基于ZigBee技術的油田示功參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控中心程序負責對整個網絡的管理與控制，包括無線傳感器節(jié)點的MCU、RF收發(fā)、數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)檢測、數(shù)據(jù)處理、以及對連接到節(jié)點的設備的控制(主程序如圖7所示)；ZigBee無線通信模塊程序負責數(shù)據(jù)無線收發(fā)，包括RF和基帶兩部分，前者提供數(shù)據(jù)通信的空中接口，后者提供鏈路的物理信道和數(shù)據(jù)分組；ZigBee路由器及協(xié)調器通信程序負責鏈路管理與控制，執(zhí)行基帶通信協(xié)議和相關處理過程，包括建立鏈接、頻率選擇、鏈路類型支持、媒體接入控制、功率模式和安全算法等。采集終端程序及協(xié)調器程序分別如圖8、9所示。

軟件設計分數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)信息傳遞和監(jiān)控中心三個層次，其運行于數(shù)據(jù)采集和信息傳遞之間的程序采用C++Builder6．0或匯編語言實現(xiàn)控制程序語言編寫，經過ARM編譯系統(tǒng)生成執(zhí)行程序。監(jiān)控中心軟件由Vi sualBasic6．0開發(fā)，數(shù)據(jù)采用SQLServer數(shù)據(jù)庫存儲。IEEE802．15．4／ZigBee開發(fā)系統(tǒng)采用無線谷C51RF-3-ZMD2。軟件采用結構化設計，便于完善和維護，同時做到界面美觀，操作簡便。

6 系統(tǒng)低功耗設計
在ZigBee的網絡節(jié)點中，只有考慮到MCU的功耗問題，才能真正做到節(jié)能降耗，ZigBee低功耗特點才能凸顯出來。CC2420在睡眠模式，發(fā)射功率只有10mW。發(fā)射模式下電流消耗為17mA，接收模式下為15mA，睡眠模式下為0．7 μ A。其設備可大多時間進入睡眠狀態(tài)，周期性醒來。睡眠模式下，收發(fā)電路關閉，極大限度減少功耗，醒來時通過檢查信道，與協(xié)調器同步，發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。ARM芯片支持兩種節(jié)電模式：空閑模式和掉電模式。掉電模式，振蕩器關閉，處理器狀態(tài)和寄存器、外設存器及內部SRAM值被保持。復位或特定的不需要時鐘仍能工作的中斷，可終止掉電模式并使芯片恢復正常運行。
本文通過軟件控制，ARM芯片與CC2420間歇性地工作在接收狀態(tài)。不接收數(shù)據(jù)時，芯片CC2420處于睡眠模式，ARM芯片處于掉電模式(功耗幾乎為零)，可大大減少系統(tǒng)的功耗。MCU通過外部中斷(CC2420的32kHz晶振的休眠模式定時器產生的外部中斷EINT3，15引腳)退出掉電模式，繼續(xù)工作。從而延長電池壽命，達到節(jié)能目的。

7 結束語
ZigBee技術是一種結構簡單、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本、高可靠性的雙向微功率網格式無線接入技術。集成了計算機技術、傳感器技術、無線寬帶通信技術、數(shù)字控制技術等諸多學科的技術。ZigBee技術與ARM技術結合使用，實現(xiàn)了油田信號傳輸?shù)臒o線化，頻譜利用高效化，生產信息化。在當今頻譜資源日益緊張，組網成本居高不下的情況下，深入研究ZigBee WSN具有深遠的意義。