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(多图) 基于ZigBee无线Mesh网络的温湿度测量系统设计

/?? 2014年11月26日 ?? 收藏1
目前,随着工业生产自动化程度不断提升,温湿度等生产环境要素监控智能化程度也在不断发展。传统测量设备功能单一,采用线缆连接各测量节点,测量系统架设复杂,数据处理实时性不高。随着短距离无线通信技术、嵌入式技术和传感器技术的发展,工业现场测量系统的网络化、智能化得到快速提升。本文开发了基于ZigBee无线Mesh网络的温湿度测量系统,具有网络覆盖能力强、测量精度高、现场架设便捷、系统智能化程度高的特点,适合工业现场大范围温湿度测量监控应用。

1 系统总体设计方案

无线温湿度测量系统将现场温湿度验证记录与ZigBee网络融为一体,具备数据采集、存储和处理分析的功能,用户可通过上位机软件掌握现场环境数据。系统总体结构由无线测量终端、无线基站和上位机构成。使用LabWindows/CVI编程开发的上位机软件,实现对无线基站和无线测量终端的管理、测量控制以及数据上传处理。无线基站采用AT91SAM9263工业级微处理器,结合支持ZigBee应用的片上系统芯片CC2530作为硬件平台,建立和维护整个ZigBee网络。无线测量终端以低功耗处理器MSP430F2618作为控制核心,负责传感器数据采集和处理,通过搭载的CC2530无线网络模块加入现场测量网络并上传测量数据。

ZigBee网络采用网状(Mesh)网络的拓扑结构,其网络路由自动建立和维护,网络节点可通过多条路径传输数据,即便某个节点离开网络,与其关联的节点自动寻找其他路径重新加入网络,实现路由修复,提高了网络可靠性。ZigBee网络中无线基站和无线测量终端分别作为协调器和路由器构成Mesh网络,网络覆盖能力强,系统架设灵活。系统结构如图1所示。

基于ZigBee无线Mesh网络的温湿度测量系统

2 硬件设计

2.1 无线基站

无线基站是无线温湿度测量系统中的关键节点,一方面负责与上位机通信,获取工程配置信息,测量结束后将各网络节点数据上传至PC;另一方面创建和维护ZigBee网络、实现无线测量终端的入网和管理、网络数据汇集、存储和转发。无线基站采用AT91SAM9263作为控制核心,其内部嵌入了高达220 MIPS(每秒百万条指令)的处理器内核,96 KB内部SRAM,支持外部总线以及丰富的外设资源。在AT92SAM9263、外部DDRAM和NorFlash组成最小系统基础上,结合ZigBee无线网络模块、串口通信、液晶显示、SD卡存储,实现相应功能。串口采用RS232电平与PC实现通信,LCD高彩色液晶显示系统状态及实时测量数据,SD卡保存所有节点历史数据。

ZigBee无线网络模块采用CC2530高度集成片上系统芯片,结合外围硬件电路及外置全向天线,配备TI标准ZStack-CC2530协议栈,作为网络协调器,实现对无线测量终端的管理和数据传输。

无线基站框图如图2所示。

基于ZigBee无线Mesh网络的温湿度测量系统


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ZigBee? Mesh? 测量系统? 嵌入式技术?

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