基于ZigBee和組態(tài)王的水泵房在線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

卜閃閃（永城職業(yè)學(xué)院,河南 永城 476600）

基于ZigBee和組態(tài)王的水泵房在線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

卜閃閃
（永城職業(yè)學(xué)院,河南 永城 476600）

本文基于ZigBee技術(shù)，設(shè)計并實(shí)現(xiàn)水泵房的在線監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)無需鋪設(shè)繁雜的有線線路，通過ZigBee構(gòu)建的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，在監(jiān)控室即可完成對水泵房的實(shí)時運(yùn)行的參數(shù)監(jiān)測、控制、報警和數(shù)據(jù)存儲等功能。實(shí)際應(yīng)用表明，本文所述的水泵房在線監(jiān)控系統(tǒng)大大提高了水泵運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

監(jiān)控系統(tǒng)；協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)；路由節(jié)點(diǎn)

0 引言

目前礦井下的水泵房監(jiān)控系統(tǒng)一般都采用有線方式。然而由于井下布線難度大，設(shè)備和線路經(jīng)常拆換，因此有線的傳輸方式存在很大的弊端。故導(dǎo)致監(jiān)控效果不甚理想，易出現(xiàn)延遲、誤報等現(xiàn)象，所以水泵房監(jiān)控系統(tǒng)能否穩(wěn)定高效的運(yùn)行將直接影響到煤礦生產(chǎn)的其他各個環(huán)節(jié)。然而隨著無線通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展，采用適用于短距離傳輸?shù)牡凸牡腪igBee技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)可以很好地規(guī)避這一個缺點(diǎn)。

鑒于此，本文設(shè)計一種基于ZigBee和組態(tài)王的水泵房在線監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有低功耗、高穩(wěn)定性、強(qiáng)擴(kuò)展性等優(yōu)點(diǎn)，可成功規(guī)避有線系統(tǒng)所帶來的一些弊端。

1 總體設(shè)計

本設(shè)計的水泵房監(jiān)控系統(tǒng)主要由協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和中斷節(jié)點(diǎn)等相互關(guān)聯(lián)的三部分組成。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)整個網(wǎng)絡(luò)的組建和整體數(shù)據(jù)的處理，最終保證整個網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行。路由節(jié)點(diǎn)則是獲取各個終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)并通過基于ZigBee的無線傳感網(wǎng)絡(luò)將其轉(zhuǎn)發(fā)給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)則通過串口與上位機(jī)極性實(shí)時通信，上傳實(shí)時監(jiān)測信息和接收實(shí)時的控制命令；最后上位機(jī)軟件完成對數(shù)據(jù)的存儲和顯示等工作。

2 硬件設(shè)計

2.1 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計

協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)是整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心，所以其硬件設(shè)計的好壞也將直接關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。本系統(tǒng)所設(shè)計的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)包括CC2530核心控制器及其基本的外圍電路、電源及其轉(zhuǎn)換模塊和射頻模塊組成。其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)是整個傳感網(wǎng)絡(luò)的核心，其負(fù)責(zé)與各個路由節(jié)點(diǎn)以及上位機(jī)的通信。5V電源模塊直接從上位機(jī)獲取，并采用工業(yè)級的3.3V電源轉(zhuǎn)換芯片AMS1117進(jìn)行轉(zhuǎn)換，保證電源的穩(wěn)定性。射頻模塊采用高頻低功耗的模塊，并有射頻信號放大電路。

2.2 終端節(jié)點(diǎn)與路由節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)的終端節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，與協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)不同的是本模塊的供電和傳感器模塊。終端節(jié)點(diǎn)由于布局分散，一般采用干電池供電，由于系統(tǒng)采用低功耗和非工作狀態(tài)睡眠的方式，大大降低了系統(tǒng)的能耗，延長系統(tǒng)的工作時間。

考慮到本系統(tǒng)所處的監(jiān)測環(huán)境等各種特殊的因素，本系統(tǒng)采用如下所示的幾種傳感器：溫度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器和振動傳感器等。

該系統(tǒng)中，路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)采用相同的配置，但其不具有傳感器模塊，簡化了結(jié)構(gòu)，降低了系統(tǒng)的成本。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計

協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)是整個傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心，負(fù)責(zé)整個網(wǎng)絡(luò)的建立和網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行。系統(tǒng)上電之后，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)會掃描并選擇一個最合適的信道建立一個初始網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)有新的設(shè)備申請加入該網(wǎng)絡(luò)時，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)則會分配一個16位的短地址給它，并允許其加入網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)組網(wǎng)完成后，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)開始接受從終端節(jié)點(diǎn)與路由節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)，并且通過USB接口將其上傳到上位機(jī)。

3.2 終端節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計

終端節(jié)點(diǎn)的主要任務(wù)是以ZigBee協(xié)議的方式將采集到的電機(jī)軸承溫度、電動機(jī)三相電流、電動機(jī)三相電壓和軸承振動等數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)完成對傳感器和協(xié)議棧的初始化后，即開始掃描信道，尋找合適的網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送加入網(wǎng)絡(luò)的信息，當(dāng)?shù)玫酱_認(rèn)的答復(fù)后，即進(jìn)入休眠模式以節(jié)約能量，當(dāng)定時器喚醒收到喚醒指令后，則開始通過節(jié)點(diǎn)上的傳感器采集相應(yīng)的參數(shù)信息，并將其上傳到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。

4 結(jié)語

利用ZigBee技術(shù)設(shè)計和實(shí)現(xiàn)的水泵房監(jiān)控系統(tǒng)，可以穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)對水泵的實(shí)時監(jiān)測和控制，并可進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和報表打印。該系統(tǒng)已在河南某礦投入運(yùn)行，運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)化、集成化和智能化的特點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確監(jiān)測水泵實(shí)時的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，并可保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，為煤礦的生產(chǎn)提供了保證。

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卜閃閃(1987-)，女，工程碩士，研究方向:智能控制。