淺談無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)方案

　　2.3 網(wǎng)關(guān)節(jié)點設(shè)計

　　終端節(jié)點處理完智能儀表和二次儀表的相關(guān)數(shù)據(jù)之后，通過發(fā)送模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點負(fù)責(zé)接收所有終端節(jié)點發(fā)過來的數(shù)據(jù)，再把數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)中，上位機(jī)的監(jiān)控軟件（如組態(tài)軟件）對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理。這里有一個關(guān)鍵的問題就是網(wǎng)關(guān)節(jié)點與上位機(jī)的可靠性通信問題。一般使用成熟的現(xiàn)場總線模式來實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)節(jié)點與電腦之間的通信，如Modbus總線協(xié)議。網(wǎng)關(guān)節(jié)點及其相關(guān)模塊如圖7所示。

　　2.3.1 Modbus現(xiàn)場總線協(xié)議設(shè)計

　　Modbus 協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。此協(xié)議定義了一個控制器能認(rèn)識使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。它描述了一控制器請求訪問其它設(shè)備的過程，如何回應(yīng)來自其它設(shè)備的請求，以及怎樣偵測錯誤并記錄。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。

　　當(dāng)在一Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時，此協(xié)議決定了每個控制器須要知道它們的設(shè)備地址，識別按地址發(fā)來的消息，決定要產(chǎn)生何種行動。如果需要回應(yīng)，控制器將生成反饋信息并用Modbus協(xié)議發(fā)出。在其它網(wǎng)絡(luò)上，包含了Modbus協(xié)議的消息轉(zhuǎn)換為在此網(wǎng)絡(luò)上使用的幀或包結(jié)構(gòu)。這種轉(zhuǎn)換也擴(kuò)展了根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)解決節(jié)地址、路由路徑及錯誤檢測的方法。

　當(dāng)在一Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時，此協(xié)議決定了每個控制器需要知道它們的設(shè)備地址，識別按地址發(fā)來的消息，決定要產(chǎn)生何種行動。在其他網(wǎng)絡(luò)上，包含了Modbus協(xié)議的消息轉(zhuǎn)換為在此網(wǎng)絡(luò)上使用的幀或包結(jié)構(gòu)。這種轉(zhuǎn)換也擴(kuò)展了根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)解決節(jié)地址、路由路徑及錯誤檢測的方法。

　　Modbus協(xié)議主要分為ASCII和RTU兩種。本文采用RTU的方式，其信息幀格式如表1所示。

　　當(dāng)控制器設(shè)為在Modbus網(wǎng)絡(luò)上以遠(yuǎn)程終端單元模式通信時，在消息中的每個8 bit的字節(jié)包含2個4 bit的十六進(jìn)制字符。這種方式的主要優(yōu)點是：在同樣的波特率下，可比ASCII方式傳送更多的數(shù)據(jù)。

　　代碼系統(tǒng)：8位二進(jìn)制，十六進(jìn)制數(shù)0…9,A…F.

　　消息中的每個8位域都是由2個十六進(jìn)制字符組成。

　　每個字節(jié)的位：1個起始位；8個數(shù)據(jù)位，最小的有效位先發(fā)送；1個奇偶校驗位；1個停止位，2個bit;錯誤檢測域；CRC（循環(huán)冗長檢測）。

　　2.3.2 組態(tài)軟件設(shè)計

　　組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。

　　三維力控組態(tài)軟件是國產(chǎn)監(jiān)控組態(tài)軟件唯一的完整的冗余與熱備體系設(shè)計，完整的分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；支持控制設(shè)備冗余、多重網(wǎng)絡(luò)冗余，多客戶端冗余、冗余的主從站都可以操作；人機(jī)監(jiān)控圖形界面與過程數(shù)據(jù)處理分離，內(nèi)置獨立的實時歷史數(shù)據(jù)庫。

　　方便、靈活的開發(fā)環(huán)境，提供各種工程、畫面模板、可嵌入各種格式的圖片，方便畫面制作，大大降低了組態(tài)開發(fā)的工作量。

　　高性能實時、歷史數(shù)據(jù)庫，快速訪問接口在數(shù)據(jù)庫4萬點數(shù)據(jù)負(fù)荷時，訪問吞吐量可達(dá)到20 000次/s.

　　強(qiáng)大的分布式報警、事件處理能力，支持報警、事件網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)斷線存儲，恢復(fù)功能；支持操作圖元對象的多個圖層，通過腳本可靈活控制各圖層的顯示與隱藏；強(qiáng)大的ACTIVEX控件對象容器，定義了全新的容器接口集，增加了通過腳本對容器對象的直接操作功能，通過腳本可調(diào)用對象的方法、屬性。

　　全新的、靈活的報表設(shè)計工具提供豐富的報表操作函數(shù)集、支持復(fù)雜腳本控制，包括：腳本調(diào)用和事件腳本，可以提供報表設(shè)計器，可以設(shè)計多套報表模板。

　　支持控制設(shè)備冗余、控制網(wǎng)絡(luò)冗余、監(jiān)控服務(wù)器冗余、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)冗余、監(jiān)控客戶端冗余等多種系統(tǒng)冗余方式。全新的高性能實時、歷史數(shù)據(jù)庫。

　　3 實驗結(jié)果

　　以溫度監(jiān)測系統(tǒng)為例，本文采用上面提到的方案開發(fā)了一套如圖1所示工業(yè)用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其實驗結(jié)果如圖8和圖9所示。

　　本文重點介紹了工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部分的實現(xiàn)。在已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點間雙向通信的前提下，很容易實現(xiàn)對工業(yè)設(shè)備的無線控制控制，包括繼電器、I/O、開關(guān)控制、電機(jī)控制，只需要在軟件和硬件上進(jìn)行一些小的擴(kuò)展就可以了。