基于nRF2401的PLC無線通信控制器

　　隨著信息科學技術的發展，無線通信技術應用廣泛。在工業生產控制中，現階段通信方式基本上還都是以有線方式，實現各種控制功能，但有線網絡布線麻煩，線路故障難以檢查，設備重新布局就要重新布線，且不能隨意移動等缺點越發突出。針對上述問題，這里提出一種基于nRF2401的PLC無線通信控制設計方案。

　　1 系統總體設計

    針對西門子S7-200 PLC，設計基于nRF2401的PLC無線通信控制器，其系統結構如圖1所示。 

　　在發送信號時，單片機從PLC獲取現場數據，再將獲取的數據經nRF2401傳輸至另一臺PLC；接收數據時，nRF240l從另一臺PLC接收信號，經單片機傳送到接收端的PLC。

　　2 系統硬件設計

　　2．1 單片機與PLC接口電路 

　　在西門子S7-200 PLC端，通過RS-485總線與單片機AT89S52通信，為了避免RS-485信號與單片機之間的電氣信號不匹配，二者之間采用6N137進行光電隔離。 

　　在PLC端，采用MAX485通過一個9針端口與西門子S7-200 PLC的自由接口連接，MAX485通過光電隔離6N137與單片機AT89S52相連。單片機的P1．2通過光電隔離6N137控制MAX485的使能端和DE。當為邏輯0時，MAX485處于接收狀態；當DE為邏輯1時，則處于發送狀態。在任意時刻這2個使能端都只有1引腳有效。使得MAX485能夠滿足其半雙工的通信方式。 

　　接收與發送控制信號時，單片機的P3．0／RXD端通過6N137與MAX485的R0端相連，單片機的P3．1／TXD通過6N137與MAX485的DI端相連，從而實現PLC與單片機的通信。其電路原理圖如圖2所示。

　　2．2 單片機與nRF240l接口電路 

　　在無線通信端，單片機AT89S52與nRF2401模塊相連實現無線通信。此處，由于單片機用5 V電源供電，而nRF2401采用3．3 V電源供電，為了避免兩者之間產生電氣干擾，仍需要采用光電隔離實現兩者問的電氣連接。表1給出了單片機AT89S52與nRF2401模塊的通信接口描述。圖3給出單片機AT89S52通過光電隔離4N35與nRF2401的對應端口相連的電路原理圖。

　　2．3 波特率的設置 

　　在接口電路設計完成后。要使單片機與nRF2401之間實現通信，還要考慮單片機的傳輸率，此處選擇單片機的波特率為9 600 b／s。根據波特率計算公式： 

    式中，波特率控制位SMOD置O，定時器時間常數X=253。 

    由此可得晶振頻率fosc=11．0592MHz，則單片機選用11．0592MHz的晶體振蕩器。


　　2．4 電源 

　　該系統的電源部分由外部電源、集成穩壓電路和部分外圍元件組成，這里選用集成穩壓電路LMlll7為構成各元件提供供電電源。為了改善nRF2401的瞬態響應，在LMlll7外接2只電容，且在輸出端另加2只電容用于濾波，以改善輸出電壓波形。

　　3 軟件部分設計 

　　在單片機與PLC的通信中，主要利用單片機向PLC發送命令和接收返回數據，用于讀取數據或修改PLC程序中控制參數。通信協議選用莫迪康Modbus ASCII串行通訊協議。
    
　　實現來自于RS-485通信接口基于Modbus ASCII串行通信協議的命令及數據轉換成滿足無線數據傳輸要求的通信格式，并傳送給其他通信終端，同時將現場采集的實時信號及狀態信號轉換為滿足Modbus ASCII串行通信協議要求的格式，并傳送給RS-485通信接口。圖4為無線通信控制器發送數據程序流程。圖5為無線通信控制器接收數據的程序流程。 

　　圖4中，在單片機與nRF2401通信端，單片機先向nRF2401寫入配置字，然后檢測CE是否為高，若CE為高電平，則檢測通道1的中斷DRl是否為高，DRl為高，則有中斷信號，使nRF2401進入發送狀態，開始發送數據，每發送完l位，系統檢查l幀數據發送是否完成，若未完成，則繼續發送，反之，結束該幀的發送程序。由此將獲取的現場數據傳送給另一通信終端設備。

　　4 試驗結果 

　　實驗室采用GFG8016G信號發生器與計算機進行模擬PLC數據無線傳輸，試驗結果表明，在9 m范圍內，該無線通信控制器可實現數據的無線傳輸。

　　5 結論
    
　　基于nRF2401的PLC無線通信控制器，可根據需求實現短距離無線數據傳輸；對于該無線傳輸研究，后續需從其傳輸中的抗干擾和擴展傳輸距離方面進一步研究。