基于zigbee的無線電源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

《基于zigbee的無線電源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、基于ZigBee無線傳感網(wǎng)的電源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)間：2012-04-2517:09:02來源：作者：0引言傳統(tǒng)電源監(jiān)控系統(tǒng)多采用有線連接方式。當(dāng)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)較多時(shí)，就存在著安裝困難、布線繁瑣及維護(hù)不便等問題。采用基于ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來組建這種電源監(jiān)控系統(tǒng)，即可解決上述種種問題?，F(xiàn)介紹ZigBee技術(shù)的工作原理及實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。ZigBee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)由物理層、MAC層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成。ZigBee標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，所有的ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分為Coordinator、Route、EndDevice這3種

2、類型。不論ZigBee網(wǎng)絡(luò)采用何種拓?fù)浞绞?，網(wǎng)絡(luò)會自動按照ZigBee協(xié)議算法選擇較好的路由路徑作為數(shù)據(jù)傳輸通道，以提高通訊效率。1監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的電源電壓監(jiān)控系統(tǒng)框圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框終端節(jié)點(diǎn)通過采集/保護(hù)模塊采集電源設(shè)備0~30V的電壓數(shù)據(jù)，通過路由器節(jié)點(diǎn)發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，同時(shí)還要接收協(xié)調(diào)器的控制命令并作相應(yīng)處理；路由器節(jié)點(diǎn)在系統(tǒng)中的主要任務(wù)是數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)，確保協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)與終端節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)交換正確，增加了ZigBee網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍；協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)一方面接收終端節(jié)點(diǎn)采集

3、到的電源電壓數(shù)據(jù)，并把該數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給上位機(jī)，另一方面接收上位機(jī)的命令信息，然后發(fā)送給對應(yīng)的終端節(jié)點(diǎn)；上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)信息的管理，包括系統(tǒng)配置、實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示、節(jié)點(diǎn)控制、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)查詢等。1.2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥x擇ZigBee網(wǎng)絡(luò)具有3種拓?fù)湫问剑盒切瓮負(fù)?、樹形拓?fù)?、網(wǎng)狀拓?fù)洹Ｎ闹性O(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)選擇網(wǎng)狀拓?fù)渥鳛橄到y(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。2ZigBee監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)主要由路由器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)組成。終端節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。終端節(jié)點(diǎn)模塊由采集和控制兩部分組成。電源采用DH1718G-4型直流穩(wěn)壓電源。

4、將電源電壓0~30V使用1/10電阻分壓變?yōu)镃C2430片內(nèi)AD采集0~3V電壓；保護(hù)模塊又包括繼電器和蜂鳴器電路兩部分，繼電器用于切斷或恢復(fù)電源與負(fù)載設(shè)備的連接，起到過壓保護(hù)的作用，蜂鳴器在電源過壓時(shí)響起，起報(bào)警作用。其中，在繼電器驅(qū)動電路里加入二極管用于在繼電器斷電瞬間將繼電器線圈產(chǎn)生的較大的反向電動勢釋放掉，起到保護(hù)三極管的作用。圖2終端節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)框3ZigBee監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1Z-Stack的軟件架構(gòu)及定制ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的軟件開發(fā)平臺采用IAREmbeddedWorkbenchV7

5、.30Bfor8051（IAREW）集成開發(fā)環(huán)境。ZigBee無線模塊的軟件系統(tǒng)協(xié)議棧采用操作系統(tǒng)的思想來構(gòu)建，采用"事件輪詢"機(jī)制，當(dāng)各層初始化之后，系統(tǒng)進(jìn)入低功耗模式。當(dāng)事件發(fā)生時(shí)，喚醒系統(tǒng)，開始進(jìn)入中斷處理事件，結(jié)束后繼續(xù)進(jìn)入低功耗模式。如果同時(shí)有幾個(gè)事件發(fā)生，判斷優(yōu)先級，逐次處理事件。整個(gè)Z-Stack的主要工作流程大致分為：系統(tǒng)啟動，驅(qū)動初始化，OSAL初始化和啟動，進(jìn)入事件輪詢階段。3.2協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)器在系統(tǒng)中的作用是，建立并管理ZigBee網(wǎng)絡(luò)，自動允許其他節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)的請求，收集終端

6、節(jié)點(diǎn)傳來的電壓數(shù)據(jù)，并通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)，同時(shí)接收上位機(jī)的控制命令，再將命令發(fā)送給終端節(jié)點(diǎn)控制其采取相應(yīng)的處理措施。協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡(luò)并處理節(jié)點(diǎn)請求的程序流程如圖3所示。圖3協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡(luò)流程3.3路由器節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)路由器節(jié)點(diǎn)在系統(tǒng)中的作用是路由選擇和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。ZigBee設(shè)備有兩種類型的地址。一種是64位IEEE地址（也稱為MAC地址或擴(kuò)展地址）；另一種是16位網(wǎng)絡(luò)地址（也稱為邏輯地址或短地址）。ZigBee使用一個(gè)分布式的編址方案來分配網(wǎng)絡(luò)地址。該方案確保了所有被分配的網(wǎng)絡(luò)地址在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中是唯一的。路由

7、器建立網(wǎng)絡(luò)的程序流程如圖4所示。圖4路由器建立網(wǎng)絡(luò)流程3.4終端節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)終端節(jié)點(diǎn)在系統(tǒng)中的作用是采集電源電壓數(shù)據(jù)，并通過與協(xié)調(diào)器建立"綁定"將電壓數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調(diào)器，同時(shí)接收協(xié)調(diào)器發(fā)來的控制命令，控制采集/保護(hù)模塊中的繼電器和蜂鳴器做出相應(yīng)的操作。在終端節(jié)點(diǎn)以終端的身份啟動并加入網(wǎng)絡(luò)后，即開始與協(xié)調(diào)器建立綁定。一旦一個(gè)綁定被創(chuàng)建，終端節(jié)點(diǎn)就可以在不需要知道明確的目的地址的情況下發(fā)送數(shù)據(jù)。其與協(xié)調(diào)器建立綁定及電壓數(shù)據(jù)傳遞的完整程序流程如圖5所示。圖5建立綁定及電壓數(shù)據(jù)傳遞流程4上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)4.1界面總體設(shè)計(jì)

8、本系統(tǒng)的上位機(jī)軟件采用NI公司推出的面向測控領(lǐng)域的LabWindows/CVI軟件作為開發(fā)平臺。它實(shí)現(xiàn)的主要功能有：通過串口接收ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)傳來的被監(jiān)控電源的電壓數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)分別以文本及波形圖的方式實(shí)時(shí)顯示出來；設(shè)置電壓警戒值及控制方式等，實(shí)現(xiàn)電源電壓無線監(jiān)控系統(tǒng)的自動或手動控制；通過連接后臺數(shù)據(jù)庫，將電壓及報(bào)警信息儲存在數(shù)據(jù)庫中，方便在上位機(jī)界面上對報(bào)警記錄的查詢和日后對監(jiān)