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          基于ZigBee和GPRS無線傳輸?shù)碾姍C(jī)網(wǎng)絡(luò)溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

          作者: 時(shí)間:2012-10-12 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          引言

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/153833.htm

          很多工礦企業(yè)用到多種大功率,如抽風(fēng)機(jī)、提升機(jī)、機(jī)等。這些大多是長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行的,而且現(xiàn)場壞境復(fù)雜,很有可能會遇到過載、絕緣局部損壞等情況,如果電機(jī)出現(xiàn)異常情況沒有時(shí)發(fā)現(xiàn)而繼續(xù)運(yùn)行,會直接引起電機(jī)變化,時(shí)間過長就可能會造成電機(jī)及相關(guān)設(shè)備損壞,產(chǎn)生重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。實(shí)時(shí)監(jiān)測這些電機(jī)的可以間接的監(jiān)測電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。本文提出了一種采用數(shù)字傳感器來監(jiān)控電機(jī)各點(diǎn),通過對接將信息到監(jiān)控中心的智能溫度監(jiān)測系統(tǒng),這套系統(tǒng)避免了有線系統(tǒng)的線路鋪設(shè),而且解決了技術(shù)智能進(jìn)行短距離傳輸?shù)膯栴},使用技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

          技術(shù)和技術(shù)

          ZigBee技術(shù)具有低功耗和短距離傳輸?shù)奶攸c(diǎn)。一臺ZigBee設(shè)備可連接多達(dá)254臺ZigBee設(shè)備,這些設(shè)備使用干電池供電,可以持續(xù)供電達(dá)一年。ZigBee技術(shù)的低數(shù)據(jù)速率和通信范圍小,適用于承載較小數(shù)據(jù)流量的業(yè)務(wù)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中承擔(dān)任務(wù)的不同,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以分為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、網(wǎng)絡(luò)路由器和網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備。ZigBee網(wǎng)絡(luò)根據(jù)應(yīng)用的需要可以組織成星形網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)和簇狀網(wǎng)絡(luò)3種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

          GPRS是在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種分組交換和傳輸方式,在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。它的基本功能是在移動終端與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的路由器之間傳遞分組數(shù)據(jù)。GPRS具有數(shù)據(jù)傳輸速率高、永久在線等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程。

          系統(tǒng)的原理及結(jié)構(gòu)

          本系統(tǒng)為基于ZigBee傳感器、利用GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸匯總節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的完整網(wǎng)絡(luò)(如圖1所示)。網(wǎng)絡(luò)采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

          圖1 電機(jī)溫度監(jiān)測系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

          主站的工控機(jī)通過串口與GPRS模塊通信,在電機(jī)網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)需要監(jiān)測的電機(jī)上安裝溫度傳感器,組成傳感器網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)易于擴(kuò)展,當(dāng)有其他需要測溫的點(diǎn)增加時(shí),ZigBee具有自組網(wǎng)功能,在上電時(shí)會自動監(jiān)測到新增的測溫節(jié)點(diǎn)。

          當(dāng)溫度傳感器檢測溫度信號后,經(jīng)內(nèi)含ZigBee傳感器節(jié)點(diǎn)RFD模塊處理后得到數(shù)據(jù)信息,然后協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)ZigBee FFD模塊將數(shù)據(jù)信息打包處理,通過RS232與GPRS模塊相連,經(jīng)GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)信息傳輸至監(jiān)控中心,監(jiān)控中心可將信息實(shí)時(shí)顯示,并且具有存儲、查詢、報(bào)警等功能。

          系統(tǒng)硬件電路

          測溫節(jié)點(diǎn)元件選型及

          溫度傳感器選用DALLAS公司的DSl8B20芯片,它是采用單總線的傳輸方式的數(shù)字式傳感器,使節(jié)點(diǎn)體積小、功耗低和外圍電路簡單。它可以提供9~12位攝氏溫度,工作溫度范圍為-55℃~125℃,在-10℃~85℃的范圍內(nèi)精度為0.5℃。

          ZigBee模塊采用HFZ-CC2530EM-V1.0模塊,它采用TI ZigBee射頻芯片CC2530-F256,片上集成高性能低功耗8051內(nèi)核、128-bit ADC、2個(gè)USART以及功能強(qiáng)大的DMA功能等,支持ZigBee2207/Pro協(xié)議棧。該模塊引出所有可用I/O,用戶可使用片上所有資源??煞奖愕膶?shí)現(xiàn)高性價(jià)比、高集成度的ZigBee解決方案。

          較CC2430相比,CC2530在發(fā)射功率、鏈路預(yù)算、射頻噪聲抑制能力、低功耗以及ESD防護(hù)能力等方便都有較大的提升。

          測溫節(jié)點(diǎn)電源采用兩節(jié)1.5V干電池提供,CC2530采用休眠和定時(shí)喚醒模式,大大降低了功耗,延長電池壽命。

          測溫節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

          圖2 測溫節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖

          ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)

          ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)如圖3所示,GPRS模塊采用天津菲利科電子技術(shù)有限公司生產(chǎn)的FK21G系列工業(yè)級GPRS數(shù)據(jù)透明傳輸單元(GPRS DTU),本單元設(shè)備是一種工業(yè)級物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程無線透明數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備,利用公用GPRS網(wǎng)絡(luò)提供遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸功能。此GPRS單元內(nèi)嵌TCP/IP、UDP/PPP協(xié)議,提供遠(yuǎn)程高速透明數(shù)據(jù)傳輸、無線互聯(lián)網(wǎng)接入功能,并支持永遠(yuǎn)在線。內(nèi)置原裝進(jìn)口高性能西門子GPRS芯片,采用雙看門狗設(shè)計(jì),支持工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)RS232、RS485和USB接口。該產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于工業(yè)監(jiān)控、智能電網(wǎng)、無線抄表、能源監(jiān)控、交通物流等物聯(lián)網(wǎng)多個(gè)領(lǐng)域。GPRS模塊通過串口RS232與CC2530相連。

          圖3 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器結(jié)構(gòu)圖

          系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

          上位機(jī)監(jiān)控軟件

          本系統(tǒng)采用北京亞控公司開發(fā)的組態(tài)王上位機(jī)的組態(tài)軟件,監(jiān)控界面包括各分站分布及運(yùn)行情況查詢、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)處理和報(bào)表處理四個(gè)子系統(tǒng)。


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