基于ZigBee技術(shù)的油田示功參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)
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3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)建立：
本文充分對比了StarNet、MeshNet和CluterTreeNet各自的優(yōu)缺點(diǎn)，選用樹型無線自組網(wǎng)絡(luò)(Ad HocNet)，采用CSMA-CA方式進(jìn)行信道存取，各ZigBee傳輸模塊通過多次跳頻技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸方式，具有較好的信息隱蔽性、抗多頻干擾性和自愈性，并增大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。實(shí)現(xiàn)對油井示功參數(shù)的采集、傳輸及監(jiān)控。
樹型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，自終端設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器建立后，終端設(shè)備被分配一16位短地址，此后終端就用這地址在無限個域網(wǎng)中通信。主協(xié)調(diào)器首先啟動建立ZigBee個域網(wǎng)，選擇ZigBee個域網(wǎng)標(biāo)識符，自身短地址設(shè)為0，然后向其鄰近設(shè)備發(fā)送信標(biāo)，接受其他網(wǎng)絡(luò)鏈接，成為第一級網(wǎng)絡(luò)。與主協(xié)調(diào)器建立了連接的設(shè)備都分配一16位的網(wǎng)絡(luò)地址。路由器根據(jù)其收到的協(xié)調(diào)器的信標(biāo)的信息，配置并發(fā)送其自己的信標(biāo)，允許其他設(shè)備與其建立連接，形成從設(shè)備--數(shù)據(jù)采集終端的第二級網(wǎng)絡(luò)。GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控中心，形成三級網(wǎng)絡(luò)的信息數(shù)據(jù)鏈路。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/157760.htm
4 硬件設(shè)計
4．1 硬件組成及功能
系統(tǒng)硬件由數(shù)據(jù)采集傳感器、控制器、無線RF收發(fā)、存儲、電源、GPRS接收、監(jiān)控中心七個模塊組成。傳感器模塊由載荷傳感器、加速度傳感器ADX105構(gòu)成，功能是用來收集油井現(xiàn)場的示功信息；控制器模塊為嵌入式系統(tǒng)ARM處理器，功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理、功耗管理、同步定位、任務(wù)管理等操作；無線RF收發(fā)模塊是由Phipcon公司開發(fā)的CC2420RF芯片，功能是與其他RF模塊通信，傳輸油田現(xiàn)場的示功參數(shù)和控制信息；存儲模塊采用Samsung公司生產(chǎn)的NAND型FLASH存儲器K9F2808UOC，容量為8～128MB，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲；電源模塊分為兩類：一類是高容量鋰電池；另一類是變直之后的交流電源(硬件電路如圖2所示)。GPRS收發(fā)模塊A-232／485GPRSDTU負(fù)責(zé)GPRS通信鏈路的信息傳遞，將示功參數(shù)送至監(jiān)控中心；監(jiān)控中心模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)收集、整理與分析，并反饋控制命令。
4．2 硬件各模塊及功能
ZigBee技術(shù)支持兩種類型的物理設(shè)備：全功能設(shè)備(FFD)和精簡功能設(shè)備(RFD)。油井現(xiàn)場參數(shù)采集終端是網(wǎng)絡(luò)中通信要求最低的部分，結(jié)構(gòu)和功能簡單，用電池供電，大多處于睡眠狀態(tài)，以最大程度地節(jié)約電能，數(shù)據(jù)采集終端的通信模塊采用RFD；ZigBee路由器具備數(shù)據(jù)的存儲和收發(fā)能力、路由發(fā)現(xiàn)能力，從設(shè)備的連接、路由表的維護(hù)、數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，到維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的鏈路等功能，采用FFD；ZigBee協(xié)調(diào)器始終處于工作狀態(tài)，是網(wǎng)絡(luò)的核心，除完成路由器的功能外，還有制定網(wǎng)絡(luò)規(guī)則，選擇合適信道，建立網(wǎng)絡(luò)并下發(fā)地址的功能，采用FFD。
采集終端(電路框圖如圖3所示)，CC2420通過SPI總線連接到ARM芯片的P1．0~P1．7接口。高容量電池作為終端模塊的電源，通過LD0低壓差線性穩(wěn)壓器AM11 17-3．3為傳感器模塊、RF模塊、MCU／ARM7提供3．3V左右電壓。ARM芯片需3．0～3．6V(3．3V±10％)，CC2420需2．0～3．6V。電源功率指示燈顯示電源電壓。聲光報警單元對異常情況報警。晶振電路使ARM7與RF模塊同步通信。ZigBee路由器模塊框圖如圖4所示。
ZigBee協(xié)調(diào)器硬件電路在MCU右端接A-232／485GPRS／DTU，電源要求4．5～35V。供電電源采用電源線供電(將220V交流電經(jīng)過整流、穩(wěn)壓、濾波電路轉(zhuǎn)換成5V直流。ZigBee協(xié)調(diào)器模塊框圖如圖5所示。
采集終端、路由器和協(xié)調(diào)器都有FLASH存儲器，系統(tǒng)在意外情況下，可海量存儲采集到的數(shù)據(jù)，防止數(shù)據(jù)丟失。終端和路由器采用鋰電池供電，協(xié)調(diào)器部分采用電源線供電，增強(qiáng)了電源模塊的穩(wěn)定性。
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