基于ZigBee的无线工业监测监控系统

摘 要 无线监测监控是工业现场生产中的重要设备，随着工业现场生产形势的日益复杂，对无线工业监测监控系统的要求也越来越高。在这样的背景下加强基于ZigBee的无线工业监测监控系统的研究具有重要意义。基于ZigBee的无线工业监测监控系统与传统的无线监测技术相比更具优势。加强对这种技术的研究是满足实际工业现场生产要求的必然选择。本文将围绕着ZigBee技术来探讨如何提升无线工业监测监控系统的水平。

【关键词】ZigBee 监测监控系统 路由器

随着我国经济社会的快速发展，工业现场生产环境发生了深刻变化。无线监测监控系统是保证工业现场正常施工的重要条件，对于保证施工安全具有重要意义。在人们对施工要求越来越高的背景下加强无线监测监控系统的研究，不断提升无线监测监控系统自身的性能具有重要意义当前随着工业生产形势的日趋复杂，传统无线监测就似乎已经难以适应时代发展的要求，在新形势下必须要不断创新才能真正实现工业快速发展。ZigBee是一种先进地技术，加强对这种技术的研究是提升工艺水平的有效措施。

1 ZigBee技术

ZigBee技术是一种新型短距离、低速率的无线网络技术。这种技术主要适应于近距离无线连接的场合。该技术由多种设备构成，协调器是网络核心，其主要功能是启动网络，通常情况下协调器是选择一个相对空闲的信道来实现PANID。此外还能帮助网络建立起安全层及处理应用层的绑定。在完成一系列配置之后它就会变成一个普通路由器。路由器通常是处于活跃状态的。ZigBee包含物理层、访问控制层、应用层及网络层。

2 基于ZigBee技术的系统设计

2.1 硬件设计

针对无线监测监控系统的设计主要是分为硬件设计和软件设计两个部分，首先来看硬件设计，在设备硬件中CC2430、路由器以及协调器的设计最为重要。选择CC2430芯片有助于降低系统硬件成本，对于减少开发难度和开发时间也具有重要意义。该芯片能够提升系统性能，同时还能够满足以ZigBee为基础的2.4GHz ISM波段应用对低成本、低功耗的要求。在实际应用过程中对该芯片的模拟量输入和开关量输入进行深入分析具有重要意义。详细分析设置，深入分析这些功能是保证系统正常运行的重要前提。

协调器的设计是系统硬件设计中的一个关键环节，协调器的主要功能就是实现网络维护、系统监测监控、数据上传下达等功能。在实际工作中协调器往往是需要长时间不断运行的，为了保证系统的长时间连续工作就必须要合理设计协调器的节点。RS485在系统中能够实现协调器同监控主机之间的通信任务，在系统中协调器将会按照一定周期对监测终端节点以及路由器节点进行轮询，监测终端节点采集到的信息也将会通过协调器再反馈给监控主机。在实际设计中针对RS485设计为了避免通信干扰，要应用隔离方式来进行接口电路设计。在实际工作过程中要采用相互独立的电源来实现单片机同MAX485的隔离，如图1、图2。

2.2 软件设计

RS485的串口软件设计。ZigBee协调器与上位机间是通过RS485实现串口线连接的。在设计过程中首先是要对RS485进行通信初始化，这包括控制寄存器初始化、波特率设置以及电源控制寄存器初始化。控制寄存器的重要功能是要设定串行接口的工作方式以及设置状态标志。实现初始化之后，第二部就是要实现通信，在工业无线监测监控系统中RS485通信相对要简单些，在通信过程中传输数据量也不是很大。在设计中可以应用自定义通信协议的形式来实现通信设计。本系统中的RS485主要是通过中断方式来实现数据的收发。

网络创建是系统软件设计的一个重要步骤，对网络进行科学合理的创建是实现各项功能的重要前提。ZigBee设备中两个最基本的功能就是加入和离开网络。协调器和路由还能够允许设备加入或者离开网络、维护近邻设备列表以及分配逻辑网络地址等功能。网络地址分配主要是通过网络协调器来实现的，在设计中为了实现每个节点都能够有一个唯一的网络地址，必须要遵循一定算法来进行科学分配。网络设计完成之后接下来就是要允许节点加入到网络中来。网络允许新的节点加入的时候，两个节点就会形成父子关系。通常是通过MAC层关联加入或者直接加入网络这两种形式来加入到网络中来。需要注意的是终端节点是不能加到网络中来的。

3 通信软件测试

在设计完成之后还需要进行专门的通信检查与调试。对系统软件进行专业性地调试是保证系统各项性能的重要条件。在测试之前需要把硬件设备连接好，系统软件程序则是要通过JTAG接口连接道协调器、终端节点以及路由器上。之后就是要进行串口设置。串口设置完成之后就可以实现系统测试。测试过程石宏首先是要对协调器的节点进行调试。对于网络中数据帧内容的分析主要是通过Packet Sniffer工具来进行抓包。通过该工具能够有效发现错误数据帧。

这项技术在工业生产中应用非常广泛，在工业废气监控系统中的应用就是一个非常典型的例子。在工业废气监控系统中主要是以ZigBee技术为基础，通过CC2430射频收发器以及ATmega128l为控制器来实现有效监控。通过专业化地设计能够在无人值守的情况下实现对监测点的有效监控。该系统的安全性、实时性、测量精度得到了有效提升。

在工业现场生产形势日益复杂的背景下，人们对无线监测监控系统的要求也越来越高，加强对ZigBee技术的研究，设计基于ZigBee技术的无线监测监控系统是提升监测监控系统的有效手段。在今后工作过程中应该进一步加强这方面的研究，不断提升监测水平。

参考文献

[1]郭秀才，杨世兴.监测监控系统原理及应用[M].北京：中国电力出版社，2010.7.

[2]史忠科.大型计算机监测监控系统[M].北京：科学出版社，1995.

[3]王平，王泉，王恒，向敏.测量与控制用无线通信技术[M].北京：电子工业出版社，2007.

作者单位

中煤科工集团西安研究院有限公司 陕西省西安市 710065