基本介紹
介紹,投資少,開通快,維護簡單,適應性強,擴展性好,分類介紹,數傳電台,WiFi,套用,設計方案,激勵器單元,功放單元,接收機單元,電源設計,控制和基帶,
介紹
無線數傳即無線數據傳輸，無線數傳可分為公網數據傳輸和專網數據傳輸。
相比較而言，用無線數傳設備組建專網無線數傳系統有如下優點：
投資少
選用有線通信方式，自己購買並架設電纜，挖掘電纜溝，需要大量的人力和物力；租用GPRS等專網，每月支付運行費。而用無線數傳設備建立專用無線數據傳輸的方式，只需在每個終端（RTU、PLC等）連線無線數傳設備和架設適當高度的天線就可以了。這一點區別在遠距離或現場條件複雜時更明顯。
開通快
當要把相距數公里或數十公里距離的遠程站點與主站相互連線通信的時候，採用有線的方式，必須架設長距離的電纜或者挖掘漫長的電纜溝，這個工程周期可能就需要數個月的時間，而用無線數傳設備建立專用無線數據傳輸，只需要架設適當高度的天線，工程周期只需要幾天就完成。
維護簡單
有線通信線路的維護需沿線路檢查，出現故障時，一般很難及時找出故障點，而採用無線數傳設備建立專用無線數據傳輸的方式只需維護數傳電台（或者WiFi、ZigBee等）等，出現故障時能快速找到原因，即時恢復正常運行。
適應性強
有線通信的局限性太大，在遇到一些特殊的套用環境，比如遇到山地、湖泊、林區、道路、建築等特殊的地理環境或是移動物體等布線比較困難的套用環境的時候，將對有線網路的布線工程有著極強的制約力，而用無線數傳設備建立專用無線數據傳輸的方式將不受這些限制。
擴展性好
在用戶組建好一個通信網路之後，常常因為系統的需要增加新的設備。如果採用有線的方式，需要重新布線，施工比較麻煩，而且還有可能破壞原來的通信線路，但是如果採用無線數傳設備建立專用無線數據傳輸的方式，只需將新增設備與數傳電台（或者WiFi、ZigBee等）相連線就可以實現系統的擴充。
分類介紹
無線數傳可分為公網和專網無線數傳。
數傳電台
MDS數傳電台無線數傳設備採用DSP、前向糾錯編碼、軟體無線電、數字調製，相干解調， Virterbi解碼，均衡軟判決和表面貼片一體化設計等技術，提供高性能、高可靠，高穩定的無線數傳設備。電台提供標準RS232/RS485接口可直接與PLC、RTU、工控機等設備連線。25KHz信道間隔空中數據傳輸速率為19200bps，10－6誤碼靈敏度－111dBm，收發轉換時間在7ms以內，電台其它指標亦符合信息產業部的要求。
WiFi
Wi-Fi是一種能夠將個人電腦、手持設備（如Pad、手機）等終端以無線方式互相連線的技術。Wi-Fi是一個無線網路通信技術的品牌，由Wi-Fi聯盟(Wi-Fi Alliance)所持有。目的是改善基於IEEE802.11標準的無線網路產品之間的互通性。使用IEEE 802.11系列協定的區域網路就稱為Wi-Fi。甚至把Wi-Fi等同於無線網際網路（Wi-Fi是WLAN的重要組成部分)。
WiFi的頻率一般為2.4GHz、3.6GHz和5.8GHz，發射功率一般為100mW。
WiFi的以上兩個特點決定了她不適用於有遮擋，傳輸距離遠的套用場景。
套用
工業自動化
無線數傳套用圖例
無線數傳套用圖例油田數據採集
無人機系統通信控制
鐵路無線通信
煤礦安全監控系統
自來水管網監控
水文監測系統
污水處理監控
PLC控制與管理
寬頻接入與分享
無線區域網路
停車場設備聯網控制
其他RS-232/RS485設備聯網套用
無線數傳的套用方案
用戶在選用無線數傳首先關心的是傳輸距離問題，距離其實不是問題。近則採用433MHz頻段無線數據終端DTD433，無線數傳的套用方案遠則選用GPRS透明傳輸數據終端DTP_S09F。所謂“近”，指3公里以內可以覆蓋大多數廠礦；所謂“遠”，是指通訊距離超過3公里，甚至跨越不同地域以及不同國家，好在行動網路已經覆蓋了全球，所以距離不是問題。DTP_S09F與DTD433遠近結合可以滿足絕大部分無線測控的要求。
多台PLC之間的無線通信方案
多台西門子S7_200之間的無線MODBUS通信設計說明，具有設計說明及PLC主機和從機的程式。
多台三菱PLC之間的無線N：N通信設計，匯川PLC與三菱PLC方案一樣。
兩個台達PLC之間的MODBUS無線通信例程，程式原始碼和設計說明。
無線數據終端與無線測控終端的連線套用
PLC與3公里以內4DI/4DO無線開關量終端DTD433H以及4AI/4AO無線模擬量終端DTD433F進行MODBUS協定無線通信，實現無線MODBUS傳輸。
觸控螢幕與PLC的無線通信方案
西門子200PLC和無線PLC數據終端與深圳步科觸控螢幕的無線通信；
威綸觸控螢幕與S7-200的無線PPI通信；
崑崙通態觸控螢幕MCGS與PLC的無線通信；
Autoface觸控螢幕與西門子PLC的無線MODBUS通信；
顯控觸控螢幕無線通信實例；
運行觸控螢幕組態程式，能採用MODBUS協定，西門子PPI協定，三菱N：N協定，永宏PLC協定，台達PLC協定等。
組態軟體與PLC的無線通信方案
組態王軟體與西門子PLC的無線PPI、MODBUS通信；
力控組態軟體與西門子PLC的無線通信。
設計方案
方案所介紹的全雙工數傳電台主要採用頻分雙工(FDD-Frequency Division Duplexing)工作方式。它主要由接收單元、激勵器單元、功放單元、控制單元、電源單元、基帶單元六部分組成。
圖1 數傳電台結構原理框圖
激勵器單元
激勵單元完成射頻信號的調製和音頻信號的處理，即把要調製的話音、數據送到VC0調製並進行電壓放大。它由話放處理、數字鎖相環、壓控振盪器、電壓放大器、功率調整電路、電源電路組成。圖2所示是激勵器單元的組成框圖。圖中，麥克風送來的微弱信號首先送給話放處理電路，以進行話音放大、濾波、預加重等信號處理，然後經過電子開關送給壓控振盪器進行直接調頻，同時將基帶處理後的數位訊號也經過電子開關切換後送給壓控振盪器進行直接調頻。鎖相環路可選用快恢復二極體來提高鎖相環路的鎖定速度，環路濾波器可選用無源比例積分濾波器，VCO則採用模組化設計。數字鎖相環晶片採用日本富士通的MBl504H積體電路晶片，該晶片集成化程度高、體積小，特別是其泵電源高達8 V，可相對降低VCO的壓控靈敏度。為了減小發射機在較寬溫度範圍內的頻率變化，建議採用溫補晶體振盪器作基準頻率。由於VCO輸出的信號較弱，只有數個毫瓦，故可經過功分後，將一路送給鑒相器與基準頻率進行比較，並產生誤差電壓以控制VCO的頻率至設定頻點，另一路送給電壓放大器，然後經三級放大處理，使其能夠推動功放電路工作。
圖2 激勵器單元原理框圖
考慮到一般需要外接蓄電池作為電源，激勵器電源輸入可採用7809三端穩壓器穩壓，以提供較寬的電壓動態範圍。同時，也可採用多級LC濾波來改善穩壓和降噪效果。
功放單元
功放單元的主要任務是把激勵器送來的射頻信號經功放模組放大到44 dBm，然後經過低通濾波器濾除高次諧波後送給雙工器，最後通過天線發射出去。如果天線出現開路或短路，那么功率將反射回來，此時檢測電路將進行檢波，然後比較放大，再送一個信號給MCU，由MCU控制相關電路關斷功放，以達到保護功放模組的目的。功放電路的組成如圖3所示。
圖3 功放單元組成框圖
接收機單元
接收單元可完成射頻信號的解調和音頻信號的處理。它一般由濾波器、選擇迴路、高放、雙平衡混頻器、一中放、二中放組成。其中二中放由二本振、二混頻、鑒相器、靜噪控制電路組成，混頻器中的一中頻為21.4 MHz，二中頻為455 KHz，混頻方式為外差式。
當射頻信號經天線送到雙工器後，再經過第一級帶通濾波器濾波，並經限幅後將送給高放電路。然後進入第二級帶通濾波器濾波，最後送給雙平衡混頻器混頻。限幅電路的作用是防止強幹擾信號損壞高放前端組件。
高放電路一般採用雙調諧迴路和一級放大形式，輸入輸出迴路均採用抽頭形式可使電路匹配、增益兼顧。高放管可選用低噪聲管2SC3356，其特點是具有很低的噪聲和較高的功率增益。經高放放大的信號再與壓控送來的第一本振信號經過雙平衡混頻器進行混頻。2SC3356是集成組件，特點是噪聲低，高次組合少。一為21.4MHz的信號經過兩級中頻放大後，可送到中放積體電路TA31136FN，與20.945 MHz晶體振盪器產生的二本振進行混頻，而混出的455 kHz二中頻信號，則經過455 kHz陶瓷濾波器濾波後，通過二中放的5腳輸入。限幅放大器的輸出可在內部直接驅動，並在外部通過相移線圈完成鑒頻，鑒頻輸出的音頻信號由9腳輸出。該信號一路經電子開關送給去加重、濾波、放大後送給揚聲器還原聲音。另一路經過濾波後送給基帶信號處理器。
圖4 接收機單元原理框圖
電源設計
通過系統電源可對外接直流電源進行濾波、反極性保護等處理，然後輸出穩定的電源電壓，同時，電源還必須進行必要的短路和過流保護。系統電源可外接+12 V直流電，然後通過反極性保護電路，來防止電源接反。再經過多級LC濾波電路來濾除各種雜波和高低頻交流干擾後，送到電源繼電器，由繼電器控制臺電源開關，來開關整機電源。其電源電路的結構原理圖如圖5所示。
圖5 系統電源結構框圖
控制和基帶
控制單元以ATMEGA64為核心來完成本機工作狀態的控制，包括收發信機的頻合數據，面板顯示器、鍵盤的控制，工作頻段控制，數傳以及話音通信狀態的控制等。
基帶單元則負責處理本機和計算機終端的數據交換。它以DSP晶片ADSP-2185M為核心，並以單片機AT90S8515以及CPLD複雜可程式邏輯器件來組成控制和接口電路。同時以數模和模數轉換，以及運算放大器等構成信號與電台的接口電路。基帶單元則採用DSP進行數位訊號的調製與解調。圖6給出了基帶單元的構成原理框圖。
圖6 基帶單元原理框圖
