如同今天的許多通用單片機(jī)（ＭＣＵ）已經(jīng)把ＵＳＢ、ＣＡＮ和以太網(wǎng)作為標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)集成在芯片內(nèi)部一樣，越來越多的無線網(wǎng)絡(luò)芯片和無線網(wǎng)絡(luò)解決方案也在向集成ＳｏＣ　方向發(fā)展，比如代產(chǎn)品，Ｎｏｒｄｉｃ公司ｎＲＦ９０５，Ｃｈｉｐｃｏｎ公司ｃｃ１０１０　他們集成了８０５１兼容的單片機(jī)．這些無線單片機(jī)適合一般的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的私有網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，如單一產(chǎn)品的遙控器和抄表裝置等。無線通訊技術(shù)給智能裝置的互連互通提供了便捷的途徑，工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)作為面向工業(yè)和家庭自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也正在向著智能，標(biāo)準(zhǔn)和節(jié)能方向發(fā)展。

　　典型的工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)

　　目前在工業(yè)控制和消費(fèi)電子領(lǐng)域使用的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有ＺｉｇＢｅｅ、無線局域網(wǎng)（Ｗｉ－Ｆｉ）、藍(lán)牙（Ｂｌｕｔｏｏｔｈ）、ＧＰＲＳ通用分組無線業(yè)務(wù)、?。桑樱?、ＩｒＤＡ等，　未來還能有３Ｇ、超寬頻（ＵＷＢ）、無線ＵＳＢ、Ｗｉｍａｘ等?！‘?dāng)然還有大量的私有和專用無線網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)控制和消費(fèi)電子裝置中使用，其中ＺｉｇＢｅｅ、ＧＰＲＳ是在目前在國內(nèi)工業(yè)控制中討論和使用比較多的兩種，藍(lán)牙和無線局域網(wǎng)是在消費(fèi)電子產(chǎn)品如手機(jī)、耳機(jī)、打印機(jī)、照相機(jī)和家庭中小企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中廣泛使用的無線協(xié)議（個(gè)別工業(yè)產(chǎn)品也有應(yīng)用，如無線視頻監(jiān)控和汽車音響系統(tǒng)），當(dāng)然私有無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和產(chǎn)品在工業(yè)也有很多的應(yīng)用。

　?。冢椋纾拢澹迨且粋€(gè)低功耗、短距離和低速的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，工作在２．４ＧＨｚ國際免執(zhí)照的頻率，在ＩＥＥＥ標(biāo)準(zhǔn)上它和無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙同屬８０２家族中的無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，?。冢椋纾拢澹迨怯袃刹糠纸M成，物理和鏈路層符合ＩＥＥＥ８０２．１５．４，　網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用層符合ＺｉｇＢｅｅ聯(lián)盟的規(guī)范。ＺｉｇＢｅｅ聯(lián)盟（ｗｗｗ．ｚｉｇｂｅｅ．ｏｒｇ）是在２００２年成立的非盈利組織，有包括ＴＩ、霍尼威爾、華為在內(nèi)兩百多家成員，?。冢椋纾拢澹迓?lián)盟致力推廣兼容８０２．１５．４和ＺｉｇＢｅｅ協(xié)議的平臺(tái)，　制定網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用架構(gòu)的公共規(guī)范，希望在樓宇自動(dòng)化、居家控制、家用電器、工業(yè)自動(dòng)控制和電腦外設(shè)等多方面普及ＺｉｇＢｅｅ標(biāo)準(zhǔn)。

　　ＧＰＲＳ是在現(xiàn)有的ＧＳＭ　網(wǎng)絡(luò)發(fā)展出來的分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)，它工作在標(biāo)準(zhǔn)的ＧＳＭ頻率，由于是一個(gè)分組交換系統(tǒng)，它適合工業(yè)上的突發(fā)，少量的數(shù)據(jù)傳輸，還因?yàn)椋牵樱途W(wǎng)絡(luò)覆蓋廣泛，永遠(yuǎn)在線的特點(diǎn)，ＧＰＲＳ特點(diǎn)適合工業(yè)控制中的遠(yuǎn)程監(jiān)控和測量系統(tǒng)。在工業(yè)控制應(yīng)用中ＧＰＲＳ　芯片一般是以無線數(shù)傳模塊形式出現(xiàn)的，它通過ＲＳ２３２全雙工接口和單片機(jī)連接，軟件上這些模塊都內(nèi)置了ＧＰＲＳ，ＰＰＰ和ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議，單片機(jī)側(cè)通過ＡＴ指令集向模塊發(fā)出測試，連接和數(shù)據(jù)收發(fā)指令，ＧＰＲＳ模塊通過中國移動(dòng)ｃｍｎｅｔ進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)和其他終端或者服務(wù)器通訊。目前市場常見的模塊有西門子Ｇ２４ＴＣ４５、ＴＣ３５ｉ，飛思卡爾Ｇ２４，索愛ＧＲ４７／４８，　還有Ｗａｖｅｃｏｍ　的集成了ＡＲＭ９核的ＧＰＲＳ?。樱铮媚KＷＭＰ５０／１００。ＧＰＲＳ模塊有區(qū)分自帶ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議和不帶協(xié)議兩種，一般來講，如果是單片機(jī)側(cè)有嵌入式操作系統(tǒng)和ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議支持的話或者應(yīng)用的要求只是收發(fā)短信和語音功能的話，可以選擇不帶協(xié)議的模塊。

　　無線單片機(jī)

　　先進(jìn)的ＳｏＣ技術(shù)正在無線應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。德州儀器收購了Ｃｈｉｐｃｏｎ公司以后發(fā)布的ＣＣ２４３０　是市場上首款ＳｏＣ的ＺｉｇＢｅｅ單片機(jī)，　見圖１，它把協(xié)議棧ｚ－ｓｔａｃｋ集成在芯片內(nèi)部的閃存里面，　具有穩(wěn)定可靠的ＣＣ２４２０收發(fā)器，增強(qiáng)性的８０５１內(nèi)核，８ＫＲＡＭ，外設(shè)有Ｉ／Ｏ　口，ＡＤＣ，ＳＰＩ，ＵＡＲＴ　和ＡＥＳ１２８　安全協(xié)處理器，三個(gè)版本分別是３２／６４／１２８Ｋ的閃存，以１２８Ｋ為例，扣除基本ｚ－ｓｔａｃｋ?yún)f(xié)議還有３／４的空間留給應(yīng)用代碼，即使完整的ＺｉｇＢｅｅ協(xié)議，還有近１／２的空間留給應(yīng)用代碼，這樣的無線單片機(jī)除了處理通訊協(xié)議外，還可以完成一些監(jiān)控和顯示任務(wù)。這樣無線單片機(jī)都支持通過ＳＰＩ或者ＵＡＲＴ與通用單片機(jī)或者嵌入式ＣＰＵ結(jié)合?！。玻埃埃改辏丛掳l(fā)表ＣＣ２４８０新一代單片ＺｉｂＢｅｅ處理器就展示出和ＴＩ?。停樱校矗常啊⊥ㄓ玫牡凸膯纹瑱C(jī)結(jié)合的例子。

　　圖１?。茫茫玻矗常皯?yīng)用電路

　　工業(yè)控制領(lǐng)域的另一個(gè)芯片巨頭——飛思卡爾的單片ＺｉｇＢｅｅ處理器ＭＣ１３２１Ｘ的方案也非常類似，集成了ＨＣ０８單片機(jī)，?。保叮常玻叮矗恕￠W存，外設(shè)有ＧＰＩＯ，?。桑玻煤停粒模茫≤浖牵拢澹澹螅簦幔悖搿f(xié)議，只是多４Ｋ　ＲＡＭ　對(duì)于更多的任務(wù)顯得小了些。但是憑借３２位單片機(jī)Ｃｏｌｄｆｉｒｅ和系統(tǒng)軟件方面經(jīng)驗(yàn)和優(yōu)勢，　飛思卡爾在滿足用戶應(yīng)用的彈性需求方面作的更有特色，它率先能夠提供從低－中－高各個(gè)層面的解決方案，見圖２。

　　圖２　飛思卡爾ＺｉｇＢｅｅ解決方案

　　以Ｗａｖｅｃｏｍ　為代表的ＧＰＲＳ?。樱铮脽o線單片機(jī)同時(shí)在演繹著ＧＰＲＳ無線處理器的革命，　如ＷＭＰ５０是一個(gè)帶有四頻ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)無線通訊工業(yè)處理器，內(nèi)置了ＡＲＭ９?。茫校铡。С郑保玻福恕￠W存，１２８Ｋ?。遥粒汀?，　外設(shè)有１１個(gè)ＧＰＩＯ，Ｉ２Ｃ，ＳＰＩ，５Ｘ５鍵盤，２個(gè)ＵＡＲＴ，ＵＳＢ?。玻啊〔⒖?，ＡＤＣ，ＤＡＣ　等。ＷＭＰ５０內(nèi)部有一個(gè)可強(qiáng)制的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，它支持應(yīng)用任務(wù)工作在比ＧＰＲＳ任務(wù)高優(yōu)先級(jí)的方式，即能保證控制響應(yīng)要求?！】傊疅o論是ＧＰＲＳ無線單片機(jī)，還是ＺｉｇＢｅｅ單片機(jī)都在朝著更低成本，更標(biāo)準(zhǔn)化和更高性能的方向發(fā)展。２００７年４月，后起之秀ｊｅｎｎｉｃ　推出了５美元ｚｉｇｂｅｅ／ＩＥＥＥ８０２．１５．４參考設(shè)計(jì)，這個(gè)價(jià)格是包括了ＪＮ５１３９３２位無線單片機(jī)ＰＣＢ天線設(shè)計(jì)和其他輔助器件的ＢＯＭ成本，據(jù)稱ＲＦ性能能夠達(dá)到１公里的距離。

　　無線單片系統(tǒng)

　　無線單片機(jī)配合Ｃ語言開發(fā)調(diào)試工具可以勝任一個(gè)傳輸或者接收模塊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，比如使用ＣＣ２４３０，ＩＡＲ公司?。澹恚猓澹洌洌澹洹。鳎铮颍耄猓澹睿悖琛。ǎ牛祝┚幾g調(diào)試工具和ＴＩ公司ｚ－ｓｔａｃｋ的ｓｉｍｐｌｅＡＰＩ　設(shè)計(jì)的一個(gè)無線傳感節(jié)點(diǎn)，用戶可以使用針對(duì)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的ＴｉｎｙＯＳ，或者ｕｃ／ＯＳ－ＩＩ，或者不使用嵌入式操作系統(tǒng)，再比如無線遠(yuǎn)程抄表終端，你可以使用ＭＳＰ４３０或者ＣＹＧＮＡＬ?。茫福埃担被蛘撸龋茫埃竼纹瑱C(jī)和一顆無線數(shù)傳模塊，如Ｇ２４，開發(fā)工具可以使用ＫＥＩＬ　ＩＤＥ　或者ＩＡＲ?。牛祝矗常埃福埃担保蛘呤牵悖铮洌澹鳎幔颍颍铮?，　?。牵玻磧?nèi)置了ＴＣＰ／ＩＰ和ＧＰＲＳ協(xié)議，通過使用ＡＴ指令的測試，接入互聯(lián)網(wǎng)，連接服務(wù)器，收發(fā)數(shù)據(jù)的操作完成ＧＰＲＳ無線通訊的任務(wù)。單片機(jī)通過傳感器完成電表數(shù)據(jù)采集任務(wù)。但是如果你計(jì)劃設(shè)計(jì)一個(gè)智能家居的通訊節(jié)點(diǎn)的時(shí)候，這樣的無線單片機(jī)就不能夠滿足需求了，因?yàn)檫@樣的節(jié)點(diǎn)除了它們是通過ＺｉｇＢｅｅ網(wǎng)絡(luò)采集室內(nèi)環(huán)境?。ㄈ鐪囟龋瑵穸龋?，電、水和氣三表的數(shù)據(jù)，家用電器開關(guān)和家庭安全報(bào)警外，　另外一個(gè)很重要的功能是這個(gè)節(jié)點(diǎn)還應(yīng)該通過有線以太網(wǎng)絡(luò)，或者無線Ｗｉ－Ｆｉ網(wǎng)絡(luò)連接家庭服務(wù)器，這個(gè)服務(wù)器是家庭ＰＣ、電視、錄像，音響的，智能家居的通訊節(jié)點(diǎn)、家庭服務(wù)器和互聯(lián)網(wǎng)（小區(qū)寬帶）路由器組成一個(gè)家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

　　要設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)這樣的通訊節(jié)點(diǎn)是需要一定的系統(tǒng)軟件支撐和一定開銷的處理器能力，因?yàn)樗枪I(yè)裝置，　它的可靠性、安全性、功耗和易操作要求就比家用電器嚴(yán)格得多，目前看到的設(shè)計(jì)方法有這樣兩種，　一種是使用一個(gè)大規(guī)模的嵌入式操作系統(tǒng)，如Ｌｉｎｕｘ、ＷｉｎＣＥ，它們有良好的網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)支持能力，代價(jià)是需要一個(gè)ＡＲＭ９　以上ＭＭＵ嵌入式處理器，３２Ｍ以上存儲(chǔ)空間和３２Ｍ以上執(zhí)行空間（ＷｉｎＣＥ要求可能還更高），比如業(yè)內(nèi)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)公司Ｃｒｏｓｓｂｏｗ的ｉｍｏｔｅ２?。▍R聚節(jié)點(diǎn)）使用Ｍａｒｖｅｌｌ?。矗保丁。停龋　。校兀粒玻罚薄√幚砥骱鸵粋€(gè)ＴＩ　公司ＺｉｇＢｅｅ收發(fā)器，這樣的設(shè)計(jì)好處是明顯的，但是隨即可能的問題是如何控制好系統(tǒng)的功耗和可靠性，工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)多數(shù)安放在一個(gè)無人值守場地，還可能是一個(gè)惡劣自然環(huán)境，無論是開源Ｌｉｎｕｘ，商業(yè)嵌入式Ｌｉｎｕｘ，還是ＷｉｎＣＥ電源管理技術(shù)都還不很完善，系統(tǒng)引導(dǎo)和恢復(fù)的功能和時(shí)間都還不能完全滿足工業(yè)控制應(yīng)用的要求。取而代之的另外一種方式是目前多家ＭＣＵ半導(dǎo)體公司推薦的方案；硬件是ＳＴ、?。危兀小〉模粒遥汀纹瑱C(jī)和?。疲颍澹澹螅悖幔欤濉。悖铮欤洌妫椋颍濉纹瑱C(jī)，比如ＭＣＦ５２３３５，　系統(tǒng)軟件是Ｉｎｔｅｒｎｉｃｈｅ　公司和Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ合作的Ｎｉｃｈｅｌｉｔｅ?。悖铮欤洌妫椋颍濉。裕茫校桑小。蹋椋簦濉∫粋€(gè)針對(duì)ｃｏｌｄｆｉｒｅ的輕量級(jí)的嵌入式ＴＣＰ／ＩＰ　軟件，它包含了ＴＣＰ，ＵＤＰ，ＩＣＭＰ，ＤＨＣＰ（用戶端），ＴＦＴＰ和一個(gè)簡單的非搶占的ＲＴＯＳ（ｗｗｗ．ｆｒｅｅｒｔｏｓ．ｃｏｍ），大約只有２０Ｋ的代碼，加上Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ的Ｗｅｂ?。螅澹颍觯澹颉?，Ｆｌａｓｈ　文件系統(tǒng)，　對(duì)于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)匯聚點(diǎn)應(yīng)用是可以滿足的了。當(dāng)然如果這些的軟件模塊還不能滿足應(yīng)用的要求，Ｉｎｔｅｒｎｉｃｈｅ　還有ＰＰＰ，ＳＮＭＰ，ＤＨＣＰ（服務(wù)器），ＦＴＰ服務(wù)器，ＩＰＳＥＣ，ＲＴＰ等模塊選擇，甚至升級(jí)到全功能版本的ｎｉｃｈｅｓｔａｃｋ。ＳＴ?。粒遥汀ⅲ危兀小。蹋校脝纹瑱C(jī)　也有基于Ｎｉｃｈｅｌｉｔｅ類似的解決方案?！∵@個(gè)方案的好處是ＭＣＵ可以使用低主頻的ＡＲＭ／ｃｏｌｄｆｉｒｅ　Ｆｌａｓｈ　單片機(jī)，起到降低功耗和增加可靠性作用，系統(tǒng)軟件由半導(dǎo)體公司授權(quán)給用戶，這樣用戶只要購買常規(guī)的單片機(jī)開發(fā)工具，如ＩＡＲ?。牛?，ＡＲＭ?。停模耍茫铮洌澹鳎幔颍颍椋铮蚓涂梢酝瓿梢粋€(gè)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)任務(wù)，開發(fā)難度和產(chǎn)品整體核算成本要低。

　　更近一步的看，傳統(tǒng)的單片機(jī)正在大踏步的進(jìn)入工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的各個(gè)方面，除了前面的ＳｏＣ單芯片無線單片機(jī)外，比如近ＴＩ　的ＳｉｍｐｌｉｃＴＩ　，一種ＴＩ私有的射頻網(wǎng)絡(luò)，也可以說是一種簡化的ＺｉｇＢｅｅ網(wǎng)絡(luò)方案。比較起?。冢椋纾拢澹鍏f(xié)議，ＳｉｍｐｌｉｃＴＩ支持點(diǎn)－點(diǎn)和星型網(wǎng)絡(luò)，代碼只有４Ｋ，結(jié)構(gòu)和使用都很簡單，一顆ＴＩ?。停樱校矗常啊。保段粏纹瑱C(jī)加上ＲＦＣＣ１１００／ＣＣ２５００就可以組成一個(gè)煙感，瓦斯泄漏報(bào)警和抄表節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，?。樱椋恚穑欤椋悖裕伞〉拈_發(fā)目前還是一個(gè)典型的單片系統(tǒng)，使用ＩＡＲ?。牛祝矗常肮ぞ?，ＲＦ　協(xié)議軟件和庫程序都是由ＴＩ　提供源代碼，ＳｉｍｐｌｉｃＴＩ的ＡＰＩ　只有６個(gè)函數(shù)；初始化，連接和監(jiān)聽，發(fā)送和接受，配置，配置參數(shù)簡單明了，包括有頻率，安全令牌，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌c(diǎn)－點(diǎn)、星型），電源管理和內(nèi)存分配。瑞典ＩＡＲ公司近移植Ｐｏｗｅｒｐａｃｋ?。遥裕希印『椭С郑停樱校矗常皢纹瑱C(jī)的開發(fā)，這使得在ＲＴＯＳ支持下４３０無線節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)功能可以再復(fù)雜些，設(shè)計(jì)的彈性也大。圖３是ＳｉｍｐｌｉｃＴＩ開發(fā)板，ｃｈｉｐｃｏｎ?。颍幔洌椋铩。椋睿簦澹颍妫幔悖濉∧憧梢园惭bＣＣ１１００／２５００器件。ＴＩ資料顯示，未來ＳｉｍｐｌｉｃＴＩ　還支持ＣＣ２４３０這樣的ＺｉｇＢｅｅ無線單片機(jī)　升級(jí)ＣＣ２４３０支持ＳｉｍｐｌｉｃＴＩ還意味著ＴＩ對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)支持更加寬泛和靈活，升級(jí)換代方便了。

　　圖３　?。樱椋恚穑欤椋悖裕砷_發(fā)板

　　結(jié)語

　　無線技術(shù)是未來嵌入式系統(tǒng)發(fā)展快速的領(lǐng)域之一，單片機(jī)是嵌入式和工業(yè)控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的部件，ＳｏＣ和微電子制造工藝的發(fā)展推動(dòng)單片機(jī)的變革，無線技術(shù)和應(yīng)用是單片機(jī)發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)，是包括ＴＩ，Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ，ＳＴ，ＮＸＰ，Ａｔｍｅｌ，Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ　這些工業(yè)芯片半導(dǎo)體巨頭和無線公司Ｅｍｂｅｒ，Ｊｅｎｎｉｃ，Ｎｏｒｄｉｃ角琢的重要舞臺(tái)?！o論是把射頻器件和單片機(jī)集成在一起的ＳｏＣ無線單片機(jī)，還是單片機(jī)加上射頻器件或者射頻單片機(jī)的無線單片系統(tǒng)，都將嵌入在在未來形形色色電子設(shè)備里。工業(yè)控制系統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)由于其行業(yè)的特殊性，決定選擇一種無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的因素很多，如通訊范圍、環(huán)境干擾、連接方式、速率和功耗等，但會(huì)逐漸的從私有模式向通用方向邁進(jìn)。正如今天我們看到的以太網(wǎng)和ＣＡＮ總線是新一帶工業(yè)設(shè)計(jì)的主流網(wǎng)絡(luò)一樣，在工業(yè)控制系統(tǒng)里采用標(biāo)準(zhǔn)無線網(wǎng)絡(luò)，比如今天我們能夠看到的ＺｉｇＢｅｅ，ＧＰＲＳ，Ｗｉ－Ｆｉ，　Ｂｌｕｔｏｏｔｈ的應(yīng)用將越來越多，未來將是大勢所趨。

　　但是，需要指出的是，在某些特殊的環(huán)境和條件下，短波和衛(wèi)星通訊方式依然在工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)中使用，比如此次四川汶川地震后水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)，就是由北斗衛(wèi)星，衛(wèi)星終端，傳輸設(shè)備和太陽能供電裝置組成，實(shí)現(xiàn)了在地震災(zāi)區(qū)這樣基本通訊方式無法保證的環(huán)境下，遠(yuǎn)程工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備正常工作。

　　請(qǐng)登陸: 維庫電子市場網(wǎng)（www.hbjingang.com） 瀏覽更多信息