工業(yè)儀表無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鄭霞明，金則群，馬俐霞

1.杭州賢沃科技有限公司，浙江杭州 310021 2.華立儀表集團(tuán)股份有限公司，浙江杭州 310021

工業(yè)儀表無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鄭霞明1，金則群1，馬俐霞2

1.杭州賢沃科技有限公司，浙江杭州 310021 2.華立儀表集團(tuán)股份有限公司，浙江杭州 310021

工業(yè)儀表的有效應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)、精確的工業(yè)操作提供了有利條件，其數(shù)據(jù)傳輸有助于降低工業(yè)生產(chǎn)成本。而促使工業(yè)儀表有效應(yīng)用的關(guān)鍵是其數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的合理運(yùn)用?；诖?，本文重點(diǎn)分析工業(yè)儀表無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，希望對(duì)優(yōu)化工業(yè)儀表有所作用。

工業(yè)儀表；無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

0 引言

隨著科技的蓬勃發(fā)展，使得工業(yè)生產(chǎn)中所應(yīng)用的嵌入式技術(shù)及通信技術(shù)有很大進(jìn)步，促進(jìn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)儀表儀器向無線化、自動(dòng)化方向邁進(jìn)。ZigBee技術(shù)作為眾多近距離無線通信技術(shù)中比較適合應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中的一種先進(jìn)技術(shù)，將其科學(xué)、合理地運(yùn)用到工業(yè)儀表無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，則可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、高效性，為促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)良好運(yùn)行創(chuàng)造條件。

1 基于ZigBee技術(shù)的工業(yè)儀表無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

工業(yè)儀表無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由兩部分組成，即數(shù)據(jù)采集端和數(shù)據(jù)管理中心（如圖1）。為了可以優(yōu)化設(shè)計(jì)工業(yè)儀表無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意合理利用ZigBee技術(shù)分別設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集端和數(shù)據(jù)管理中心。

數(shù)據(jù)采集端主要是通過端口來進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)采集。為了確保數(shù)據(jù)采集端可以相對(duì)全面、準(zhǔn)確地采集數(shù)據(jù)，利用ZigBee技術(shù)來進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意設(shè)計(jì)多個(gè)采集接口，并保證各接口是串聯(lián)的，如此可以使各接口與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)儀器有效連接，可以使數(shù)據(jù)采集端能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地采集工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)儀器的相關(guān)數(shù)據(jù)，最后通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送到ZigBee協(xié)調(diào)器上，為后續(xù)處理和應(yīng)用數(shù)據(jù)做鋪墊。

數(shù)據(jù)管理中心的構(gòu)建是為了對(duì)所采集的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)儀器的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，其中包括數(shù)據(jù)的整理、分析、存儲(chǔ)，為使數(shù)據(jù)可以隨時(shí)有效應(yīng)用創(chuàng)造條件。利用ZigBee技術(shù)來進(jìn)行數(shù)據(jù)管理中心的設(shè)計(jì)，則需要將ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與計(jì)算機(jī)串聯(lián)口相連接。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員還需要根據(jù)數(shù)據(jù)特性來合理規(guī)劃設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理模塊，保證其在無線通信支持下可以有效應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上安裝數(shù)據(jù)庫、監(jiān)控軟件等相關(guān)軟件，如此整個(gè)數(shù)據(jù)管理中心在ZigBee技術(shù)的支持下，可以開展數(shù)據(jù)處理、整理、分析、存儲(chǔ)等工作。

1.2 數(shù)據(jù)采集端的具體設(shè)計(jì)分析

1）硬件設(shè)計(jì)。

對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集端硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要注意加強(qiáng)以下幾部分的設(shè)計(jì)。

（1）ZigBee協(xié)調(diào)器硬件設(shè)計(jì)。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集端中所應(yīng)用的ZigBee協(xié)調(diào)器，可以保證數(shù)據(jù)采集順利進(jìn)行。主要是ZigBee協(xié)調(diào)器可以建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)、發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信號(hào)、接收節(jié)點(diǎn)處發(fā)出的信息、管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)等工作，促使數(shù)據(jù)采集端可以快速的、準(zhǔn)確的采集數(shù)據(jù)。由于ZigBee協(xié)調(diào)器是由無線通信、串口通信、電源、液晶顯示、按鍵輸入這五部分組成的，所以在具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)ZigBee技術(shù)的特點(diǎn)及ZigBee網(wǎng)絡(luò)接口要求，合理設(shè)置無線通信、優(yōu)化調(diào)節(jié)串口通信、選用安全的電源、運(yùn)用高清液晶顯示、確保按鍵輸入靈敏，從而構(gòu)建ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。

（2）ZigBee適配器硬件設(shè)計(jì)。

由于適配器的核心為CC2430模塊，要求其可以對(duì)數(shù)據(jù)采集端進(jìn)行調(diào)適，使其可以采集工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)各種儀器相關(guān)數(shù)據(jù)，則要求ZigBee適配器硬件設(shè)計(jì)中安裝統(tǒng)一信號(hào)的接入面板，保證此面板得到ZigBee網(wǎng)絡(luò)的支持，使ZigBee適配器可以根據(jù)接受的信號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)采集端進(jìn)行調(diào)適，是其可以采集儀器的相關(guān)數(shù)據(jù)。

2）軟件設(shè)計(jì)。

（1）ZigBee協(xié)調(diào)器軟件設(shè)計(jì)。

為了確保ZigBee協(xié)調(diào)器的軟件可以與其硬件相適應(yīng)，使協(xié)調(diào)器可以有效應(yīng)用，在具體設(shè)計(jì)的過程中首先要確定ZigBee協(xié)議棧，通過ZigBee協(xié)議棧的支持，可以根據(jù)協(xié)調(diào)器運(yùn)行需要來設(shè)計(jì)編程軟件。同時(shí)為保證所編程的軟件可以充分利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)，需要建立軟件的網(wǎng)絡(luò)連接鏈路?？傊鶕?jù)ZigBee協(xié)調(diào)器使用需求來合理設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)器軟件，可以使其有效應(yīng)用，支撐ZigBee協(xié)調(diào)器合理利用。

（2）ZigBee適配器軟件設(shè)計(jì)。

ZigBee適配器在無線數(shù)據(jù)采集協(xié)調(diào)器完成網(wǎng)絡(luò)連接后建立，可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)進(jìn)行搜索并發(fā)送加入，一旦網(wǎng)絡(luò)加入成功，就可以有效應(yīng)用，調(diào)適數(shù)據(jù)采集端，以便于更好的采集數(shù)據(jù)?；诖?，對(duì)于ZigBee適配器軟件的設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)對(duì)CC2340中的PMO、PM1、PM2、PM3低功耗模式進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，使這幾種模式均可以在低能耗的情況下可以高速的發(fā)送數(shù)據(jù)。

2 基于ZigBee技術(shù)的工業(yè)儀表無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

基于以上內(nèi)容的分析，可以確定基于ZigBee技術(shù)的工業(yè)儀表無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有效應(yīng)用，需要注意合理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集端，以此來促進(jìn)系統(tǒng)科學(xué)、有效地應(yīng)用。為了促使基于ZigBee技術(shù)的工業(yè)儀表無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以實(shí)際應(yīng)用，則需要在應(yīng)用系統(tǒng)之前對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，來驗(yàn)證系統(tǒng)是否可以實(shí)際應(yīng)用。對(duì)于基于ZigBee技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的測(cè)試是：選擇工業(yè)儀表實(shí)際工作相似的環(huán)境來開展檢測(cè)工作，將系統(tǒng)與壓力、溫度變壓器、電磁流量器等進(jìn)行連接，使系統(tǒng)運(yùn)行，對(duì)系統(tǒng)的采集數(shù)據(jù)、電流、電壓、電磁等方面進(jìn)行檢測(cè)，如若檢測(cè)結(jié)果顯示系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)過程中電流、電壓等信號(hào)參數(shù)均與標(biāo)準(zhǔn)情況相符，則說明系統(tǒng)無異常，可以有效應(yīng)用。

3 結(jié)論

在我國工業(yè)化進(jìn)程不斷加快的情況下，安全規(guī)范地進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)就顯得尤為重要。實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)安全進(jìn)行，應(yīng)當(dāng)采用安全工業(yè)儀表無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來采集工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)儀器相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，進(jìn)而確定儀器是否安全運(yùn)行。這可以使工業(yè)生產(chǎn)中及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，并對(duì)其有效處理，提高工業(yè)生產(chǎn)的安全性。所以，在工業(yè)生產(chǎn)中有效應(yīng)用工業(yè)儀表無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是非常必要的。

[1]劉漢毅，梁波.黎香洪工業(yè)儀表無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科技與企業(yè)，2013（15）.

[2]沈曉昱，李文軍，孫斌.基于ZigBee的工業(yè)儀表無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2009（11）.

[3]李文軍，樂小琴，沈曉昱，孫斌.工業(yè)儀表無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].自動(dòng)化儀表，2012（4）.

TP39

A

1674-6708（2015）138-0117-01