化學水超濾系統中Zigbee無線網關設計研究

摘要：本文以火電廠化學水超濾系統的應用為研究對象，著眼于無線傳感器網絡與工業有效網絡的可靠性互聯，首先針對化學水超濾系統中Zigbee無線網絡的基本結構形式進行了簡要分析，在此基礎之上從硬件系統設計（Zigbee接口設計以及外接電路設計）以及軟件設計（協調器軟件設計、C8051F軟件設計以及外接電路軟件設計）工作要點進行了詳細分析與研究，旨在于為今后相關研究與實踐工作的開展提供一定的參考與幫助。

關鍵詞：化學水超濾系統 Zigbee無線網關 硬件 軟件 系統 設計 分析

1 化學水超濾系統中Zigbee無線網關基本結構分析

本文所研究的化學水超濾系統無線網關最為顯著的應用優勢在于其實現了對Zigbee協議以及Profibus現場總線之間的可靠性轉換。在無線網關的支持作用之下，將整個處理信息的核心集中于芯片部件當中。簡單來說，在整個化學水超濾系統的正常運行過程當中，以氣動隔膜閥部件為代表的各類型現場設備運行狀態以Zigbee終端節點為載體構建成了一個完整的無線傳感器網絡系統，確保設備運行狀態下的相關運行信息數據借助于上述無線傳感器網絡系統可靠性傳遞至Zigbee協調器裝置當中。按照此種方式，在Zigbee協調器裝置的處理功能運行基礎之上，C8051F核心反應模塊能夠借助于UART部件的方式實現對以上數據信息的有效接收。與此同時，中央處理器裝置在接收到上述信息之后能夠及時轉入對數據的儲存處理狀態。按照此種方式來說，一旦該C8051F核心反應模塊接收到來自于PLC控制器裝置所發出的周期讀取指令信息，這部分信息能夠經由左線通道，輸送至Profibus現場總線當中，從而通過對Profibus現場總線的有效應用，將這部分指令驅動下的信息數據傳遞至PLC控制器裝置內部。以上動作過程的實施即為建立在化學水超濾系統支持下，有關Zigbee無線網關面向Profibus現場總線進行數據轉換的基本工作流程。

2 化學水超濾系統中Zigbee無線網關硬件系統設計要點分析

在整個化學水超濾系統Zigbee無線網關系統結構的運行過程當中，不難發現：Profibus現場總線所對應的信號流向可以說是整個硬件系統設計過程中的重點工作內容。特別是在Zigbee無線網關信息面向Profibus現場總線進行信息傳遞與轉換的過程當中，Profibus現場總線電路所占據的重要作用是不容小覷的。在有關中央處理器芯片部件的選取過程當中，為最大限度地確保整個Zigbee無線網關應用性能的有效發揮，芯片部件的選取應當充分關注其集成優勢的發揮以及對混合信號系統傳遞有效性的發揮這兩個方面（本文選取為SILICON公司所生產的C8051F#型號芯片部件）。按照此種方式，需要明確的是：在整個化學水超濾系統中Zigbee無線網關硬件系統的設計過程當中，需要重點關注Zigbee接口設計以及外接電路設計這兩個方面。

2.1 化學水超濾系統中Zigbee無線網關硬件系統中Zigbee接口設計分析：對于本文所研究建立在化學水超濾系統基礎之上的整個Zigbee無線網關硬件系統而言，在Zigbee協調器裝置的配備方面，選取基于CC2430F#型片上系統。其應用優勢在于：協調器裝置處理過程中處理速度的高效性、低功耗性以及內核處理穩定性這三個方面。應用實踐測定數據顯示：在正常運行狀態下，該協調器裝置Tx一側以及Rx一側電流指標始終控制在27MA單位范圍之內，在待機狀態下的工作電流指標表現為0.2uA單位。與此同時，其同樣還具備較大容量的閃存處理特性（容量參數可以達到128K單位以上），與之相對應的無線通信接口具備較為顯著的高速特性（傳輸速率可以達到128KBit/s單位以上）。更為關鍵的一點在于：整個協調器裝置在借助于對Zigbee無線網關的應用過程當中，還通過DSSS頻譜傳輸的作業方式具備極為顯著的自動調頻功能，能夠通過發揮防沖突優勢以及防碰撞優勢，從而通過中央處理器與UART的交互性處理，完成對化學水超濾系統中Zigbee無線網關接口的可靠性設計，按照此種方式能夠最大限度地確保整個化學水超濾系統中Zigbee無線網關硬件系統傳輸可靠性的提升。

2.2 化學水超濾系統中Zigbee無線網關硬件系統中VPC3+C外接電路設計分析：在當前技術條件支持下，VPC3+C芯片在應用于Profibus現場總線從站開發的過程當中表現出了極為顯著的智能化特征，通過技術條件下對于內部集成化4kB單位雙口RAM部件的支持，確保Profibus-Dp下整個傳輸協議的可靠性實現。從這一角度上來說，在Zigbee無線網關硬件系統的設計過程當中，中央處理器裝置能夠通過VPC3+C的方式完成對RAM部件地址的統一化分配。換句話來說，此種設計方式相對于在中央處理器裝置外部實現了一個獨立運行的RAM的擴展，配備雙端口部件的穩定運行，確保數據交換功能的可靠性實現。

3 化學水超濾系統中Zigbee無線網關軟件系統設計要點分析

基于以上分析，在化學水超濾系統Zigbee無線網關的軟件系統設計過程當中，首先需要通過Zigbee協調器軟件設計的方式確保C8015F核心部件所處理信息數據接受的有效性，其次需要完成對中央處理器裝置軟件設計工作的有效開展。具體而言，應當重點關注以下幾個方面的內容。

3.1 化學水超濾系統中Zigbee無線網關軟件系統Zigbee協調器軟件設計分析：從軟件設計的角度上來說，協調器裝置在進入上電運行之后首先需要完成初始化操作動作。通過網絡啟動的方式展開對事件的輪詢處理。從這一角度上來說，在協調器裝置檢測到事件發生之后，需要通過函數調用的方式，借助于終端節點處理手段，完成對現場設備運行信息的可靠性處理。特別需要注意的一點：在按照節點數據信息進行儲存的基礎之上，還需要通過數據信息重組的方式將UART環節所對應的相關信息輸送至中央處理器裝置當中，借助于此種方式完成與C8015F核心處理模塊的交互性處理。

3.2 化學水超濾系統中Zigbee無線網關軟件系統C8051F核心處理模塊軟件設計分析：在Zigbee協調器裝置的正常運行狀態之下，主程序模塊自動進入輪詢狀態，以持續性方式輪詢事件是否發生。在轉入串口中斷服務程序的基礎之上，實現對所接受數據幀類型的可靠性判定，并按照所標注數據完成對相關程序數據信息的處理。按照此種方式，具體的操作流程應當為：進入開始命令后，首先進行有關C8051F以及VPC3+C的初始化動作，通過查詢中斷事件的方式，判定是否存在數據輸出（有數據輸出則直接將其輸送至VPC3+C中），若無數據輸出，則應當判定其是否屬于報文幀/數據幀/錯誤幀（按照相應的判定結果將數據傳輸至處理報文幀/數據幀/錯誤幀）當中，從而確保處理數據的可靠性與有效性。

4 結束語

本文研究背景著眼于火電廠化學水超濾系統的實踐運行，其上位機裝置與控制器裝置之間通信方式的實現通過Profibus現場總線的方式予以實現。從這一角度上來說，如何實現Zigbee無線網關所傳遞閥門無線數據信息與Profibus現場總線運行系統下總線數據信息的可靠性聯動，已成為現階段相關工作人員最為關注的問題之一。總而言之，本文針對有關化學水超濾系統中Zigbee無線網關設計過程中所涉及到的相關問題做出了簡要分析與說明，希望能夠為今后相關研究與實踐工作的開展提供一定的參考與幫助。

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