● 摘要
在工业控制环境下，存在许多移动对象或旋转设备、手持的数据采集设备、距离远的单设备、临时安装的器件等，他们之间以及与固定现场总线网络的通信很难通过有线的物理介质连接来实现。另外由于现场总线缺乏对互连网的支持，组网能力有限，而在大型控制系统中有时需要网络之间互连。本论文的研究目的就是利用无线局域网技术和现场总线融合的方案来解决上述问题。本文首先介绍了国内外在无线现场总线研究方面的现状，确定了本文研究内容；分析了无线局域网、CAN网络及网络互连相关技术；介绍了无线接入网关CAN/WLAN软硬件总体结构；给出了Linux下针对MCP2510的三层驱动方案，具备较强的移植性和可修改性；针对嵌入式设备的无线互连，给出了一种USB无线网卡驱动模型，其在AT91RM9200嵌入式系统平台上成功实现。针对无线网络的调度，分析了分布式协调控制DCF、点协调控制PCF、无线令牌环协议WTRP、虚拟令牌环协议，重点探讨了轮询协议针对非周期性数据传输的三种调度模型，在此基础上提出了复合封装的调度模型。分析了CAN协议的仲裁机制，探讨了采用传统的基于事件触发的CAN协议和TTCAN协议时对应周期性报文和非周期性报文的延时特性，提出了一种受限立即发送轮询协议，给出了报文发送原则及主从节点的网络活动，在一定程度上改善了周期性报文和非周期性报文的延时特性。针对现场总线系统的无线扩展，分析了几种扩展模型的优缺点，选定了单主系统且互连单元为主节点的模型作为本文研究的重点。最后针对CAN网络和无线网络的报文交互，确定了转发模型，给出了报文转发及地址映射规则，分析了交互的延时特性。本文利用WLAN IEEE802.11x技术对CAN总线系统进行了无线扩展，实现了一种在工厂现场设备层的具有无线移动接入能力的高性能无线现场总线，有效地扩展了现场总线的通讯范围。