适用于仪器仪表通信的新技术
点击数：54162012-12-10 10:58:41 来源: 江苏万迅仪表有限公司---官方主页
关键词 仪器仪表通信 电力线通信 红外通信 篮牙通信 USB接口 现场总线通信 Internet
0 引言
目前，在自动化仪器、仪表中常用的通信标准主要有RS-232C和RS-485等，长久以来这两种串行通信方式一直是自动化仪器、仪表最基本的通信方式之一，在其它应用系统的能信中用得也很多。近年来，随着计算机技术、网络技术、通信技术的发展及其在工业自动化系统和仪器、仪表领域加速了向数字化、智能化和网络化方向发展的进程。本文将探讨电力线通信技术、无线红外和篮牙通信技术、基于USB接口的通信技术、现场总线技术及其嵌入式Internet接入技术等对自动化仪器、仪表所需的通信和联网给予的支持和应用方式。由于目前的智能仪表均以嵌入式单片机为核心，其通信接口、通信协议和数据传输都需要在单片机控制下实现，因此在本文的叙述中，凡涉及与嵌入式智能仪表的通信接口时，均以单片机代替智能仪表。
1 电力线通信技术
电力线网络作为世界上最大的网络，其主要功能仍然是输送电能。随着信息技术的发展，基于电力线路的通信（power line communication）就成了近来的热门话题。电力线对于实现电力自动化系统设备之间的通信和现代电能计量管理将起重要作用。国外已有一些成功的应用实例，国内也有电力Modem的Internet 接入试验。目前使用较多的是基于电力线载波通信的单表（或多表）自动抄表系统，另外对电能数据的采集和传输、对电力设备的监控和保护、以及电能的优化调度等也可以借助电力线路的通信介质实现。因此，基于载波技术的电力线路的通信已成为目前电力系统智能仪表通信发展的方向之一。
1.1 电力线载波通信方式和特点
电力线载波通信是电力系统特有的通信方式，它是利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。由于使用坚固可靠的电力线作为载波信号的传输介质，因此具有信息传输稳定可靠、路由合理、可同时复用远动信号等特点，是唯一不需要线路投资的有线通信方式。
电力线通信是将数据调制成载波信号或扩频信号，然后通过耦合器到220V或其它交直流电力线上，甚至是没有电力的双绞线。电力线载波通信不仅提供了实用的新兴通信手段，而且它所具有的现存物理链路、易维护、易推广、易使用、低成本等优点，显示了诱人的前景和潜在的巨大市场。
1.2 支持电力线载波通信的专用芯片
电力线上通信的关键是：如何保证在电力线上长距离通信可靠。在电力线上通信存在以下问题：电力线间歇性噪声较大（某些电路的启停、运行都会产生较大的噪声）；信号衰减快；线路阻抗经常波动。上述这些问题使通过电力线的通信非常困难，因此电力线载波通信的关键就是设计出一个功能强大的电力线载波用的芯片。目前常采用PL2000A和PLF-22电力线收发器等专用芯片，它们能提供较好的解决方案。
1.2.1 基于PL2000A是专为电力线载波通信系统
PL2000A是专为电力线通信设计的半双工异步调制解调器。它仅由单一的＋5V电源供电，以及一个外部的接口电路与电力线耦合。PL2000A除具备基本的通信控制功能外，还内置了四种常用的功能电路：32字节SRAM（电池维护）、电压监测、看门狗定时器及复
位电路，它们通过标准的 
接口与外部的微处理器相连。PL2000A由于采用了直接序列扩频、数字信号处理、直接数字频率合成等新技术，以及大规模数字/模拟混合0.5 
工艺制作，所以在抗干扰、抗衰落性能以及性价比等方面有着出众的表现。
采用PL2000A芯片的低压电力线载波通信系统框图如图1所示。该系统配合单片机完成数据在电力线通信线路的扩频发射、扩频接收。通过单片机的串口及电平转换，还可与PC等上位计算机通信。从图1可以看出，该通信系统的硬件主要有：电源、RS-232接口部分、单片机处理部分、载波接口部分(如载波信号接收、载波信号发射和载波信号预处理等)、单片机复位等接口电路。
图1 基于PL2000A的电力线载波通信系统
在图1中，作为电力线通信系统的核心部分其主要工作原理是：由PL2000A芯片完成载波接收、解扩、当然PL2000A需由其它部件（如MC3361）完成载波信号预处理：载波扩频发射由单片机控制，通过PL2000A完成扩频编码处理，再通过后续推动电路完成扩频载波信号的功率输出。PL2000A载波通信为同步、半双工方式，由帧头进行同步，常态为载波接收模式。单片机接口提供单片机的复位信号、看门狗信号、以及载波收发控制信号。PL2000A具有与51系列单片机兼容的高电平复位信号，由PL2000A的RST输出。PL2000A可为单片机提供看门狗功能，看门狗计数器清零输入端为WDI。当WDI持续436ms以上无高低电平变化，将导致看门狗计数器溢出，使PL2000A的RST脚输出复位高电平。
通信软件设计可分为两个部分：其一是单片机与PL2000A通过 
接口的通信；其二是PL2000A芯片的载波接收和发射。
1.2.2 基于PLF-22芯片的电力线载波通信系统
PLF-22电力线收发器是美国Echelon公司制造的数字电力载波通信接口电路。可为以电力线作为通信介质的电力线载波通信提供简单、高效的接口。它所具有的双频调制和增强的数字信号处理能力明显地提高了通信的可靠性。PLF-22采用了与传统窄频技术不同的双信道和数字信号处理技术。其内部的DSP处理器能够使PLF-22成功地接收那些以前的收发器根本无法检测到、更不用说处理的信号。而双信道的特点使PLF-22能够解决电力线信号在许多领域中的传输障碍，如脉冲噪声（调光器）、连续噪声（开关电源）和由EMI过滤器引起的相位失真（家用电器）。PLF-22电力线收发器则可利用双载波频率自动调整和数字处理信号技术解决这种在恶劣电力线通信环境下的通信质量可靠性问题。应用双载波频率自动调整技术，PLF-22可以在主频被噪音堵塞的情况下，自动切换到副频继续保持通信。
图2 基于PLF-22的电力线载波通信系统
图2是基于PLF-22的电力线载波通信系统的接口图。PLF-22内含接收与A/D转换单元、数字信号处理单元、D/A转换单元、发送与放大单元等电路。接收和A/D转换单元可对从电力线耦合来的信号进行滤波等处理，以将模拟信号转换为数字信号。数字信号处理单元是数字化信号处理的核心部分，它一方面对接收和A/D转换单元处理后的数字信号进行解码处理，并将处理结果通过数据线与Neuron芯片进行数据交换；另一方面，它可将需要发送的数据通过数据线交换到此单元进行编码处理。D/A单元的主要作用是将数字信号处理单元处理后的要发送的数字信号转换为模拟信号。而发送与放大单元则用于将D/A转换后的信号进行功率放大并发送到耦合电路。至此，可在软件控制下实现数据在电力线上的传输。
2 无线通信
实现现场时数据的显示以及系统参数的设置是很多智能仪表所需的基本功能，这无疑需要建立在人机通信基础上。然而，在某些特定的应用场合（如在一些安全性要求较高的场合），为达到防爆要求需要系统密封，这时传统的人机交互方式无法满足这种需求，而有效的措施则是采用无线通信方式。
2.1 基于IrDA协议的红外通信[10]
2.1.1 IrDA协议简介
红外通信技术是一种点对点的数据传输协议，是对传统设备之间连接线缆的替代。它的通信距离一般在0～1m之间，传输速率最高可达16Mbps，通信介质为波长为900mm左右的近红外线。目前红外线通信技术已被全球众多软硬件厂商所支持和采用，其主流软件和硬件平台均为其提供支持。红外技术已被红外数据协会的简称，它所制订的一系列红外数据通信标准已形成了红外数据通信技术的基础。
2.1.2 MCP2120芯片及其于单片机的接口
MCP2120是Microchip公司的一款用来发送和接收红外串行信号的集成芯片，符合红外通信标准IrDA1.0协议，具有低成本和应用简便的特点，可以方便应用在具有串行信号通信的单片机应用系统中，MCP2120芯片与单片机的接口如图3所示。
图3 MCP2120与单片机的接口
IrDA1.0规定了串行发送和接收的数据格式，具体包括1位起始位、8位数据位和1位停止位，无数据校验位。单片机的TX端发送的串行数据经MCP2120编码（encode）后，转换为符合IrDA1.0协议的脉冲信号，由红外发送器发出：红外接收器接收倒符合IrDA1.0协议的脉冲信号后，经MCP2120解码（decode）后，送单片机的RX端。由于发送和接收的红外信号，都符合IrDA1.0协议，因此可以方便地实现不同产品之间的无线方式通信，由于MCP2120的应用方式简单，目前已得到广泛应用。
2.1.3 利用MCP2120实现单片机与笔记本电脑无线通信
目前，大多数新型便携式计算机（笔记本电脑）都有内置的红外线收发器，支持IrDA的标准和协议，因此，可以利用MCP2120实现单片机与笔记本电脑之间的无线连接。
实现单片机和笔记本电脑的红外通信，包括笔记本电脑部分的通信程序设计以及单片机部分的硬件接口和通信软件设计。由于Windows操作系统提供红外适配器的驱动程序，大大简化了上位机软件的设计，当安装了Windows提供了IrDA标准驱动程序后，系统会提供一个虚拟串口（Virtual COM port），通信的波特率和串口号由用户自己指定。这样，在编写上位机通信程序时，可直接用串口操作函数对用户指定的虚拟串口直接进行读/写操作，并可根据用户需要采用Visual Basic或VisualC++等编程工具编写。通信软件部分的设计与串口的一般操作方法相同，但波特率的设置必须与上位机波特率一致。这样，为基于单片机的智能仪表实现红外线无线通信提供了方便的接口支持。
2.2 篮牙技术通信
2.2.1 篮牙技术简介
篮牙（buluetooth）技术是一种新的近距离无线通信标准，推出篮牙技术的目的在于实现最高数据传输速率为1Mbps(有效传播速率为721Kbps)、最大传输距离为10m的无线通信，并形成世界统一的近距离无线通信标准。篮牙技术可提供低成本、低功耗的无线接入方式，被认为是近年来无线数据通信领域重大的进展之一。
篮牙技术工作在全球通用的2.4GHz ISM（I-工业；S-科学；M－医学）频段，从理论上讲，以2.4GHzISM频段运行的技术能够使相距30m以内的仪器设备相互间成功实现无线连接，数据传输速率可达到2Mbps。并且篮牙技术采用了“即插即用”概念。根据篮牙通信协议，各种篮牙设备无论在任何地方，都可以通过人工或自动查询来发现其它篮牙设备，从而构成网络，实现系统提供的各种功能。调频、TDD、TDMA等技术的使用使得篮牙的射频电路较为简单，通信协议的大部分内容可以专用集成电路和软件来实现，因此从技术上保证了篮牙设备的高性能和低成本。
2.2.2 篮牙芯片及其连接技术
目前的篮牙产品有很多，其硬件上大多采用一块射频芯片和一块基带控制芯片构成篮牙芯片组，篮牙芯片组配以外加天线、电源以及含篮牙软件栈的Flash ROM等就可以构成一个篮牙模块而应用于各种产品中。篮牙模块的连接方式主要有以下几种：
①采用USB方式
这种方式把篮牙模块当作USB的从设备与主机通信。
②采用UART/PCM方式
这种方式用UART（通用异步收发器）作为数据通信口，而脉冲编码调制（pulse code modulation,PCM）作为语音通信口。用UART进行数据通信时，篮牙模块相当于一个数字电路终端设备，其串行传输速度可达460.8Kbps。
③采用专用控制芯片方式
以上两种方式是直接由主机CPU通过主控制器接口（host control interface,HCI）与篮牙模块实现控制和信息交换，在控制和通信过程中主机需占用资源。这两种方式相当于直接将主机篮牙化。然而，在复杂控制场合，主机CPU除无线通信外还要实现多种其它功能，这时可采用专用控制芯片，负责篮牙功能模块及与主机的信息交换，如图4所示。主CPU不直接与篮牙模块联系，当主CPU需要使用篮牙模块时，向专用CPU发出服务请求（如传送或接收数据），由专用CPU负责实现篮牙无线通信功能，包括呼叫、译码/解码、纠错等，并将通信结果经处理后存入外部存储设备，以供主CPU使用，待通信完成后再向主CPU发出应答信号，以报告通信结果（如连接成功、连接失败、发送/存储完毕、数据长度、类型等）。主CPU根据应答采取相应动作。这样，主CPU只需要发出服务请求和接收应答信息就可实现篮牙功能服务，其资源可在篮牙无线通信期间被释放出来，其代价是增加适度性能的专用CPU。
图4 采用专用控制芯片的系统
2.2.3 基于篮牙技术的数据采集装置
篮牙技术可以在短距离内用无线接口来代替有缆连接，因而可以取代现场仪器之间的复杂连接，这对于需要采集大量数据的测控场合非常有用。例如，数据采集设备可以集成单独的篮牙芯片，或者采用具有篮牙芯片的单片机提供篮牙数据接口。在采集数据时，这种设备就可以迅速地将所采集到的数据传送到附近的数据处理装置（例如PC、笔记本电脑、PDA）中，不仅避免了在现场铺设大量复杂连线以及对这些接线是否正确的检查与核对，而且不会发生因接线可能存在的错误而造成测控的失误。与传统的以电线或线外方式传输测控数据相比，在测控领域应用篮牙技术的优点主要表现在：
① 抗干扰能力强。采集测控现场数据经常遇到大量的电磁干扰，而篮牙系统因采用了跳频扩频技术，故可以有效地提高数据传输的安全性和抗干扰能力；
②无须铺设缆线，降低了环境改造成本，方便了数据采集人员的工作；
③没有方向上的限制，可以从各个角度进行测控数据的传输，可以实现多个测控仪器设备间的联网，便于进行集中监测与控制。
图5所示为应用篮牙技术构建的无线数据采集装置框图。整个装置由前端数据采集部分、处理传送部分和末端的数据接收部分（可以是PLC或PC上位机等）组成。前端数据采集部分由位于现场的传感器、A/D转换器和处理器（一般是单片机）组成。传送部分主要是利用自带微笑天线的篮牙模块进行无线的数据传输；采集到的数据信号被传送到PLC控制器或PC上位机。若篮牙模块选择爱立信ROK101 008，可支持点对点的主从方式通信。
图5 篮牙无线数据采集装置结构
3 基于USB接口的通信
USB（universal serial bus）即通用串行总线，它是一种应用在PC领域的新型接口技术。随着支持USB标准Windows98的出现和USB设备数量的快速增加，USB才在近年逐渐流行起来。目前普遍采用的USB1.1主要应用在中低速外部设备上，它提供的传输速度有低速1.5Mbps和全速12Mbps两种，一个USB端口可同时支持全速和低速的设备访问。目前，USB在自动化控制领域主要用于数据采集系统，由PC作为USB主机端，单片机作为USB设备端。
3.1 USB数据传输方式
USB通过主机上客户软件的内存缓冲区和USB设备上端点之间的管道来传送数据。它提供有4种传输方式：控制传输、同步传输、中断传输和批量传输。控制传输发送设备请求信息，主要用于读取设备配置信息和设备状况，设置设备地址和设备属性、发送控制命令等功能；同步传输提供了确定的带宽和时间间隔，常被用于时间严格并具有较强容错性的流数据传输，或者用于要求恒定的数据传输率的即时应用中；中断传输主要用来支持那些偶尔需要对少量数据进行通信，但服务时间却受限的设备；批量传输主要用于大批量的数据传输，同时又没有带宽和时间间隔的要求，但是USB只能在满足带宽的情况下才进行批量传输。
3.2 USB外围设备的设计方案
目前用于USB外围设备设计的方案有两种：一种是采用普通单片机外加USB接口器件；另一种是采用具有USB接口的单片机。
3.2.1 普通单片机外加USB接口器件
USB接口器件只用于处理USB通信，它必须由一个外部单片机来控制。通过USB接口器件可以把USB端口接到任何类型的单片机上，这种实现USB接口的模块化设计方法使得设计者可自由选择合适的单片机。
目前市场上已有很多公司提供USB接口器件，Philips公司的PDIUSBD12是一款性价比高、带并行总线的USB接口器件，它集成了SIE（串行接口引擎）、FI-FO(先进先出)存储器、收发器及电压调节器，可与任何单片机实现高速并行接口；其主端点的双缓冲配置增加了数据的吞吐量，从而可以轻松地实现实时数据传送；可通过软件控制与USB的连接，支持双电源（即3.3V和扩展的5V）操作；具有高纠错率的全扫描设计确保了其高品质。
3.2.2具有USB接口的单片机
随着USB应用的日益广泛和流行，Intel、Cypress等单片机厂商推出了具有USB接口的单片机，这类单片机处理能力强，有的本身就具备多路A/D、D/A，采用这类单片机构成系统的电路简单、调试方便、电磁兼容性好。因此采用具有USB接口的单片机成了开发USB外设的较好方案。不过由于增加了USB接口，这类单片机与原先的开发系统一般不完全兼容，需要购买新的开发套件，需要新的投资。
Cypress半导体公司作为USB市场的著名厂商，开发的EZ－USB FX2成了世界上第一款USB2.0集成微控制器。它包括1个增强型8051单片机、1个串行接口引擎（SIE）、1个USB收发器、片上RAM、FIFO存储器以及1个通用可编程接口。FX2提供了一个全面集成的解决方案，它不仅可减少电路板空间，而且大大缩短了产品的上市时间。
FX2拥有一个独特的架构，其智能串行接口引擎在硬件层上处理USB1.1和USB2.0协议的大部分内容，因此外设产品设计人员不必为增加产品的USB功能而学习USB协议，从而使产品开发变得更加容易，同时减轻了单片机的负担，而让智能串行接口引擎从硬件上保证更高的传输率。FX2通用可编程接口（GPIF），允许它“无胶粘接”，即可与任何ASIC或DSP进行接口，并且它还支持所用通用总线标准，包括ATA、UTOPIA、EPP和PCMCIA。FX2完全适用于USB2.0,并向下兼容USB1.1。
3.3 USB在测控领域的应用
2001年9月的《Test and Measurement World》进行了一次针对测量应用中PC用户的未来需求调查，该调查显示越来越多的用户期望使用USB接口将他们的仪器及数据采集设备连接到PC。
下面以图6所示的实例，说明基于单片机的数据采集设备与USB专用芯片PDIUSBD12的接口。图中的80C51单片机与PDIUSBD12通过高速的并行接口进行通信，速率可达2MB/s。对于80C51而言，PDIUS-BD12仅仅是具有8位数据总线的一个地址比特的存储设备。80C51将A/D采集到的数据保存到扩展的数据存储器中，然后通过USB接口将数据存储器中的数据传送到PC。
图6 PDIUSBD12与单片机接口示意图
由于80C51是一种广泛使用的单片机，既能利用80C51中丰富的软、硬件资源，又可利用USB总线技术的“即插即用”、热插拨等特性，从而开发出很好的USB功能设备，并可降低开发设备的成本，缩短开发周期。
USB通信的软件设计包括单片机部分的固件部分和主机（PC）的驱动程序部分。对于单片机控制程序，由于目前没有任何厂商提供自动生成固件（firmware）的工具，因此所有程序都需要手工编制。对USB的单片机控制程序通常由三部分组成：
①初始化单片机和所有的外围电路（包括PDIUS-BD12）；
②主循环部分，其任务是可以中断的；
③中断服务程序，其任务是对时间敏感的，必须马上执行。根据USB协议，任何传输都是由主机（host）开始的，这样，单片机作它的前台工作，等待中断。
主机首先要发令牌包给USB设备（这里是PDIUS-BD12），PDIUSBD12接收倒令牌包后就给单片机发中断，单片机进入中断服务程序，首先读PDIUSBD12的中断寄存器，判断USB令牌包的类型，然后执行相应的操作。因此，USB单片机程序主要就是相对应的中断服务程序。
对于主机部分的软件设计，Windows98已提供多种USB设备的驱动程序，但还没有一种是专门针对数据采集系统的，所以必须针对特定的设备来编制驱动程序。尽管系统已经提供了很多标准接口函数，但编制驱动程序仍然是USB开发中最困难的一件事情，通常采用WindowsDDK来实现。作为WIN98和WIN2K推荐的一项新技术来说，USB的驱动程序和以往的直接跟硬件打交道的WIN95的VXD方式的驱动程序不同，它属于WDM类型。
4 现场总线通信
现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络，代表了当今自动化控制体系结构发展的一种方向，其基础是智能仪表。
4.1 现场总线智能仪表
现场总线智能仪表作为未来工业过程控制系统的主流仪表，它与现场总线一起成为构成现场总线控制系统（fieldbus control system,FCS）的两个重要部分。
现场总线智能仪表与一般智能仪表的重要区别在于它采用了标准化现场总线接口更便于构成现场总线控制系统。FCS采用现场总线在控制现场建立一条高可靠性的数据通信线路，实现各现场总线智能仪表变成网络节点。这样，基于现场总线的可靠通信功能，FCS就可以把各个现场总线智能仪表连接成了可以互相沟通信息，共同完成控制任务的网络系统与控制系统，能有效地体现DCS中的“信息集中，控制分散”的功能，真正满足现场实时形式传输的准确性、实时性的要求。
4.2 现场总线智能仪表的通信支持
目前，现场总线的种类比较多，它们在对通信的处理方面均提供有各自专用器件和技术支持。如Lon-Works中的Neuron芯片和LonTalk协议，Profibus中的专用协议芯片等。下面以应用较为广泛的Profibus中的专用协议芯片等。下面以应较为广泛的Profibus现场总线仪表为例，探讨其对通信技术的支持方式。
Profibus的通信协议相对比较复杂。从原则上讲，它可以在任何安装有异步串行收发器（UART）的微处理器上借助软件实现。然而，开发人员若使用专用的通信处理芯片，就可将繁杂的协议撇开。Profibus通信协议芯片已形成广泛系列，使用这些协议芯片不仅使Profibus协议的具体实现简单、方便、省时、省力，而且还可达到快速开发产品的目的。目前，适合于智能从站的ASIC种类较多，如西门子公司的SPC3通信协议芯片。作为从站的现场总线智能仪表，51系列单片机与SPC3的接口如图7所示。
图7 SPC3与51系列单片机的接口示意图
现场智能仪表作为现场总线的从站，其程序包括三个部分：SPC3的初始化程序、SPC3的中断处理程序和具体的I/O应用程序。在SPC3正常工作之前，需要进行初始化，以配置各个需要的寄存器；中断处理程序用于完成SPC3发生的各种事件的处理，主要包括对新的参数报文事件、全局控制命令报文事件、进入或退出数据交换状态事件、新的配置报文事件新的地址设置报文事件、监测到波特率事件以及看门狗溢出事件等处理；数据输入/输出处理和用户诊断数据输入可以放在应用程序的循环中。当SPC3接收到由Profibus主站传送的不同输出数据时，会产生通过轮询标志位来接收主站数据，或向主站发送数据或其它信息。对于实时性要求严格的系统，可采用中断方式进行数据传送和诊断数据处理。由此可见，现场仪表所处理的仅仅是数据传送和处理，而繁琐的协议大部分已由协议芯片完成。
5 Internet接入技术
网络化仪器是近年提出的全新概念，它是仪器检测技术与现代计算机技术、网络通信技术、微电子技术深度融合的结果。检测仪器接入Internet（或成为Inter-net中的独立节点 ），成为执行测量和控制任务的仪器Web站点。这种网络化仪器可以象普通仪器那样按设定程序对相关物理量进行自动测量、控制、存储和显示等；同时允许已授权的用户通过Internet远程对仪器进行操作、监控、故障诊断等。
5.1 接入Internet的方法
现代仪器、仪表的设计方法，是把嵌入式系统嵌入到仪器、仪表中，让其成为测量和控制的核心。通常，嵌入式仪器接入Internet成为网络仪器有三种方法：
①由32位高档MCU构成嵌入式仪器，除了可以实现复杂仪器功能外，还能进行网络通信的TCP/IP协议处理，因而可以成为直接接入Internet的网络仪器；
②对于低档8位机组成的嵌入式仪器，采用专用网络（如RS-485、Profibus、CAN等）把若干嵌入式仪器连在仪器，该网络再与PC相连，由此建成PC Gateway专用网，此时把PC作为网关，并由PC把该网络上的信息转换为TCP/IP协议数据包，发送到Internet上实现信息共享；
③由8位单片机组成直接接入Internet的嵌入式网络仪器，它要求单片机具有足够快的运行速度，采用实时多任务操作系统，在单片机执行数据采集和控制任务的同时，把数据打包后发送到Internet上。
5.2 支持芯片和网络仪器结构
当前，由于8位微处理器芯片上能集成许多控制功能，故广泛应用于检测和控制领域。其中，Scenix公司开发了一种高速、高性能的8位CMOS微控制器（MCU）SX52,它允许通过软件来虚拟外围设备，使其支持的每种功能可纳入MCU程序存储器的软件模块。SX可通过执行虚拟软件模块直接驱动片上I/O实现UART、DTMF、PWM、D/A、FSK、I2C
等虚拟外设功能。高速MCU支持软件模拟从TCP/IP网络协议组到物理层接口及应用模块等实现网络通信，运行HTTP，SMTP，POP3,UDP,IP,PPP等流行的网络协议，还可以实现Ethernet IEEE802.3协议。
以SX52为核心，采用RTL8091以太网接口芯片为网络仪器接口所组成的网络化仪器的基本结构如图8所示。其仪器设计主要包括通用测控前端（包括测量部件、控制部件等）、嵌入式系统(SX52MCU)和网络接口三个部分。
图8 网络化仪器结构
数据传输和控制是通过SX52微控制器和网络芯片RTL8019共同配合完成。其中的RTL8019适用物理标准10BASE-T，使用两对双绞线，一对发送数据，另一对接收数据，使用型号为RJ-45的8针模块插头作为连接器。当RTL8019接收到数据后，首先进行解码和校验，如果校验正确便会用中断通知MCU；需要发送数据时，MCU把数据写入RTL8019中，由RTL8019自动加上信息头和校验位，并按曼彻斯特编码的格式发送数据。
将嵌入式仪器、仪表接入Internet是网络化仪器、仪表的发展方向之一，采用网络接口芯片和嵌入式系统的MCU相结合是其有效方法，它解决了接入Internet的主要问题，包括TCP/IP协议的实现，数据的封装、编码和发送等。
6 结束语
本文针对目前通信技术的发展和应用，较为系统、全面地综述了有关电力线、无线、现场总线通信技术地概念、器件支持和应用模式，简单叙述了基于USB接口地通信系统设计，分析了上述通信技术对仪器、仪表的支持，结合实例讨论了这些通令技术在仪器、仪表中的应用方式，最后通过对网络化仪器概念和组成结构的介绍，探讨了网络化仪器接入Internet的方法。这些通信技术必将会对仪器、仪表的网络化进程带来勃勃生机。