基于GPRS和ZigBee的远程油阀控制系统

《基于GPRS和ZigBee的远程油阀控制系统》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于GPRS和ZigBee的远程油阀控制系统引言国外新建的输油管道多为全线集中控制设计，旧的管道系统也在不断朝这个方向改进。我国大部分输油管道都建于20世纪70年代,控制系统与国外的先进技术有一定的差距。为了提高输油效率和改善工人的工作条件,迫切需要寻求一种无线控制的解决方案。本文提出了一种基于GPRS网络和ZigBee无线通信技术的远程油阀控制系统技术方案。此方案完全满足远程无线油阀控制的迫切需要，促进油阀控制系统自动化的发展，并且该方案可以适用于其他阀的控制，例如天然气阀和暖气阀等。1　系统总体结构远程油阀控制

2、系统总体结构如图1所示。远程油阀控制系统由中心控制室、GPRS无线数传模块、ZigBee无线信号收发模块和执行器模块4部分组成。其中，中心控制室由中央监控计算机、运行参数采集系统、显示系统以及报警系统组成；GPRS无线数传模块采用的是Motorola公司生产的G24无线通信模块；ZigBee无线信号收发模块采用的是Chipcon公司生产的CC2430芯片；执行器模块采用的是两相混合式步进电机。图1　系统总体结构系统通过中央监控计算机发送控制命令包给GPRS网络发送模块，GPRS网络发送模块把命令转发到远程的GPRS

3、网络接收模块，GPRS网络接收模块再把控制命令通过串口发送到ZigBee的协调器上，协调器把各个阀门的控制命令发送到相应的ZigBee路由器模块上。最后，ZigBee的终端模块根据得到的命令发脉冲给步进电机驱动电路，从而控制步进电机的旋转。电机和旋转阀门连接在一起，这样电机的旋转将带动阀门旋转从而控制流量。2　系统硬件设计2.1　GPRS传输模块GPRS无线数传模块是ZigBee无线信号收发模块和中央监控计算机之间命令传输的桥梁。中心控制室可以通过微波监控各站得到系统主要的运行参数和状态,以及各管路运行情况的变化。

4、中央监控计算机根据这些参数或报警信号提出合理的处理方案,调度人员分析判断后下达指令调整运行参数。这些调整参数就是通过GPRS远程输送到ZigBee网络的协调器上。图2　GPRS无线数传模块硬件框图GPRS无线数传模块的硬件框图如图2所示。综合本系统的远程无线通信要求，GPRS选用的是Motorola公司生产的G24模块。G24模块是一款高速的GSM/GPRS/EDGE模块，支持850/900/1800/1900MHz四种频率。其中，850/900MHz频段的功耗为2W，1800/1900MHz的频段功耗为1W。自动

5、波特率范围为300b/s~115kb/s,由标准的AT指令控制[1]。G24模块和其外围电路匹配后完全可以进行远距离GPRS通信，而且可以工作于恶劣的环境中。2.2　ZigBee无线信号收发模块ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低成本的无线网络技术[2]。以IEEE802.15.4为标准,ZigBee网络由1个协调器、1个或多个路由及终端设备组成。每一个网络必须有1个协调器,它是整个网络的核心,负责建立网络并保存其他网络节点的地址建立地址表；路由节点提供接力作用,扩展无线传输的距离；终端设备实现具体

6、的功能。ZigBee网络一般支持3种拓扑结构：星型、树型和网状型[35]。本系统微控制器采用符合ZigBee技术的2.4GHz射频系统单芯片CC2430无线单片机。CC2430单片机功耗非常低，待机时电流消耗仅为0?2μΑ，在32kHz晶振频率下运行时电流消耗也小于1μΑ，使用小型电池寿命可长达10年[6]。由于CC2430将8051内核与无线收发模块集成到一个芯片当中，简化了电路的设计过程，缩短了研发周期。该模块电路主要有JTAG调试模块、电源模块、指示模块和电机控制接口4部分，它为实现节点程序的下载、在线调试等

7、提供硬件接口。其硬件结构框图如图3所示。图3　ZigBee模块硬件结构框图2.3　执行器模块步进电机是将脉冲信号转换为角位移和线位移的开环控制元件，在非超载的情况下，电机的停止位置和转速只取决于脉冲数和频率，并且无累积误差。这些优点使步进电机广泛应用于速度和位置控制领域[7]。该系统采用了两相混合步进电机。电机驱动电路由L297和L298芯片组成。L297是步进电机控制器（包括环形分配器），L298是双H桥式驱动器。步进电动机驱动电路如图4所示。图4　步进电机驱动电路这种方式可用来驱动电压为46V、电流2.5A以下

8、的步进电机。这样可以减少元件从而使得装配成本低、可靠性高且占空间小，并且通过软件开发可以减轻微型计算机的负担。另外，L297和L298都是独立的芯片，所以应用是十分灵活的。3　系统软件设计3.1　GPRS传输模块软件设计本模块采用GPRS无线通信模块G24实现远程数据通信，重点解决监控中心与ZigBee协调器之间的通信问题。GPRS无线通信模块G24通过AT