基于ZigBee的無(wú)線集散控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、本項(xiàng)目來(lái)源于廣西教育廳重大科研項(xiàng)目,對(duì)與桂林某機(jī)械廠聯(lián)合研發(fā)的數(shù)控鉆床進(jìn)行升級(jí),研制智能數(shù)控鉆床集散控制系統(tǒng),解決數(shù)控鉆床在鉆孔過(guò)程中鉆頭變鈍時(shí)不能自動(dòng)報(bào)警和自動(dòng)停機(jī)的問(wèn)題。通過(guò)采集鉆頭工作時(shí)發(fā)出的噪聲,對(duì)噪聲特性進(jìn)行研究與分析,找出其規(guī)律和特性,以此為依據(jù)判斷鉆頭是否變鈍。整個(gè)系統(tǒng)需完成對(duì)噪聲的采集、預(yù)處理、A/D變換、頻域分析與判斷,與原數(shù)控系統(tǒng)的聯(lián)接,無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò),中央控制臺(tái)等功能。本文是本項(xiàng)目的子課題,主要完成無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò),中央

2、控制臺(tái)的功能。
　　本文首先介紹集散控制系統(tǒng)與無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀與前景,然后根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求(網(wǎng)點(diǎn)分散、低傳輸率、數(shù)據(jù)量少、布線難與經(jīng)濟(jì)性),提出無(wú)線集散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,并對(duì)無(wú)線傳感器進(jìn)行選型。
　　本文以TI公司的CC2530無(wú)線射頻收發(fā)芯片為核心設(shè)計(jì)傳感器節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器,并組建星型無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò),以意法半導(dǎo)體公司的STM32F103VET6為核心設(shè)計(jì)中央控制臺(tái)。傳感器節(jié)點(diǎn)與噪聲處理裝置(項(xiàng)目的另一部分,與原數(shù)控系

3、統(tǒng)連接,負(fù)責(zé)對(duì)鉆頭進(jìn)行噪聲的采集、預(yù)處理、A/D變換、頻域分析與判斷以及通過(guò)串口發(fā)停機(jī)指令給原數(shù)控系統(tǒng))通過(guò)微處理器的兩個(gè)I/O口互連,一個(gè)I/O口為讀,另一個(gè)為寫。第一個(gè)I/O口讀取噪聲處理裝置的處理結(jié)果(1為鉆床工作正常,0為異常)并將結(jié)果連同該節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)地址無(wú)線發(fā)送給協(xié)調(diào)器,ZigBee采用 CSMA/CA機(jī)制,有效解決了多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)數(shù)據(jù)給協(xié)調(diào)器帶來(lái)的信道擁塞沖突問(wèn)題。協(xié)調(diào)器采用串口方式與中央控制臺(tái)通信,中央控制臺(tái)以觸摸屏

4、作為操作界面,一方面顯示協(xié)調(diào)器串口發(fā)送過(guò)來(lái)的鉆床工作狀況信息,一方面通過(guò)控件啟動(dòng)串口發(fā)送停機(jī)命令(傳感器節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)地址)給協(xié)調(diào)器,協(xié)調(diào)器將此命令廣播給傳感器節(jié)點(diǎn),傳感器節(jié)點(diǎn)再將此命令與自身的網(wǎng)絡(luò)地址進(jìn)行比較,若匹配則通過(guò)第二個(gè)I/O口給噪聲處理裝置一個(gè)外部中斷信號(hào),噪聲處理裝置通過(guò)串口發(fā)送指令給原數(shù)控系統(tǒng)對(duì)鉆床進(jìn)行報(bào)警與停機(jī)。最終整體構(gòu)成一個(gè)無(wú)線集散控制系統(tǒng),其中數(shù)據(jù)采集裝置由傳感器節(jié)點(diǎn)和噪聲處理裝置組成,基本控制器由協(xié)調(diào)器與以中央控制