工业仪表无线数据采集系统设计和实现

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1、工业仪表无线数据采集系统设计和实现　　【摘要】工业生产涉及大量现场仪器仪表，如压力流量计、压力变压器等，为了方便快捷的读取仪表数据，对生产过程实时监控，近年来采用无线传输方式负责数据的采集和传输，不但降低了成本成本，而且克服人工现场读数的困难，因此，在工业生产中应用越来越广泛。本课题主要探究基于ZigBee工业仪表无线数据采集方案技术和实现方法，为工业仪表无线采集技术的发展提供参考。【关键词】工业仪表；无线数据；采集系统基于ZigBee工业仪表无线数据采集方案，主要运用ZigBee技术，搭建一套无线的数据采集方案，利用虚拟仪器技术和数据库技术，实现工业仪表数据的采集和收集。通过大

2、量实践证明该系统运行可靠、性能稳定、能耗低，在工业生产中发挥重要作用。一、系统总体结构设计介绍工业仪表无线采集系统整体分为数据采集端和数据管理中心两部分。为了更好的实现对不同工业仪器仪表的数据采集，ZigBee适配器拥有多个采集接口，并通过串口的方式和工业仪器相连采集仪表的各种输出数据，比如测量数据、过程数据等，最后将采集的数据结果通过ZigBee网络发送给ZigBee协调器，以此完成数据的采集任务。6在数据管理中心，ZigBee无线网络协调器以串口的方式和管理中心计算机相连，在无线通讯模块的帮助下完成采集数据的收集工作。为了实现数据的整理和分析，数据管理中心需要安装软件相关软件

3、，比如，监控软件和数据库软件等。二、数据采集端设计1.硬件设计（1）ZigBee协调器设计ZigBee无线数据采集系统要想正常工作，必须拥有专门的部件控制网络的运行，负责网络的建立、保证网络信号的正常传输、管理网络各个节点的任务。基于ZigBee无线数据采集系统的协调器主要由串口通信模块、无线通讯模块、液晶显示模块、电源模块和按键输入模块组成。而将电源模块、液晶显示模块、按键输入模块、串口通信模块设计在同一个板卡上称之为网络扩展板。无线通信模块和网络扩展板之间通过I/O相连的方式组成ZigBee协调器。液晶显示器和无线通信模块通过I/O接口相连，能显示网络中各个节点的数据，实现对

4、网络节点的管理。另外，将无线协调器通过自身的RS-232接口和计算机相连可以接收由串口传输的数据。无线数据采集系统工作时，协调器始终保持信息的接、发送状态，且使用外部供电方式。（2）ZigBee适配器设计6为了实现对工业生产中不同仪器的数据采集，ZigBee拥有多种数据采集接口，比如现场仪器的工作电压、电流和脉冲信号等，整个适配器系统主要以CC2430模块为核心。工作中为了实现数据采集的通用性将各种模块比如，电压、电流转换模块、脉冲采集模块等设计安装在同一个工作面板上。将适配器安装在需要采集数据的仪表上，以此完成数据采集工作。2.软件设计（1）ZigBee协调器软件设计ZigBe

5、e协调器和ZigBee适配器安装的程序，均以ZigBee协议栈为基础。程序运行时首先对协议栈、CC2430以及液晶初始化，同时打开中断。初始化结束后，协调器开始建立网络连接，如果连接成功会在显示器上出现连接成功的提示信息，ZigBee主要通过自组织方式建立无线网络连接链路。然后开始对网络节点进行监控，并对加入的节点发送是否同意接入的命令，如果允许节点接入，协调器还需要负责节点信息的接收工作，同时将接收的数据信息向上一级管理结构传送。（2）ZigBee适配器软件设计当无线数据采集协调器建立网络连接6后，适配器开始搜索网络同时发送加入网络的信号。一般加入网络后ZigBee适配器进入休

6、眠状态，这种机制的设计能够最大限度的降低能耗。在整个系统中适配器按照设计规则间歇性的工作，根据设定的时间进行数据的采集和发送相关的数据。节点同样才用低能耗设计方式，当网络中有数据传送节点被唤醒进入工作状态，否则进入低能耗的休眠状态。CC2430主要有PM0、PM1、PM2、PM3四种休眠模式，其耗能依次有大到小。ZigBee无线数据采集系统采用PM2低耗能休眠模式。另外数据发送的时间可以自行设定，这里设为500ms。三、系统测试1.整体功能测试在安装ZigBee无线数据采集系统之前，需要对系统采集信息的准确性进行测试。选择和仪表具体工作环境类似的多相流检测实验室，对ZigBee无

7、线数据采集系统整体工作性能进行测试。测试中以采集温度变送器、压力变送器以及电磁流量器为目标进行，测试结果显示采集的电压、电流信号等参数满足要求，并且系统工作稳定。2.无线通讯距离测试在实际工作中为了保证采集信息传输的正确性，研究丢包率和组网时间关系，需要对适配器和协调器之间的距离进行测试。另外，测试需要考虑在无障碍和有障碍两种条件下进行。6在无障碍条件下如果两个节点的距离小于50m，则需要对每个距离测试三次；当节点之间的距离大于50m时，需要对每个距离测试五次，并将测试时间保持在