第4,5章工控机与测控仪器接口总线祥解.pptVIP

4. USB 3.0 IT发展使文件体积已经越来越大，硬盘容量也到了TB级别。新的USB 3.0标准将提供达到5（4.8）Gbps的理论传输速度。采用9-pin线路，有4-pin线路向前兼容USB 1.0/1.1/2.0，其余5-pin由USB 3.0独享。USB 3.0采用USB 3.0采用对偶单纯形四线制差分信号线，以低电压差动模式进行双工信号传输。此外，USB 3.0将引进电源管理功能，周边设备能够独立进入省电模式。 USB 3.0双总线架构图 USB 3.0在继承USB 2.0核心架构的基础上，能够提供50%—80%更多的电力支持设备。USB 3.0的最大改进主要体现在两个方面： 第一，USB 3.0将会智能管理USB设备，减少空置设备电能浪费; 第二，USB 3.0增大了供应电流。大量的数据流传输需要更快的性能支持，同时传输的时候，空闲时设备可以转入到低功耗状态。甚至可以空下来去接收其他的指令，完成其 他动作。 USB3.0由英特尔，以及惠普（HP）、NEC、NXP半导体以及德州仪器（TI）等开发。 从远程监测到近几年的中、短程无线通讯技术，工业无线技术在很多应用场合具有有线技术无法或很难取代的优势。2004年由美国能源部发起成立了无线工业控制网络联盟（WINA）。 推进基于工业无线技术的低成本测控系统应用 1.无线通信基础 无线电波的波长不同，传播特点也不完全相同。不同种类的无线设备工作方式不同，也工作在不同的频段。无线电波通过多种传输方式从发射天线到接收天线。主要有自由空间波，对流层反射波，电离层波和地波。 由于多途径传播使得信号场强分布复杂，波动大。，电波极化方向发生变化。信号质量和天线距建筑物的距离及建筑物的高度有关，还和频率有关。频率越高，建筑物越高、越近，影响越大。相反，频率越低，建筑物越矮、越远，影响越小。 V. 工业无线通讯技术 常用无线网络协议： 802.11， 802.15，802.16 ZigBee（IEEE 802.15.4） 以传感器和远程控制为代表的无线应用不需要较高的传输带宽，而需要较低的传输延时和极低的功率消 耗。 ZigBee协议是由IEEE 802.15.4标准的PHY和MAC层再加上ZigBee的网络和应用支持层所组成。突出特点是极低成本、易实现、可靠的数据传输、 短距离操作、极低功耗、各层次的安全性等。ZigBee标准还支持多种网络拓扑，包括星型、簇状和网状结构。 ZigBee技术适合于 承载数据流量较小的业务。所以ZigBee联盟预测的主要应用领域包括工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、农业自动化和医用设备控制等。 1）ZigBee物理层：主要功能：激活和休眠射频收发器，信道能量检测，信道接收数据包的链路质量指示，空闲信道评估，收发数据。主要目的是控制RF收发器工作；调制方式是扩频通信, 物理层采用DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum，直接序列扩频)技术，可提供27个信道用于数据收发。IEEE802.15.4 定义了2.4GHz频段和868/915MHz频段两种物理层标准，使用相同的物理层数据包格式，区别在于工作频率、调制技术、扩频码片长度和传输速率。 2.4GHz能够提供250kb/s速率，868MHz是欧洲的ISM频段，915MHz是美国的ISM频段。这两个频段的引入避免了2.4GHz附近的干扰。868MHz的传输速率为20kb/s，916MHz是40kb/s。这两个频段上信号传播损 耗小，可获得较远通信距离?。信号传输距离：~50m（室内），~150m（室外）。 ZigBee在2.4GHz频带有16个信道（信道11－26）、915MHz频带提供10个信道（信道1－10）而868MHz频带提供1个信道（信道0）。 2）数据链路层：MAC子层功能具体包括：协调器 产生并发送信标帧，普通设备根据协调器的信标帧与协调器同步；支持PAN网络的关联和取消关联；支持无线信道的通信安全；使用CSMA-CA机制；支持保护时隙(GTS)机制；支持不同设备的MAC层之间的可靠传输。LLC子层功能包括：传输可靠性保障和控制；数据包的分段与重组；数据包的顺序传输。 802.15.4 MAC层使用CSMA/CA。帧结构的设计原则是保证网络在有噪音的信道上能可靠传输，同时将网络的复杂性降到最低。ZigBee数据包结构简单，最大长度为127字节，包括：1） 前导信号: 32位，2） 帧分隔: 8位，3）. 帧长度: 8位 ，4） 帧控制: 6位 ，5） 数据序列编码: 8位，6） 地址标识: 32位，7） 数据负载，8） 帧校验码: 16位。 定义了4种基本帧结构：信标帧，数据帧，响应帧，MAC命令帧，用来处理MAC对等实体之间的