專利名稱：一種基于Zigbee的傳感測控系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種無線傳感程序控制系統，特別涉及一種基于Zigbee的傳感測控系統。
背景技術：
目前，無紙數據記錄儀、無線數據記錄儀不僅實現了數據的無紙存儲，還具備數據的分析和對組態軟件的支持。但上述產品不具備無線采集功能和控制功能，采樣部分的模塊化程度不高，也不具備便攜式功能。在無線記錄和控制方面，現有技術中的產品測試參數單一、功能不夠強大，同時也未出現統一的標準
發明內容
針對現有技術中無線數據記錄過程中存在的上述問題，本發明綜合運用無線網絡技術、無紙數據記錄技術、智能控制技術、低功耗電路技術等技術，有效地將傳感器和智能處理相結合，提供一種基于Zigbee的傳感測控系統，為傳感器的網絡化和智能化提供一個方案。本發明的技術方案是:
一種基于Zigbee的傳感測控系統，所述系統的網絡結構采用主從式網絡結構，主節點通過有線或無線網絡和子節點相連接。進一步，所述采樣節點采用通用接口。進一步，所述子節點采用有線和無線的混合組網。進一步，所述子節點包括采樣節點、變送節點以及控制節點，分別完成信號采樣、信號類型變換、采樣流程控制；主節點采用嵌入操作系統的ARM處理器。進一步，所述主節點的結構包括ARM處理器、顯示屏、輸入設備、U盤接口、以太網接口、Zigbee無線通訊模塊、RS485通訊接口，所述液晶顯示屏、鍵盤、U盤接口、以太網接口、Zigbee無線通訊模塊、RS485通訊接口分別與ARM處理器連接,所述、Zigbee無線通訊模塊與RS485通訊接口連接。進一步，所述子節點的結構包括電池管理電路、電池、電池充電接口、模擬電路、低功耗單片機、Zigbee無線通訊模塊，所述電池、電池充電接口、模擬電路、低功耗單片機、Zigbee無線通訊模塊分別與電池管理電路連接，所述低功耗單片機分別與模擬電路和Zigbee無線通訊模塊連接。進一步，所述輸入設備為鍵盤。進一步，所述電池為鋰電池。本發明的有益效果是:
1、子節點可按功能不同分別通過有線/無線進行組網，此無線和有線的混合組網可以有效的發揮無線網和有線網的優勢，例如在不利于布線的空曠空間里可以使用無線連接，而在屏蔽空間里可以使用有線連接。2、為了能兼容大多數傳感器接口，采樣節點設計成通用接口，可以對電壓、電流、電阻、頻率等基本參量進行測量，也可直接連接測量各種熱電偶、熱電阻等傳感器或現場總線信號，通過節點的MCU進行數學校準后轉換成數字量傳輸給主節點。3、為了能實現真正的無線化設計，我們將子節點設計成便攜式節點(特別是采樣節點)，帶上相關模塊卡就可在有效的無線通訊范圍內進行數據采集通信。4、子節點按其實現功能可劃分為采樣節點、變送節點和控制節點等，這樣用戶可以根據實際功能需要，靈活添加不同種類的節點，有效節約了成本；主節點采用ARM處理器并嵌入操作系統，可以根據用戶需要嵌入不同功能的軟件產品，并可對某些功能進行裁剪。
圖1是本發明一種基于Zigbee的傳感測控系統的結構示意 圖2是本發明中主節點的結構示意 圖3是本發明中子節點的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。本發明一種基于Zigbee的傳感測控系統是一個集傳感、控制的無線傳感網系統。該系統的網絡結構采用主從式網絡結構，主節點可通過有線(RS485)或無線網絡(Zigbee)和子節點相連接。Zigbee具有以下特點:1、低功耗，適合電池供電；2、低成本，通訊協議簡單，頻段免執照；3、通訊距離100m,功率增加后可達Ikm,通訊速度2(T250kpbs適合信號采
集；4、安全可靠,采用三級安全模式。本發明一種基于Zigbee的傳感測控系統包括主節點和若干子節點，如圖1所示。主節點的結構組成如圖2所示，包括ARM處理器、液晶顯示屏、鍵盤、U盤接口、以太網接口、zigbee無線通信模塊、RS485通訊接口。其中，液晶顯示屏、鍵盤、U盤接口、以太網接口、zigbee無線通信模塊、RS485通訊接口分別與ARM處理器相連接,Zigbee無線通信模塊與ARM處理器和天線相連接。每個子節點的結構組成如圖3所示，包括電池管理電路、鋰電池、電池充電接口、模擬電路、低功耗單片機、Zigbee無線通訊模塊。其中電源管理電路分別和鋰電池、電源充電接口連接，同時電源管理電路和模擬電路、低功耗單片機、Zigbee無線通訊模塊相連接，低功耗單片機分別與模擬電路和Zigbee無線通訊模塊連接，Zigbee無線通訊模塊和發射接收天線相連。子節點應能夠隨機入網/退網，并且軟件應用程序應能夠被用戶隨意裁剪以滿足自身需要。主節點和各個子節點收發器組建一個有線和無線混合網絡(圖1)，主節點通過有線RS485串行方式進行有線連接,與子節點通過無線zigbee網絡進行無線通訊。在zigbee網絡中，多個通信節點能夠自由入網，在網絡中能夠實現數據包的可靠傳輸，并且使各個節點在軟件和硬件上有著良好的可擴展性，在網絡中能夠隨時接入多路傳感器信號。網絡 中必須有一個協調器，這個協調器就是主節點，圖2是主節點的設計方案。它在網絡建立之前能夠首先對網絡的各個屬性初始化，然后等待終端設備入網。設計方案中，主節點使用嵌入式操作系統，負責實現數據分析、人機交互和子節點之間的組網，可以通過嵌入程序模塊來實現功能擴展。子節點采用1800毫安時電池供電，在子節點通過Zigbee網接入網絡時，為了實現能夠實現便攜式，低功耗是最需要考慮的因素。由于鋰電池只能僅僅連續使用幾十小時，而且還有其它電路需要耗電，此時既要保證能夠通訊的暢通，又要保證低功耗，那么可以有效利用Zigbee的休眠。圖3為子節點的硬件設計方案。若子模塊是采集模塊，模擬電路采集數據并處理傳遞給低功耗單片機，低功耗單片機通過Zigbee無線通訊模塊和天線傳遞給主節點。本發明中子節點包括采樣節點、變送節點以及控制節點等，分別完成信號采樣、信號類型變換、采樣流程控制等；主節點采用ARM處理器，并嵌入操作系統，軟件應用程序負責實現數據分析、數據轉存、人機交互等。主節點通過相應處理，并給出相應的控制信息傳遞給其他執行子節點。所有入網的子節點物理地址(每個從節點模塊的物理地址是唯一的，存于從節點模塊的單片機中的EEPROM里)存儲于主節點模塊I的ARM存儲器中，在通訊時這些物理地址和數據一起構成數據包。子節點數擴展20個以上，可分為采樣子節點、控制子節點、變送子節點等每個采樣子節點有4個測試通道采樣子節點可測試的參數有電壓((T5V)、電流((T20mA)、電阻((TlkQ)、頻率(flOkHz)等主節點擁有數據無紙記錄功能，可直接存儲于U盤。主節點可以對采集的數據進行波形繪制和分析主節點具有和以太網組網功能，支持一些組態軟件。當用戶需要將某個傳感器信號變送成現場總線信號時，主節點通過無線傳輸方式得到指定采集模塊上的指定通道的傳感器信號后通過運算后發送指令給主節點，由主節點中轉并將無線發送給指定的變送模塊，變送模塊根據接收到的指令輸出相應的現場總線信號電流或電壓。報警模塊功能是通過對采集道的某個信號進行監視，一旦發現該信號超出主節點所設定范圍，便控制打開或閉合模塊上的繼電器，主節點得到指定采集模塊上的指定通道的傳感器信號后通過和用戶設定上下限值比較后發送指令給主節點，由主節點中轉并將無線發送給指定的報警模塊。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、·等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種基于Zigbee的傳感測控系統，其特征在于:所述系統的網絡結構采用主從式網絡結構，主節點通過有線或無線網絡和子節點相連接。
2.根據權利要求1所述的一種基于Zigbee的傳感測控系統，其特征在于:所述采樣節點采用通用接口。
3.根據權利要求1所述的一種基于Zigbee的傳感測控系統，其特征在于:所述子節點采用有線和無線的混合組網。
4.根據權利要求1所述的一種基于Zigbee的傳感測控系統，其特征在于:所述子節點包括采樣節點、變送節點以及控制節點，分別完成信號采樣、信號類型變換、采樣流程控制；主節點采用嵌入操作系統的ARM處理器。
5.根據權利要求1至4中任意一項所述的一種基于Zigbee的傳感測控系統,其特征在于:所述主節點的結構包括ARM處理器、顯示屏、輸入設備、U盤接口、以太網接口、Zigbee無線通訊模塊、RS485通訊接口，所述液晶顯示屏、鍵盤、U盤接口、以太網接口、Zigbee無線通訊模塊、RS485通訊接口分別與ARM處理器連接，所述、Zigbee無線通訊模塊與RS485通訊接口連接。
6.根據權利要求1至4中任意一項所述的一種基于Zigbee的傳感測控系統，其特征在于:所述子節點的結構包括電池管理電路、電池、電池充電接口、模擬電路、低功耗單片機、Zigbee無線通訊模塊,所述電池、電池充電接口、模擬電路、低功耗單片機、Zigbee無線通訊模塊分別與電池管 理電路連接，所述低功耗單片機分別與模擬電路和Zigbee無線通訊模塊連接。
7.根據權利要求5所述的一種基于Zigbee的傳感測控系統,其特征在于:所述輸入設備為鍵盤。
8.根據權利要求6所述的一種基于Zigbee的傳感測控系統,其特征在于:所述電池為鋰電池。
全文摘要
本發明公開了一種基于Zigbee的傳感測控系統，該系統的網絡結構采用主從式網絡結構，主節點通過有線或無線網絡和子節點相連接；采樣節點采用通用接口；子節點采用有線和無線的混合組網；子節點包括采樣節點、變送節點以及控制節點，分別完成信號采樣、信號類型變換、采樣流程控制；主節點采用嵌入操作系統的ARM處理器。本發明中子節點可按功能不同分別通過有線/無線進行組網，此無線和有線的混合組網可以有效的發揮無線網和有線網的優勢；采樣節點設計成通用接口，能兼容大多數傳感器接口；用戶可靈活添加不同種類的節點，有效節約了成本，可以根據用戶需要嵌入不同功能的軟件產品，并可對某些功能進行裁剪。
文檔編號G05B19/042GK103246223SQ201310147558
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月25日 優先權日2013年4月25日
發明者焦竹青, 徐守坤, 周炯如, 戎海龍, 周紅妹, 馬正華 申請人:常州大學