (3/6)3.无线模块UZ2420外部接口控制单元16全球第一款物联网芯片SPI4.显示模块AR_VDD=(R1/R2)+1*1.213AR_VSS=-(R4/R3)+1

5、*1.213功耗低精度高2.3 WIA-PA手持设备硬件设计原理图设计 (4/6)17S3S4S2S1S11S12S10S9S18S19S17S16S25S26S24S23S22S29S15S7R310KR410KR510KR610KESCSCANEnter向上OK向右挂机向下3F145789F3R710KS5S13S20S27R810KS6S14S21S28S8拨号向左126F2ALPHACTRLR11KR21KR111KR121KR141KR151KR161KR181KR191KR201KGNDR131KGNDLEDONR910KR1010K*0#F4FUNCR1710KS30VCC3.3

6、VLEDONVCC3.3Vrow1row2row3row4col1col2col3col4col5col6col7col8WKUPVCC3.3VWKUP1VCC3.3VQ19013D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10123456789101112131415161718P1PFC18-0.5C10.1uFC20.1uFGNDcol1col2col3col4col5col6col7col8row1row2row3row4GNDVCC3.3VS31VCC3.3VS32GNDVCC3.3VR2210KS33GNDVCC3.3VR2310KS34GNDVCC3.3VR2410KWKUP2PA1P

7、A11PA12WKUP2+-左2矩阵键盘独立键盘背光LED灯2.3 WIA-PA手持设备硬件设计原理图设计 (5/6)5.键盘模块18USB模块电源处理指示灯和报警电路2.3 WIA-PA手持设备硬件设计原理图设计 (6/6)6.其他模块192.3 WIA-PA手持设备的硬件设计PCB和实物图(1/1)主控模块USB模块电源管理模块无线模块OLED模块键盘模块20WIA-PA手持设备的软件设计212.4 WIA-PA手持设备的软件设计方案设计 (1/1)底层驱动：驱动底层硬件应用程序:实现各种控制功能222.4 WIA-PA手持设备的软件设计主程序 (1/1)232.4 WIA-PA手持设备的

8、软件设计 随机接入功能(1/1)为提高处理速度，采用ZC序列生成的加入请求前导序列被存储于EEPROM二进制指数退避算法242.4 WIA-PA手持设备的软件设计 点对点通信功能(1/1)监视设备运行状态25配置设备参数WIA-PA手持设备的测试262.5 WIA-PA手持设备的测试方案设计（1/1）27GB/T 18220-2012信息技术 手持式信息处理设备通用规范2.5 WIA-PA手持设备的测试电源测试（1/1）电源电压标称值(V)允许的直流电压(V)允许的纹波(mV)最小值最大值最小值最大值+3.3+3.135+3.465165+4.6+4.37+4.8392-4.4-4.62-4.

9、1888各电源电压的要求28电源精度高、纹波小，满足设计要求2.5 WIA-PA手持设备的测试基本功能测试（1/2）1.无线通信功能测试29可靠通信距离：60m2.功耗测试设备编号工作模式输出电压(V)输出电流(mA)输出功耗(mW)设备1运行状态3.5102.4358.40待机状态2.910.15关机状态0.010.04设备2运行状态3.894.3358.34待机状态3.011.40关机状态0.010.042.5 WIA-PA手持设备的测试基本功能测试（2/2）各模块的静态电流组成负载开关的漏电流功耗低301.测试平台2.5 WIA-PA手持设备的测试应用功能测试（1/3）312.随机接入功

10、能(1) 用户登录(2) 功能选择(3) 申请入网(4) 入网成功2.5 WIA-PA手持设备的测试应用功能测试（2/3）323.监视设备运行状态和配置设备参数(1) 设备运行状态2.5 WIA-PA手持设备的测试应用功能测试（3/3）(2) 配置设备参数331.高低温测试温度工作0+40储存运输-20+55相对湿度工作40%90%储存运输20%90%(40)GB/T 18220-2012信息技术 手持式信息处理设备通用规范2.5 WIA-PA手持设备的测试性能测试（1/3）温度()相对湿度(%)设备是否上电工作手持设备是否正常+6030是正常90正常-200是正常0正常+6510否正常90正

11、常-250否正常0正常 工作的温度()：-20+60 储存运输的温度()：-25+65 工作的相对湿度(%): 3090储存运输的相对湿度(%) : 109034满足规范要求2.射频电磁场辐射抗扰度测试水平极化垂直极化试验等级试验场强(V/m)手持设备是否正常工作11V/m正常23V/m正常310V/m正常手持设备的射频电磁场辐射抗扰度能够达到的严酷等级为3级，能够在典型的工业环境中使用2.5 WIA-PA手持设备的测试性能测试（2/3）35等级电压(KV)方向手持设备是否正常工作1级2正极正常负极正常2级6正极正常负极正常3级8正极正常负极正常3.静电放电抗扰度测试等级电压(KV)方向手持设备是否正常工作1级2正极正常负极正常2级4正极正常负极正常3级6正极正常负极正常接触放电2.5 WIA-PA手持设备的测试性能测试（3/3）手持设备的静电放电抗扰度测试能够达到的严酷等级为3级，能够在典型的工业环境中使用空气