引言

EPA（Ethernet for Plant Automation）標(biāo)準(zhǔn)是一種基于以太網(wǎng)、無線局域網(wǎng)和藍(lán)牙等信息網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，適用于工業(yè)自動化控制系統(tǒng)裝置與儀器儀表間、工業(yè)自動化儀器儀表相互間數(shù)據(jù)通信的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)。

802.11b是一種靈活的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，使用無線射頻（RF）技術(shù)越空收發(fā)數(shù)據(jù)，減少使用線纜的連接，因此802.11b無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)既可達(dá)到建設(shè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的目的，又可讓設(shè)備自由安排和隨意移動。802.11b協(xié)議的這些特點(diǎn)使它在工業(yè)控制領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景，不僅能實(shí)現(xiàn)工業(yè)遙控、遙調(diào)、遙測功能，而且還能實(shí)現(xiàn)對工控現(xiàn)場遠(yuǎn)程圖像實(shí)時(shí)監(jiān)控，可集中管理各工業(yè)控制設(shè)備的工作狀態(tài)，滿足工業(yè)控制自動化發(fā)展的要求，本文主要討論了EPA協(xié)議在IEEE802.11b無線現(xiàn)場設(shè)備中的實(shí)現(xiàn)和測控。

　1 802.11b無線測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

如圖1所示，802.11b無線測控系統(tǒng)包括EPA協(xié)議通信模塊、EPA上位機(jī)監(jiān)控模塊、無線網(wǎng)關(guān)模塊、液晶觸摸顯示模塊。在本系統(tǒng)中由溫度變送器通過串口實(shí)時(shí)采集熱電偶的溫度變化數(shù)據(jù)，用EPA協(xié)議棧進(jìn)行數(shù)據(jù)的封裝后，經(jīng)過802.11b無線網(wǎng)絡(luò)把EPA報(bào)文發(fā)送到EPA無線手持設(shè)備中進(jìn)行顯示，并通過無線網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)紼PA有線網(wǎng)絡(luò)中的EPA上位機(jī)和其他EPA設(shè)備，對EPA報(bào)文數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

系統(tǒng)中除手持設(shè)備采用電池供電外還采用了以太網(wǎng)供電模塊，通過以太網(wǎng)傳輸直流電源，簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性，，設(shè)計(jì)好的設(shè)備（基于MPC852T的802.11b無線網(wǎng)關(guān)、基于S3C2410的802.11b無線手持設(shè)備和基于S3C2410的802.11b無線溫度傳感器）就構(gòu)成了一個(gè)完整、可應(yīng)用的無線測控系統(tǒng)。

　2 802.1b無線測控系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)

　　2.1 IEEE802.11b的無線網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計(jì)

802.11b的通信協(xié)議在嵌入式平臺實(shí)現(xiàn)，需要比較高的系統(tǒng)性能。因此，本文選用基于摩托羅拉MPC852T處理器的硬件平臺（其中包括以太網(wǎng)供電模塊和802.11b通信接口等）開發(fā)IEEE802.11b無線網(wǎng)關(guān)。

要實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)關(guān)的功能，將系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)從上到下可以分為如下一些模塊：系統(tǒng)配置模塊，系統(tǒng)監(jiān)測模塊，底層驅(qū)動、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊、命令行模塊（Command line），IEEE802.1x、授權(quán)模塊（Authentication Authorization）和WEB管理模塊。

無線網(wǎng)關(guān)軟件功能模塊流程。

無線網(wǎng)關(guān)在此系統(tǒng)中起到的作用是在以太網(wǎng)和802.11b無線局域網(wǎng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)幀格式的轉(zhuǎn)換，并要求其能轉(zhuǎn)發(fā)不同網(wǎng)段之間的數(shù)據(jù)，這就要求在無線網(wǎng)關(guān)的軟件模塊中移植Bridge模塊，在嵌入式Linux系統(tǒng)中編譯，移植完Bridge模塊后對其進(jìn)行設(shè)置：

brctl addbr br0

brctl addif br0 eth1

brctl addif br0 wlan0

把無線和有線網(wǎng)絡(luò)接到一起，再使用工具軟件ifconfig對其中有線網(wǎng)卡和無線網(wǎng)卡進(jìn)行相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)配置，無線網(wǎng)關(guān)就可以正常運(yùn)行了。

2.2 IEEE802.1無線手持設(shè)備軟件設(shè)計(jì)

無線手持設(shè)備在開發(fā)過程中，要求具有小巧、靈活的特點(diǎn)，在開發(fā)過程中采用了體積相對較小而功能強(qiáng)大的S3C2410作為開發(fā)平臺，以這個(gè)平臺為基礎(chǔ)開發(fā)802.11b溫度傳感器和802.11b無線手持設(shè)備等現(xiàn)場設(shè)備。

首先，在S3C2410平臺上移植同樣小巧、靈活的USB無線網(wǎng)卡。這款無線網(wǎng)卡的芯片是Prism系列芯片。無線網(wǎng)卡是移動終端的主要設(shè)備，其軟件部分分為接口驅(qū)動模塊（Prism_usb.o）、無線網(wǎng)卡驅(qū)動（P802.o）和無線網(wǎng)卡配置管理軟件3部分，第1步：無線網(wǎng)卡的源代碼Linux-wlan-ng，這是針對PC機(jī)的源代碼，要使它能在ARM上運(yùn)行就進(jìn)行交叉編譯，第2步：交叉編譯USB無線網(wǎng)卡驅(qū)動時(shí)必須先相應(yīng)地配置網(wǎng)絡(luò)類型、內(nèi)核路徑和交叉編譯工具，這是一款針對2.4.x的內(nèi)核源代碼，在編譯的過程中會出現(xiàn)錯(cuò)誤，原因是生成的mkmetadef和mkmetastruct是ARM arch的，在i386上不能執(zhí)行，必須修改自動生成的Makefile，或者做一套適用于i386的Makefile。在交叉編譯通過后生成USB接口驅(qū)動Prism_usb.o和無線網(wǎng)卡驅(qū)動P802.o這兩個(gè)模塊。第3步，在ARM Linux系統(tǒng)的內(nèi)核中加載這兩個(gè)模塊。加載時(shí)有兩種方式，動態(tài)加載和靜態(tài)編譯到內(nèi)核里，筆者采用了動態(tài)加載的方式，并采用NFS Mount的方式來調(diào)試要加載的模塊，第4步：把無線網(wǎng)卡的配置文件rc.wlan和工具軟件wlanctl-ng、wland、nwepgen、wlancfg等拷貝到相應(yīng)的目錄下，并用他們對802.11b無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)、密鑰、WEP加密和SSID設(shè)定等。

在無線手持端加載MINIGUI界面，以顯示控制模塊和EPA通信協(xié)議模塊。在MINIGUI主程序中把接收到EPA報(bào)文解包后，通過函數(shù)SendReadMessage（hwnd，IDC_ReadINFOBOX，LB_ADDSTRING，0，（LPARAM）str）發(fā)送到設(shè)定的位置進(jìn)行顯示，完成EPA協(xié)議中的信息讀服務(wù)，通過函數(shù)SendWriteMessage（hwnd，IDC_writeINFOBOX，LB_ADDSTRING，0，（LPARAM）str）對溫度變送器的量程進(jìn)行設(shè)定，完成EPA協(xié)議中的信息寫服務(wù)。

在802.11b無線測控系統(tǒng)，在溫度變送器端要加載溫度變換器串口驅(qū)動模塊，溫度變送器串口被驅(qū)動后，編寫一個(gè)對溫度采集的應(yīng)用程序，把EPA通信協(xié)議的模塊和溫度數(shù)據(jù)采集模塊嵌套在同一個(gè)主程序中進(jìn)行編譯，模塊啟動后，溫度變送器采集從串口讀到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行查詢，CRC校驗(yàn)等服務(wù)后運(yùn)用EPA協(xié)議棧對將從設(shè)備得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，然后通過IEEE802.11b USB無線網(wǎng)卡進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送。軟件模塊如圖3和圖4所示。

在802.11b無線測控系統(tǒng)中，把包含EPA協(xié)議的無線現(xiàn)場設(shè)備設(shè)置成開機(jī)啟動的模式，當(dāng)給802.11b無線網(wǎng)關(guān)上電時(shí)，它就會自動搜索在其通信范圍內(nèi)的802.11b無線現(xiàn)場設(shè)備，并建立通信連接，在需要它工作時(shí)開啟EPA通信，其他時(shí)候處于節(jié)電模式。

3 測試與結(jié)論

，通過觀察溫度變送器采集到的溫度數(shù)據(jù)的變化來測試基于802.11無線局域網(wǎng)的EPA通信協(xié)議對實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性的要求，把采集到并處理成浮點(diǎn)型的溫度數(shù)據(jù)通過EPA網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絇C機(jī)和OPC上進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)在802.11b的無線手持設(shè)備上進(jìn)行顯示，如圖5和圖6所示。

可知，OPC監(jiān)控機(jī)和802.11b無線手持設(shè)備接收到的數(shù)據(jù)反應(yīng)了設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。這說明在IEEE802.11b中能夠滿足工業(yè)的控制系統(tǒng)對實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性的要求。

　結(jié)語

通過對當(dāng)前現(xiàn)場總線系統(tǒng)的深入研究，結(jié)合IEEE802.11b的特點(diǎn)，經(jīng)過長時(shí)間對無線網(wǎng)關(guān)和現(xiàn)場設(shè)備的開發(fā)，本文在實(shí)踐的基礎(chǔ)上建立了基于EPA通信協(xié)議的IEEE802.11b無線測控系統(tǒng)，隨著現(xiàn)場總線技術(shù)和無線通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，無線現(xiàn)場設(shè)備在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用將會越來越廣泛。