论文部分内容阅读
二十一世纪以来,无线技术的迅猛发展不仅改变了人们的生活,也推动了工业自动化技术发生革命性的变化。随着智能制造在气动领域的应用,气动系统对高速无线化的需求与日俱增。Wi-Fi作为目前最广泛使用的短距离高速无线传输解决方案,开始逐步进入工业气动领域。气动现场对数据传输实时性有严格的技术指标,包括实时性要求方面的高通信速率和低通信时延,因此针对气动控制需求研究并设计一套基于高速无线通信技术的气动传输网络系统是极为必要的。本文分析了气动系统工作原理以及气动执行元件气缸的特点,明确了课题的设计需求。通过无线通信技术现状的文献调研,对比分析技术特性,最终确定了以Wi-Fi作为气缸无线传输网络系统的技术路径。在此基础上进行了深入的研究,主要研究内容如下:(1)通过网络拓扑结构对比和Wi-Fi协议栈特性分析构建了系统框架,确定了系统总体设计方案。并根据状态转移概率针对系统通信过程建立了Markov数学仿真参考模型,通过MATLAB软件对其进行仿真分析,进一步计算得到通信时延期望。为本课题实验以及相关领域研究提供参考依据。(2)确定了“双核心”硬件架构,采用PCB设计软件Altium Designer对系统硬件电路进行设计,完成了实验平台的搭建,包括:双主控芯片选型,节点单元电路设计,分离式Wi-Fi模组设计,下载模块设计以及转接板设计。(3)采用集成Wi-Fi内核SDK的Eclipse软件和面向嵌入式程序设计的Keil软件分别实现了对Wi-Fi传输控制程序设计和节点单元处理程序设计,并完成了通信协议的制定。为保障高通信速率、低通信时延和高可靠性,针对不同的传输模式,采用了不同的控制策略,重点研究并设计了相应的控制算法,优化了传输方案,取得了良好的效果。(4)基于硬件实验平台,对不同实验环境,配置条件,传输模式以及控制方案下的Wi-Fi通信进行测试,通过改变实验参数,得到通信时延关于各个影响因素的变化曲线。大量实验为应用程序的设计提供反馈,促进软件迭代优化,实验结果也验证了气缸Wi-Fi无线传输网络系统的可行性和较高的参考应用价值。