基于EPA与IEEE802.15.4两用手抄器的设计

802.3受电设备标准，输出标准的+24V，经过LM2576-5、AS1117-1.8和AS1117-3.3电源芯片，电平转换后，输出手抄器上的CPU、存储器、网卡芯片、智能显示终端上所需的1.8V和3.3V电源。

　当手抄器用于工业无线系统中，电源采用的是电池供电，普通的手机电池即可。电池输出电压经过TPS60110、TPS60100电源芯片，电平转换后，输出手抄器上的CPU、存储器、网卡芯片、智能显示终端终端和无线通信模块上所需的工作电压。

　　JTAG调试接口

　　这里使用JTAG调试接口主要是为了调试显示终端、无线通信模块、CPU和上位机之间的通信，及测试其通信性能。

　　键盘接口

　　自主设计了一个6×4矩阵键盘。如图2所示。键盘的行连接在CPU的6个PIO引脚上，配置为输出;列连接在4个能够产生终端的引脚上，配置为输入。由于上拉电阻的作用，在空闲模式下，这些引脚为高电平状态。当有按键按下时，列引脚为低电平状态，列引脚的下降沿引起中断。处理器进入PIO中断子程序，并打开定时器。定时器溢出后，进入定时器中断子程序，以判断是否确实有键按下，是哪个键按下。定时器设置为波形模式，RC比较中断，中间溢出由RC 比较寄存器的直和所选择的时钟沿决定。可有软件复位和定时器启动。

　　初始化：列PIO配置为输入，行PIO配置为输出，且输出为0; 列PIO打开中断，初始化该中断;使能PIO时钟;初始化定时器中断。

　　PIO中断子程序：键盘扫描前，所有的行输出为0，当有键按下，与其对应的列电平为0，引起PIO中断。为了避免毛刺噪声的影响，需要启动定时器延时判断。设延时时间为20ms(31250个tick) 。

　　图2 AR91M40008与键盘连接图

　　定时器中断子程序：定时器溢出后，开始第二次扫描，判断是否有键按下，如确实有键按下，PIO引脚为低电平的列即为按键按下的列。然后再将PIO设置为输入状态，所按下的键的行输入状态该为高电平，因此判断具体是哪个键按下。

　　智能显示终端

　　根据实际应用的要求，选用了一款台湾奇美的3.5寸的TFT彩色显示屏。为了便于管理，所设计手抄器采用了AT91R40008，但是这款CPU不带有LCD驱动，没法直接驱动显示屏，因此选用了一款工业标准的M600系列模组来驱动TFT显示屏。

　　M600能够实现 “TFT显示驱动”和“文本和图像处理接口函数”以及一部分“用户应用程序”。它集成了显示驱动、1MB显存、128MB Flash，其中最大32MB 用户数据库，方便了实际测控系统的数据存储应用。采用的是串口的方式和用户系统连接，使用过程中只要3根线(+3.3V、GND、RXD)就可以把 M600接起来点亮一个TFT屏，方便了本手抄器的以后的改进设计。M600采用的是统一的指令集，我们可以通过软件设置来适应不同分辨率的显示屏，在工业现场中如果需要更换显示屏，只需修改极少量的代码，就可以完成手抄器的更新换代。

　　无线通信模块

　　基于IEEE 802.15.4工业无线通信模块采用的是CC2430，整个模块的结构简单，采用单芯片进行数据的处理,在CC2430只要用很少的一些外围元件就可以进行正常的工作。它外围电路主要是由天线、晶振电路、复位电路以及用于调试的JATG口组成。

　　在功能上，主要用于完成无线通信模块之间的数据收发，同时将数据发送给手抄器的处理器。它们之间的数据传送是通过串口进行数据的传送。晶振电路分别为32.768KHz和32MHz两个晶振,32.768KHz提供模块在休眠状态的工作时钟。32MHz提供模块在工作状态下的工作时钟。JATG用于在线的程序设计，如图3所示。

　　图3 无线通信模块结构图

　手抄器在工业现场中的应用

　　在现有的研发系统中，将工业以太网的有线网络与工业现场的无线设备之间建立连接，将手抄器作为无线手持为例。工业现场的无线设备通过专用的传输协议将数据传输到转换设备。数据经过转换，成为工业现场能够识别和支持的格式，并传输到工业现场中的一个发出指令请求的设备中。实现上位机对现场数据进行监控。工业现场中，主站即上位机不方便对现场设备进行实时操控，可以使用一个手抄器和转化设备进行连接，对数据进行访问和采集，根据反馈的数据，对现场的数据进行修正，保证设备正常运行，如图4所示。

　　图4 工业现场中手抄器的应用

　　结语

本文给出了以AT91R40008为CPU的两用手抄器的解决方案，介绍了手抄器的硬件实现，重点突出了在工业以太网中用到的网口通信接口，及在工业无线系统中应用的基于IEEE802.15.4的工业无线通信模块。具体设计过程中成功的引入了以往研究成果中关于EMC测试环节的解决方案。目前，手抄器在测试系统中运行情况良好。美中不足，由于设计出这款基于EPA与IEEE802.15.4的两用手抄器的时间比较短，还