专利名称：基于ieee802.15.4标准的用于自洁式空气过滤系统的控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及短距离无线控制器，特别涉及基于紫蜂技术的用于炼钢净 化系统的控制器。
背景技术：
在传统的工业应用中，短距离(数百米内)的控制是通过线缆实现控 制器的信号传递，需要大量、繁缛的布线，增加成本的同时带来了安全隐 患和不易维护等问题。而GSM等传统中低频无线通信技术适合长距离的 通信领域，成本高，抗干扰性差，用于工业现场控制时，极容易受到工业 现场的中低频段的电磁波的干扰，故中低频通信技术不适合工业领域的无 线控制应用。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种基于正EE802.15.4标准的 用于自洁式空气过滤系统的控制器，其能够省去大量、繁缛的布线，并具 有极强的抗干扰性。
本发明采用如下技术方案来解决技术问题
基于正EE802.15.4标准的用于自洁式空气过滤系统的控制器包含控 制模块l、电源模块5、按键模块6、显示模块7，电源模块5向控制模块 1提供工作电源，控制模块1输出的片选使能信号CS、数据信号STD、 时钟信号SCK、串并口模式选择信号PSB、复位信号RST分别接显示模 块7的第一、第二、第三、第四、第五输入端，按键模块6输出的按键中 断信号KBI1 KBI5分别接控制模块1的五个按键中断端口，还包含射 频发送匹配模块3、射频收发控制模块2和射频接收匹配模块4，上述控 制模块l输出的第一、第二射频输出信号(RfOutl、 RfOut2)分别接射频 发送匹配模块3的第一、第二输入端，射频发送匹配模块3输出的射频发
送信号RfTx接射频收发控制模块2的第一输入端，控制模块1输出的射 频控制信号RfSel接射频收发控制模块2的第二输入端，射频收发控制模 块2输出的射频接收信号mx接射频接收匹配模块4的输入端，射频接 收匹配模块4输出的第一、第二射频输入信号Rflnl、 Rfln2接控制模块l 的第一、第二输入端，由射频收发控制模块2发送/接收2.40117信号。
与现有技术相对比，本实用新型的优点在于通过2.4GHz无线射频 模块发送、接收数据，不依靠线缆通信，从而省去了繁缛的布线，彻底解 决了由繁缛布线所带来的安全隐患、不稳定性。另外，无线射频模块工作 在2，4GHz频段，不易受到工业现场的中低频段的电磁波的干扰，具有极 强的抗干扰性，还有比传统工业控制器更加美观、方便、实用。
图1是本发明的基于IEEE802.15.4标准的用于自洁式空气过滤系统 的控制器的总电路框图。
图2是本发明的控制模块1的电路图。
图3是本发明的射频收发控制模块2的电路图。
图4是本发明的射频发送匹配模块3的电路图。
图5是本发明的射频接收匹配模块4的电路图。
图6是本发明的按键模块6的电路图。
图7是本发明的显示模块7的电路图。
图8是本发明的电源模块5的电路图。
图9是本发明的程序流程结构示意图。
具体实施例方式
下面，参照附图来详细说明本发明的实施方式。
如图1，基于IEEE802.15.4标准的用于自洁式空气过滤系统的控制器 包含控制模块l、电源模块5、按键模块6、显示模块7，电源模块5向控 制模块1提供工作电源，控制模块1输出的片选使能信号CS、数据信号 STD、时钟信号SCK、串并口模式选择信号PSB、复位信号RST分别接 显示模块7的第一、第二第三、第四、第五输入端，按键模块6输出的
按键中断信号KBI1 KBI5分别接控制模块1的五个按键中断端口，还 包含射频发送匹配模块3、射频收发控制模块2和射频接收匹配模块4， 上述控制模块l输出的第一、第二射频输出信号(RfOutl、 RfOut2)分别 接射频发送匹配模块3的第一、第二输入端，射频发送匹配模块3输出的 射频发送信号RfTx接射频收发控制模块2的第一输入端，控制模块1输 出的射频控制信号RfSel接射频收发控制模块2的第二输入端，射频收发 控制模块2输出的射频接收信号RfRx接射频接收匹配模块4的输入端， 射频接收匹配模块4输出的第一、第二射频输入信号Rflnl、 Rfln2接控制 模块1的第一、第二输入端，由射频收发控制模块2发送/接收2.40他信 号。
如图2，控制模块1采用飞思卡尔公司的处理器芯片MC13213,上述 按键中断信号KBI1 KBI5分别接MC13213的62脚、63脚、64脚、1 脚、2脚，MC13213的19脚、18脚、17脚、21脚、20脚分别输出上述 的片选使能信号CS、数据信号STD、时钟信号SCK、串并口模式选择信 号PSB、复位信号RST, MC13213的44脚输出上述射频控制信号RfSel， MC13213的34脚输出第一偏置电压CT_Bias， MC13213的33脚输出第 二偏置电压VDDA， MC13213的39脚、38脚输出上述的第一、第二射频 输出信号(RfOutl、 RfOut2)，上述的第一、第二射频输入信号(Rflnl、 Rfln2)分别接MC13213的36脚、35脚。
如图3，上述射频收发控制模块2选用飞思卡尔公司的射频芯片 IC115，上述射频控制信号RfSel接IC115的6脚，上述MC13213的34 脚接IC115的4脚，上述射频发送信号RfTx接IC115的l脚，IC115的2 脚输出上述射频接收信号RfRx, IC115的5脚经10pF电容发送/接收 2.4GHz信号。
如图4，上述射频发送匹配模块3由不平衡变压器INDCTORl、电感、 电容组成，上述第一射频输出信号RfDutl串联4.7nH电感后接不平衡变 压器INDCTORl的1脚，上述第二射频输出信号RfOut2串联4.7nH电感 后接INDCTORl的3脚，且INDCTORl的1脚、3脚并联电容1.0pF， INDCTORl的2脚接上述MC13213的33脚且经过10pF电容后接地， INDCTORl的6脚经10pF电容后输出射频发送信号RfTx， INDCTORl
的5脚接地，4脚悬空。
如图5，射频接收匹配模块4由不平衡变压器INDCTORl、电感、电 容组成，上述射频接收信号RfRx串联10pF电容后接不平衡变压器 INDUCTOR2的6脚，INDUCTOR2的5脚、2脚接地，4脚悬空，1脚和 3脚并联1.8pF电容，INDUCTOR2的1脚串联3nH电感后输出上述第一 射频输入信号Rflnl， INDUCTOR2的3脚串联3nH电感后输出上述第二 射频输入信号Rfln2。
如图7，上述显示模块7采用TOMY公司的06A43A点阵显示模块， 上述的片选使能信号(CS)、数据信号(STD)、时钟信号(SCK)、串并 口模式选择信号(PSB)、复位信号(RST)分别接06A43A的3脚、4脚、 5脚、15脚、16脚。
在图1中，用户通过按键模块6进行操作，将其操作指令转换为对应 的按键中断信号(KBI1 KBI5)输入至控制模块1，控制模块1对该信号 进行处理后，可将其处理结果通过显示模块7进行显示，或者由控制模块 l输出射频控制信号RfSel至射频收发控制模块2，选择射频发送模式，并 将处理结果数据通过控制模块'1输出射频输出信号(RFOutl、 RFOut2) 经过射频发送匹配模块3后输入射频发送信号(RfTx)至射频收发控制模 块2，以2.4GHz射频信号发送出去，完成数据的无线发送任务。在控制 模块1输出射频控制信号RfSd至射频收发控制模块2,选择射频接收模 式后，射频收发控制模块2可以接收射频信号并将射频接收信号RfRx输 入至射频接收匹配模块4的射频输入信号端口 ，经射频接收匹配模块4匹 配后输出射频输入信号(RFInl、 RFIn2)至控制模块1，完成数据的无线接 收任务。控制模块1对收到的数据进行处理，根据处理结果将新数据传递 至显示模块7，反馈给用户，或者再次执行数据的无线发送任务。模块2 可以选择的2.4GHz射频信号的信道有16个，可以由控制模块1控制任选 其一，只有在此信道内的射频模块会接收到信号。同一空间区域内的不同 信道之间不会产生干扰。同一时刻，射频收发控制模块2只能使能发送模 式或接收模式中的一种，即同一时刻只能接受或者发送射频信号。对于用 户来说，本遥控器的使用和普通工业控制器几乎无差异；对系统来说，用 2.4GHz射频信号取代短距离的线缆信号，可以屏蔽绝大部分的工业现场
干扰，并且在百米内的通信是可靠的，适用于大部分的短距离工业控制领 域。
在图2、图3中，控制模块1的44脚(GPIOl)发送射频控制信号RfSel 至射频收发控制模块2的6脚，射频收发控制模块2根据信号RfSd选择 射频发送或者接收模式。控制模块1的34脚(CILBias懒出3v偏置电压至 射频收发控制模块2的4脚；当模块2选择了射频发送模式时，控制模块 1的引脚39(PAO一M)、 38(PACLP)输出第一、第二射频输出信号(RfOutl 和RfOut2)至射频发送匹配模块3，经过阻抗匹配后由模块3输出射频发 送信号RfTx至射频收发控制模块2的1脚，由射频收发控制模块2的引 脚5串联10pF电容后通过天线发送出去。当射频收发控制模块2选择了 射频接收模式时，射频收发控制模块2由天线接收射频信号，并输出射频 接收信号RfRx至射频接收匹配模块4，经过阻抗匹配后由模块4输出射 频输入信号Rflnl、Rfln2至控制模块1的射频信号输入引脚36(RFIN一P)、 35 (RFIN—M);
射频收发控制模块2的引脚5串联一个10pF电容后连接射频天线； 模块2的引脚6输入来自控制模块1发来的射频控制信号RfSel，用以选 择射频模块的发送或者接收模式；当选择了射频发送模式后，射频收发控 制模块2的引脚1输入由射频发送匹配模块3输出的射频发送信号RFTx， 从射频收发控制模块2的引脚5以2.4GHz射频信号发送出去；当选择了 射频接收模式后，模块2通过天线接收射频信号，从引脚2输出射频接收 信号RFRx至射频接收匹配模块4的射频信号接收端，经过射频接收匹配 模块4的匹配后输出射频输入信号Rflnl、 Rfln2至控制模块1的射频信号 输入端口，即引脚36 (RFIN—P)、 35(RFIN—M);射频收发控制模块2的 引脚4输入由控制模块1引脚34 (CT一Bias)提供的3v偏置电压；射频收 发控制模块2的引脚3由电源模块5的引脚2 (GND)提供电源地。
图4中，本发明的射频发送匹配模块3起阻抗匹配作用。INDUCTOR1 为JOHANSON TECHNOLOGY公司的不平衡变压器2450BL14C050，把 作为差分射频信号的第一、第二射频输出信号(RfOutl和RfOut2)转换 为单端射频信号，即射频发送信号RfTx。
当选择了射频发送模式后，控制模块1的引脚39 (PAO—M)即射频
信号输出端口 1输出的第一射频输出信号RfOutl串联4.7nH电感后输入 至不平衡变压器INDUCTOR1的引脚1;控制模块1的引脚38 (PAO—P) 即射频信号输出端口 2输出的射频输出信号RfOut2串联4.7nH电感后输 入至INDUCTOR1的引脚3;且INDUCTOR1的引脚1与引脚3再连接 1.0pF电容的两端；弓l脚2引出后分为2路， 一路输入由控制模块l的引 脚33提供的3v偏置电压(VDDA)，另一路串联10pF电容后连接电压模 块5的引脚2(GND)，即电源地；INDUCTOR1的引脚6把匹配后的信号 经过10pF电容输出射频发送信号RfTx至模块2的引脚1，由射频收发控 制模块2的引脚5通过射频天线发送出去。INDUCTOR1的引脚5输入由 电源模块5的引脚2 (GND)提供的电源地；INDUCTOR1的引脚4悬空。
在图5中，本发明的射频接收匹配模块4起阻抗匹配作用。 INDUCTOR2为JOHANSON TECHNOLOGY公司的不平衡变压器 2450BL14C050，把单端射频信号，即射频接收信号RfRx，转换为差分射 频信号，即第一、第二射频输入信号(Rflnl、 Rfln2)。
当选择了射频接收模式后，射频收发控制模块2的引脚2输出的射频 接收信号RfRx串联10pF电容后输入至不平衡变压器INDUCTOR2的引 脚6; INDUCTOR2的引脚1串联3nH电感后输出射频输入信号1 (Rflnl) 至控制模块1的36脚(RFIN—P)，即射频信号输入接口l; INDUCTOR2 的引脚2串联3nH电感后输出射频输入信号2 (Rfln2)至控制模块1的 35脚(RFIN_M)，即射频信号输入接口 2; INDUCTOR2的引脚1和引脚 3并接在1个1.8pF电容两端；INDUCTOR2的引脚2、 5由连接电源模块 5的引脚2 (GND)输入电源地；INDUCTOR2的引脚4悬空。此射频接 收匹配模块4的电路作用为接收射频信号的阻抗匹配。
在图6中，按键模块6采用薄膜开关。模块6的引脚1、 2、 3、 4、 5 依次输出按键中断信号KBI1 KBI5至控制1的按键中断引脚62、63、64、 1、 2;模块6的引脚6输入模块5的引脚2 (GND)的电源地信号。模块 6的引脚1 5在没有触发时输出高电平置控制模块1的按键中断引脚，当 有键按下后，对应的按键中断信号线被置低，输出低电平至控制模块1的 按键中断引脚，从而触发该脚的按键中断，激活控制模块1的按键响应程 序。
在图7中，显示模块7采用TOMY公司的06A43A点阵显示模块， 使用串口模式显示。显示模块7的引脚3为片选使能脚，由控制模块l的 引脚19输入片选使能信号CS;模块7的引脚4为数据信号脚，由控制模 块1的引脚18输入数据信号STD，显示模块7的引脚5为时钟信号脚， 由控制模块1的引脚17输入时钟信号SCK，此时钟信号为虚拟时钟信号， 只需依次输出高、低电平即可；显示模块7的15脚为串并口模式选择脚， 由控制模块1的引脚21输出串并口模式选择信号PSB;模块7的16脚为 显示模块复位脚，由控制模块1的引脚20输入复位信号RST;模块7的 引脚l、 17由电源模块5的引脚2 (GND)输入电源地信号；模块7的引 脚2、 18由电源模块5的引脚1 (VCC)输入5v电压信号；模块7的其余 引脚均悬空。
控制模块1输出的片选使能信号CS为高电平使能液晶显示模块片选 后，输出的串并口模式选择信号PSB为低电平选中串口模式；控制模块l 输出数据信号后，输出一个周期的时钟信号，即可发送一次数据到也就显 示屏。 一个周期的时钟信号是指先输出时钟信号SCLK为低电平，再输 出时钟信号SCK为高电平。在发送显示数据之前，需要发送一个数据信 号STD为数据类型(低电平)的数据。
在图8中，电源模块5选用HK—045100 DC整流变压器。该模块输 入220v交流电源，由1脚输出5v直流电压信号，由2脚输出电源地信号。
如图9所示，控制器上电后首先进行微处理器及其接口的初始化，并 选择射频信号的信道，设置本地地址为主控地址。之后进入主循环体
首先判断是不是有按键响应需要处理，如果有则对其响应，并修改液 晶显示屏的界面显示、工作模式、相关的工作参数等。结束按键响应后， 进入工作模式响应部分。
如果没有按键响应需要处理，则直接进入工作模式响应部分根据当 前的工作模式和参数填射频发送包，置重发次数为0，然后发送该射频发 送包，并将重发次数增1,之后进入射频侦听模式。如果侦听到节点回送 的确认信号，或者连续3次没有收到节点的确认信号，则重新进入按键响 应的判断部分。
如此循环工作。以上为主要的程序流程，可以根据需要增加相应的程
序处理部分。
在用于炼钢净化系统时，1个控制器根据不同的工作模式对若干个受 控节点进行循环控制操作，或者单独对某个受控节点进行操作，或者暂时 不对任何受控节点做操作。受控节点之间不相互通信，且每个受控节点的 组成相同，仅节点的地址号不同，以供主控制器区分。控制器通过无线控 制受控节点的开关操作，达到炼钢净化的目的。
当没有按键按下时，则无需进行按键响应处理，控制器会判断当前的 工作模式，如果是"自动巡检"模式，则循环对首号受控节点至末号受控
节点进行控制；如果是"手动控制"模式，则首先会由用户选择一个当前 受控节点，或者把最后一个自动巡检的节点作为当前节点，然后根据当前 的"开启"键是否按下，对此节点进行控制；如果是参数设置状态，则不 涉及射频收发部分，仅循环等待按键按下，并响应按键。参数的修改、存 储等操作都在按键响应部分完成。
本发明还可增加数据采样模块和继电器报警模块。
权利要求
1、一种基于IEEE802.15.4标准的用于自洁式空气过滤系统的控制器，包含控制模块(1)、电源模块(5)、按键模块(6)、显示模块(7)，电源模块(5)向控制模块(1)提供工作电源，控制模块(1)输出的片选使能信号(CS)、数据信号(STD)、时钟信号(SCK)、串并口模式选择信号(PSB)、复位信号(RST)分别接显示模块(7)的第一、第二、第三、第四、第五输入端，按键模块(6)输出的按键中断信号(KBI1～KBI5)分别接控制模块(1)的五个按键中断端口，其特征在于，还包含射频发送匹配模块(3)、射频收发控制模块(2)和射频接收匹配模块(4)，上述控制模块(1)输出的第一、第二射频输出信号(RfOut1、RfOut2)分别接射频发送匹配模块(3)的第一、第二输入端，射频发送匹配模块(3)输出的射频发送信号(RfTx)接射频收发控制模块(2)的第一输入端，控制模块(1)输出的射频控制信号(RfSel)接射频收发控制模块(2)的第二输入端，射频收发控制模块(2)输出的射频接收信号(RfRx)接射频接收匹配模块(4)的输入端，射频接收匹配模块(4)输出的第一、第二射频输入信号(RfIn1、RfIn2)接控制模块(1)的第一、第二输入端，由射频收发控制模块(2)发送/接收2.4GHz信号。
2、 根据权利要求1所述的基于正EE802.15.4标准的用于自洁式空气 过滤系统的控制器，其特征在于，上述控制模块(1)采用飞思卡尔公司的处理器芯片MC13213，上述 按键中断信号(KBI1 KBI5)分别接MC13213的62脚、63脚、64脚、 1脚、2脚，MC13213的19脚、18脚、17脚、21脚、20脚分别输出上述 的片选使能信号(CS)、数据信号(STO)、时钟信号(SCK)、串并口模 式选择信号(PSB)、复位信号(RST)， MC13213的44脚输出上述射频 控制信号(RfSel)， MC13213的34脚输出第一偏置电压(CT—Bias)， MC13213的33脚输出第二偏置电压(VDDA), MC13213的39脚、38 脚输出上述的第一、第二射频输出信号(RfOml、 RfOut2)，上述的第一、 第二射频输入信号(Rflnl、 Rfln2)分别接MC13213的36脚、35脚。
3、 根据权利要求2所述的基于IEEE802.15.4标准的用于自洁式空气 过滤系统的控制器，其特征在于，上述射频收发控制模块(2)选用飞思卡尔公司的射频芯片IC115，上 述射频控制信号(RfSel)接IC115的6脚，上述MC13213的34脚接IC115 的4脚，IC115的3脚接地，上述射频发送信号(RfTx)接IC115的l脚， IC115的2脚输出上述射频接收信号(RfRx)， IC115的5脚经10pF电容 发送/接收2.4GHz信号。
4、 根据权利要求2所述的基于IEEE802.15.4标准的用于自洁式空气 过滤系统的控制器，其特征在于，上述射频发送匹配模块(3)由不平衡变压器INDCTORl、电感、电 容组成，上述第一射频输出信号(RfOutl)串联4.7nH电感后接不平衡变 压器INDCTORl的1脚，上述第二射频输出信号(Rf0ut2)串联4.7nH 电感后接INDCTORl的3脚，且INDCTORl的1脚、3脚并联电容1.0pF， INDCTORl的2脚接上述MC13213的33脚且经过10pF电容后接地， INDCTORl的6脚经10pF电容后输出射频发送信号(RfTx)， INDCTORl 的5脚接地，4脚悬空。
5、 根据权利要求2所述南基于IEEE802.15.4标准的用于自洁式空气 过滤系统的控制器，其特征在于，射频接收匹配模块(4)由不平衡变压器INDCTORl、电感、电容组 成，上述射频接收信号(RfRx)串联10pF电容后接不平衡变压器 INDUCTOR2的6脚，INDUCTOR2的5脚、2脚接地，4脚悬空，1脚和 3脚并联1.8pF电容，INDUCTOR2的1脚串联3nH电感后输出上述第一 射频输入信号(Rflnl)， INDUCTOR2的3脚串联3nH电感后输出上述第 二射频输入信号(Rfln2)。
6、 根据权利要求1所述的基于IEEE802.15.4标准的用于自洁式空气 过滤系统的控制器，其特征在于，上述显示模块7采用TOMY公司的06A43A点阵显示模块，上述的 片选使能信号(CS)、数据信号(STD)、时钟信号(SCK)、串并口模式 选择信号(PSB)、复位信号(RST)分别接06A43A的3脚、4脚、5脚、 15脚、16脚。
全文摘要
一种基于IEEE802.15.4标准的用于自洁式空气过滤系统的控制器，当控制模块(1)输出的射频控制信号RfSel使射频收发控制模块(2)选择射频发送模式时，控制模块(1)输出的射频输出信号(RfOut1、RfOut2)经射频发送匹配模块(3)后输出射频发送信号(RfTx)给射频收发控制模块(2)，以2.4GHz发送射频信号；选择射频接收模式时，射频收发控制模块(2)将射频接收信号(RfRx)输入至射频接收匹配模块(4)匹配后输出射频输入信号(RfIn1、RfIn2)给控制模块(1)，完成数据的无线接收。本发明能够省去大量、繁缛的布线，并具有极强的抗干扰性。
文档编号B01D46/44GK101385932SQ20081015591
公开日2009年3月18日 申请日期2008年10月10日 优先权日2008年10月10日
发明者昊 刘, 轩 张, 晨 方, 王成玉, 虞建立, 璟 钱 申请人:东南大学