zigbee技術(shù)在工業(yè)控制中的應(yīng)用探討

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1、ZigBee技術(shù)在工業(yè)控制中的應(yīng)用探討工業(yè)控制是指使用計(jì)算機(jī)技術(shù)，微電子技術(shù)，電氣手段，使工廠的生產(chǎn)和制造過程更加自動(dòng)化、效率化、精確化，并具有可控性及可視性。隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，對監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)接口的開放性以及數(shù)據(jù)鏈接的安全性的要求越來越高，有線控制X絡(luò)的局限性也越來越突出。ZigBee是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率，適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。本研究主要介紹了ZigBee的X絡(luò)模型，并探討了ZigBee技術(shù)在工業(yè)控制中的應(yīng)用。前言：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和信息管理技

2、術(shù)的不斷進(jìn)步，工業(yè)控制系統(tǒng)逐步由集中走向分散。X絡(luò)化、開放化、智能化和集成化成為了工業(yè)控制技術(shù)發(fā)展的方向。ZigBee技術(shù)是一種具有統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的短距離無線通信技術(shù)，其中物理層(PHY)和介質(zhì)訪問控制層(MAC)協(xié)議為IEEE802.15.4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，X絡(luò)層由ZigBee技術(shù)聯(lián)盟制定，應(yīng)用層的開發(fā)應(yīng)用根據(jù)用戶自己的應(yīng)用需要，對其進(jìn)行開發(fā)利用，因此該技術(shù)能夠?yàn)橛脩籼峁C(jī)動(dòng)、靈活的組X方式?？梢郧度敫鞣N設(shè)備，非常適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域。1.ZigBee技術(shù)介紹1.1ZigBee協(xié)議ZigBee是一組基于IEEE批準(zhǔn)通過的802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)的，有關(guān)組X、

3、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在ZigBee技術(shù)中，其體系結(jié)構(gòu)一般用層來描述它的各個(gè)簡化標(biāo)準(zhǔn)，ZigBee協(xié)議符合七層X絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要由物理層(PHY)、介質(zhì)訪問控制層(MAC)、X絡(luò)層(NHz、915MHz和2.4GHz，其中2.4GHz頻段上分為16個(gè)信道。完全協(xié)議用于一次可直接連接到一個(gè)設(shè)備的基本節(jié)點(diǎn)的4K字節(jié)或者作為Hub或路由器的協(xié)調(diào)器的32K字節(jié)。每個(gè)協(xié)調(diào)器可連接多達(dá)255個(gè)節(jié)點(diǎn)，而幾個(gè)協(xié)調(diào)器則可形成一個(gè)X絡(luò)，對路由傳輸?shù)臄?shù)目則沒有限制。其中物理層和介質(zhì)訪問控制層主要采用IEEE802.15.4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，其余協(xié)議主要參照和采用現(xiàn)有的傳統(tǒng)無線技術(shù)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，由Z

4、igBee聯(lián)盟制定。1.2ZigBee節(jié)點(diǎn)模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)傳感器節(jié)點(diǎn)由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供應(yīng)模塊四部分組成，傳感器模塊負(fù)責(zé)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)信息的采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換;處理器模塊負(fù)責(zé)控制整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的操作，存儲和處理本身采集的數(shù)據(jù)和其它節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù);無線通信模塊負(fù)責(zé)與其它節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線通信，交換控制信息和收發(fā)采集數(shù)據(jù);能量供應(yīng)模塊為傳感器節(jié)點(diǎn)提供運(yùn)行所需的能量。由于ZigBee節(jié)點(diǎn)模塊要與電器儀表等現(xiàn)場設(shè)備一起使用或者單獨(dú)使用，并且使用電池供電，所以要求ZigBee節(jié)點(diǎn)模塊體積小、低功耗和高可靠性。ZigBee節(jié)點(diǎn)硬件模塊主要由微控制器、無線射頻收發(fā)模塊、串口接

5、口、調(diào)試模塊、液晶模塊和電源模塊組成。微控制器主要用于控制無線射頻收發(fā)模塊，處理射頻信號，控制和協(xié)調(diào)各個(gè)器件的工作。我們可以在傳感器終端加裝不同的傳感器來實(shí)現(xiàn)對所需數(shù)據(jù)的監(jiān)控，從而發(fā)揮ZigBee平臺的作用。中心數(shù)據(jù)管理終端由中心節(jié)點(diǎn)和PC機(jī)組成，二者之間可以通過RS232實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。平臺采用了Microchip公司提供的開放協(xié)議棧，通過設(shè)計(jì)修改其應(yīng)用層代碼來實(shí)現(xiàn)所需的功能。通常，ZigBee節(jié)點(diǎn)的IEEE64位地址是由用戶自己定義的，它們被寫在節(jié)點(diǎn)的EEPROM中。而每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)入X后，中心節(jié)點(diǎn)會分配給它一個(gè)16位X絡(luò)短地址。對于初次使用的終端節(jié)點(diǎn)，可以經(jīng)過與中心節(jié)

6、點(diǎn)綁定過程從而讓終端節(jié)點(diǎn)的地址信息出現(xiàn)在中心節(jié)點(diǎn)的綁定表中，使數(shù)據(jù)的收發(fā)更加穩(wěn)定。2.ZigBee技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用2.1ZigBee在工廠消防監(jiān)控中的應(yīng)用隨著人們生活質(zhì)量的提高。裝修裝飾逐步高檔化，電器設(shè)備的增多，高層及超高層建筑的增加以及商場超市等群眾聚集場所規(guī)模的迅速擴(kuò)大，消防安全的重要性越來越突出。而今，物聯(lián)X技術(shù)的發(fā)展和成熟，越來越多的新型建筑采用了智能消防系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)分成兩部分：無線煙感器終端(多個(gè))和中心數(shù)據(jù)管理終端。無線煙感器終端是檢測發(fā)送煙霧數(shù)據(jù)的集成設(shè)備，它在檢測到一定濃度的煙霧后在本地報(bào)警，同時(shí)通過無線X絡(luò)傳輸給管理終端。ZigBee噴淋和

7、報(bào)警控制器內(nèi)置基于CC2530的ZigBee終端節(jié)點(diǎn)，它能通過無線信道接收來自ZigBee協(xié)調(diào)器下發(fā)的指令，解析后執(zhí)行噴淋器、報(bào)警器的控制，并可根據(jù)需要采集噴淋器、報(bào)警器的運(yùn)行狀態(tài)上報(bào)協(xié)調(diào)器。CC2530的P0.0口是采集煙霧傳感探頭輸出信號的I/O口，當(dāng)CC2530檢測到P0.0為低電平時(shí)，說明有火情發(fā)生;反之，說明無火情。2.2ZigBee和CAN總線技術(shù)的應(yīng)用在現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域，對現(xiàn)場無線化的需求也進(jìn)一步加大，所以使用CAN總線技術(shù)和ZigBee技術(shù)的結(jié)合，運(yùn)用到一定范圍內(nèi)的工業(yè)控制現(xiàn)場，是一個(gè)很好的方式。CAN為多主方式工作，X絡(luò)