1.引言

　　使用無線連接設備的便利已經導致了在消費電子（商業）領域中無線技術被空前成功的應用。在此基礎上基于無線技術的應用開始出現在各個領域。在工業或工廠底層環境中，使用無線技術的優勢更是多方面的。

　　第一，在工業環境中往往需要大量的布線，采用無線技術不僅會使安裝和維護的成本有效減少，而且會使設備的調整規劃和重新配置更加的容易。

　　第二，無線技術的引入對于解決在有化學腐蝕、震動和移動部件等惡劣環境中對各種線纜的潛在損傷等問題顯得更加有效。

　　第三，考慮到工廠設備中適應性和靈活性，固定系統可以通過無線技術和現有的移動子系統或移動機器人連接通信。

　　第四，對在工廠設備進行臨時訪問任務（如診斷或程序設計等）使用無線技術會更加簡化（如使用無線手持設備）。

　　在解決工業環境及過程控制環境下的許多移動對象，如移動機器人與自治運輸設備之間的協調;旋轉對象，如機械臂;危險環境對象的監測與控制問題，如分布式控制等工業環境無線技術發揮極大的作用。將無線技術應用到現場總線中來解決傳統現場總線存在的問題，正受到學術界和工業界的極大關注。

2.現場總線的無線接入方法

　　為了使無線技術能夠無縫而更廣泛地應用于工業現場，使現場設備無線接入到現存的現場總線，國內外相關領域的技術人員進行了一定的嘗試。按在不同層上實現接入可以將接入方案分為三大類：用戶層接入、數據鏈路層接入和物理層接入。

　　（1）用戶層接入：在用戶層設一個OPC服務器,通過OPC服務器進行有線網段與無線網段之間的數據交換。該方案其優點是簡單易實現,雙方可保持原有結構不動,兩側的“連接”可隨時通過軟件的控制建立或分離。缺點是中間環節太多,實時性得不到保證。

　　（2）物理層的接入：在某些站點的有線連接“下”面加裝Modem。無線站點的信號經過此無線收發裝置將幀格式轉換后,聯入有線網段接口,因此遠端的無線站點被“視為”同質站點。這樣,所有的有線、無線站點均采用原有現場總線協議,只是在最底層的某些物理連接上,無線連接代替了有線的連接。其缺點是此方法僅實現了點對點的連接,無線站點不具有“漫游接入”的能力。

　　（3）數據鏈路層的接入：此方法源自WLAN和以太網的聯接方式,即在PHY層和DDL層之上加一個無線網關。該無線網關實現了無線網段數據與有線網段之間的數據格式轉換和轉發。原有的現場總線保持不動,加裝一個無線網段的AP接入點。當兩網段間有數據交換時,才會通過AP點經過協議轉換把數據轉發到另一端。

　　數據鏈路層的接入是現階段最被關注的方法。其具體實現方法較多，但大多處于理論研究階段或需要對原有的現場總線進行改造，而工業廠家又不想使現正運行的現場總線暫停工作。這使得現階段的一些其無線接入技術在現場總線中應用變得困難。為了使無線現場設備能夠應用于工業現場，又不改動現有的現場總線系統，目前較成熟的技術就是使用無線分散控制站來與原有的現場總線連接，實現現場設備的無線接入。無線分散控制站一般由IO模塊控制卡、無線通信卡兩部分組成。兩塊板卡通過IO模塊控制卡上的雙端口RAM交換數據，通過中斷觸發數據讀寫操作，從而達到通信效果。其關鍵技術就是如何實現無線通信卡的軟件設計。

3.基于Linux的無線通信卡

　　在無線分散控制站中無線通信卡使用AT91RM9200控制器并通過USB接口加載符合802.11b協議的無線傳輸模塊，其操作系統為Linux系統。

3.1基于Linux的無線通信卡的工作原理

　　無線通信卡運行著現場總線協議棧和功能塊（MAI，MAO，MDI，MDO）等。根據所接入的現場總線的不同選用相應的協議棧。使用向IO模塊控制卡發中斷及響應IO模塊控制卡中斷的方式，通過IO模塊控制卡來配置、讀取和控制現場設備。無線通信卡與IO模塊控制卡之間數據傳輸是直接通過讀寫IO模塊控制卡上的雙端口RAM實現的。另一方面，無線通信卡通過其上面的USB接口加載了符合802.11b協議的無線傳輸模塊，能夠通過該模塊實現與有線網絡相連，使其與相應的現場總線工作站通信，其結構示意圖如圖3-1所示：

圖3-1無線通信卡的結構示意圖