Zigbee無線通訊在污水處理中的應用

摘要：本文介紹了一種基于Zigbee無線通訊技術的單片機終端控制器在農村戶用污水處理設備中應用的設計方案，通過單片機實現了污水處理設備系統控制并通過終端控制器內集成的Zigbee無線通訊芯片組成通訊網絡，該無線傳輸網絡由大量微型終端控制器節點通過橋接的方式組成。將農村戶用污水處理終端設備組成系統網絡，方便統一監控和管理，且安全可靠、成本低，具有廣泛的應用價值。

關鍵詞：Zigbee;無線通訊;單片機;污水處理

1 引言

隨著農村水環境治理目標的明確、要求的提高，農村污水處理設備的運行管理受到了很大重視，模塊化污水處理設備有著離網、分散、小型話的特點，水處理設備的運行維護都需要遠程數據處理和監控。

本文中基于Zigbee無線通訊技術的單片機控制器在模塊化污水處理中的應用，可以方便的遠程監控設備，獲取運行數據，并且在具有網絡接口的終端以及手機端上能夠實現對污水處理系統的實時監控。全面提高對現場設備綜合管控水平，實現各地區各領域污水處理設備參數的遠程采集，有效提高控制系統的自動化控制水平，對一定區域內的模塊化污水處理設備進行集約化管理，提高控制設備的智能化程度。

2 系統說明

本系統用于城鎮鄉村污水處理過程的自動監控，系統節點分為中心節點和終端節點，每個網絡群由一個中心節點以及若干個終端節點組成。其中，終端節點主要實現污水處理設備的實時在線監控及通過Zigbee無線通訊技術與中心節點的數據交互;中心節點將接收到的終端數據通過485總線上傳至RTU設備;可通過液晶顯示器來設置各個節點網絡ID號，終端節點之間互相橋接，每個中心節點最多可與系統內200個終端節點進行數據交互。本文主要論述終端節點與中心節點之間的Zigbee無線通訊技術。

3 硬件設計

控制器的主要由微處理器、液晶顯示器、Zigbee無線通訊模塊以及外圍功率和保護器件組成。

控制器采用ATMEL公司的ATmega64A系列控制器，ATmega64A是基于AVR增強的RISC架構的低功耗CMOS8位微控制器。通過在單個時鐘周期中執行強大的指令，ATmega64A實現接近每MHz1MIPS的吞吐量，從而允許系統設計者根據處理速度優化功耗。

液晶顯示采用GXM12864圖形液晶顯示模塊，GXM12864是一種采用低功耗CMOS技術實現的點陣圖形LCD模塊，內含KS0108B/HD61202控制器，CSA與KS0108B（1）連通，CSB與KS0108B（2）連通，CSA/CSB為01時選通KS0108B（1）;為10時選通CSB與KS0108B（2），為其他值時禁止選通，總線處于高阻狀態。硬件原理為PO口接DB0-DB7的8位雙向數據總線。

Zigbee無線通訊模塊采用順舟智能SZ05-ADV工業級嵌入式Zigbee無線數傳模塊，它符合工業標準應用的無線數據通信設備，它具有通訊距離遠、抗干擾能力強、組網靈活等優點和特性;可實現多設備間的數據透明傳輸;MESH型的網狀網絡結構;空曠場地理論傳輸距離為200米。

4 軟件設計

4.1 Zigbee無線數傳設備配置函數如下：

//ZigbeeConfigOperate.c

#include "MCU_Type.h"

#include "Macros.h"

#include "ZigbeeConfigOperate.h"

#include "ArrayOperate.h"

#include "UART_Operate.h"

#include "LCD_Display.h"

//無線數傳設備"配置"引腳

#define ZigbeeDeviceResetDisable （PORTD |= （1 << PD6））

#define ZigbeeDeviceResetEnable? ?（PORTD &= ～（1 << PD6））

#define ZigbeeDeviceResetPinHold? （DDRD? |= （1 << DDD6））

//Zigbee設備配置結構體變量

struct ZigbeeDeviceConfigStruct ZigbeeDeviceConfigOperate = {0};

//發送給Zigbee設備的配置信息數據

static unsigned char ZigbeeDeviceConfigData[16] = {0};

//Zigbee設備的配置信息數據

unsigned char ZigbeeDeviceConfigProtocolData[16] = {0};

//Zigbee數傳設備初始化函數

void ZigbeeDeviceConfigProcessReadDataAnalysisFun（unsigned char * PData， unsigned char ByteNums）

{

if（（ByteNums == 15） && （PData[0] == 0xA2））

{ ZigbeeDeviceConfigProcessSuccessCallbackFun（&PData[1]）;

}

}

4.2 終端節點與中心站節點通訊配置與液晶屏通訊設置如下：

//LCD顯示 無線設備配置信息 設置進程的函數

void LCD_DisplayWirelessSetConfigProcessFun（void）

{

LCD_ClearFun（）;

switch（ButtonOperate.SlaveProcessIndex）

{

case 2：

LCD_Display8x15MsgFun（0， 11，? "請選擇節點類型"， 14）;

switch（ZigbeeDeviceConfigProtocolData[4]）

{

case 0x01：//中心節點 ButtonOperate.DataCode[0] = '1';

break;

default：// 中心節點 ButtonOperate.DataCode[0] = '0'; ZigbeeDeviceConfigProtocolData[4] = 0x03;

break;

}

4 結語

近幾年，國家非常重視農業、農村的環境治理工作，一戶一用的凈化槽污水處理設備符合農村污水處理的發展模式，此類污水處理設施具有離網、小型、分散等特點，管理不夠科學，運行維護成本高，統一監控管理成為重點。本文討論的基于Zigbee無線通訊技術的單片機微控制器針對家庭或小型凈化槽污水設備，將電控系統集成，降低成本的同時實現了局域無線數據傳輸，改變了以往每臺設備都配一個DTU或網關設備進行通訊的情況，實現多個終端污水站信息就近收集、就近處理，再將收集數據通過中心站統一發送。該微控制器已經應用到農村污水處理系統中，設備運行穩定，數據傳輸可靠，可見其具有廣泛的應用價值。

參考文獻：

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[2] 程瑩.淺談無線通信Zigbee技術[J].計算機光盤軟件與應用，2012，03-0080-02.

[3] 周紅俊. ZigBee無線通信技術及其應用探討[J].通訊世界，2018，03-078.

作者簡介：宋文超（1984-），碩士，工程師