基于ZigBee的現場(chǎng)安全溫度在線(xiàn)監控系統
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3．4 應用程序的設計
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )一般需要解決數據碰撞及網(wǎng)絡(luò )地址分配等問(wèn)題，這樣才能使整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò )穩定工作，數據信息準確傳輸。特別是以ZC為終點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)通信，很可能因在同一時(shí)間內接收多個(gè)ZR或ZED的數據而造成數據丟幀。為了使數據信息準確無(wú)丟失地在ZC、ZR和ZED之間相互傳輸，系統采用了“時(shí)間片輪轉法”使各ZigBee設備分時(shí)發(fā)送數據。整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中共有11個(gè)ZigBee設備，其中ZC除了短暫的發(fā)送監控命令外，大部分時(shí)間是接收4個(gè)ZR轉發(fā)的LQI值和來(lái)自6個(gè)ZED的溫度采集數據。系統設定1 s為整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的工作周期，期間ZC需接收來(lái)自ZR和ZED共10個(gè)設備的數據來(lái)實(shí)現溫度監控與空間定位的功能。因此，每個(gè)ZR或ZED各有100 ms的發(fā)送時(shí)間，均須在預定的100 ms內完成數據成功發(fā)送任務(wù)。
網(wǎng)絡(luò )地址的分配一般以通信便捷和節省字節開(kāi)銷(xiāo)為佳。在溫度監控的Star網(wǎng)絡(luò )中，ZC須同時(shí)能夠與6個(gè)ZED的任意一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行雙向通信；而在空間定位的Mesh網(wǎng)絡(luò )中，ZC采取主動(dòng)的廣播通信方式向各ZR發(fā)送提取LQI命令，隨后4個(gè)ZR輪流在各自的100 ms內完成發(fā)送LQI的工作。針對這種情況，系統采用了以1個(gè)char(8位)類(lèi)型的字節來(lái)制定網(wǎng)絡(luò )中各設備的地址：由于各ZED需可同時(shí)工作，故用Bit0～Bit5分別對應ZEDl～ZED6；而4個(gè)ZR是輪流在各自100 ms內工作，所以采取Bit6、Bit7兩位的組合0O、01、10及11來(lái)對應ZRl～ZR4。
3．5 上位機VB程序的設計
系統利用MCl3213的兩組SCI接口分別設計了經(jīng)SP3220E轉換的RS-232真實(shí)串口和經(jīng)FT232BL轉換的虛擬串口(此時(shí)已不是真實(shí)意義上的USB接口了)，所以?xún)烧叨夹枰訰S-232串口通信協(xié)議與PC上位機程序進(jìn)行雙向通信。具體實(shí)現功能如下：
①時(shí)間同步功能。使用Timer控件來(lái)給系統運行提供時(shí)間刻度，以便記錄事件發(fā)生的實(shí)時(shí)時(shí)間。在監控軟件上，既可選擇PC機的時(shí)間，也可自主設定起始運行時(shí)間。
②空間定位功能。主要是基于定位公式編寫(xiě)程序，使各ZED的空間坐標能夠實(shí)時(shí)地在上位機監控界面上顯示。
③溫度監控功能。實(shí)現ZED的溫度信息傳送至ZC，被上位機提取與運算并在監控界面上顯示；同時(shí)，通過(guò)監控軟件配置各類(lèi)控制參數，并反向發(fā)送給ZED。
④事件發(fā)生的信息記錄功能。為了保存溫度事件發(fā)生的現場(chǎng)信息，監控軟件利用了CommonDiatog控件將相關(guān)信息寫(xiě)入一個(gè)txt文件中，并能自主選擇tXt保存的目錄。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/157108.htm
4 實(shí)驗數據分析及總結
為了驗證性能及參數指標，選擇了一棟58 m×26 m×23．5 m的生產(chǎn)廠(chǎng)房作為實(shí)驗基地，將4個(gè)ZR分別放置在A(yíng)(55，O，O)、B(0，25，O)、C(O，O，20)及D(O，0，O)從而建立空間坐標系，而將6個(gè)ZED移動(dòng)地分別放在各個(gè)車(chē)間里進(jìn)行測試采集數據。
4．1 溫度監測
為了驗證溫度監控的準確性及有效精度，在相應車(chē)間內放置了一個(gè)精度為O．1℃的工業(yè)溫度計，測量到的實(shí)際溫度來(lái)作為ZED測溫的參考。測量溫度和實(shí)際溫度的比較如表2所列。
由表2可知：溫度監控系統誤差小、精度高，最大絕對誤差為+O．175℃，最大相對誤差為O．738％，符合現場(chǎng)安全溫度監控的要求。
表2的溫度絕對誤差都是正數，說(shuō)明測量溫度均偏高。其主要原因是，LM75A是焊接在PCB板上的，芯片要正常工作就需消耗電能，內部產(chǎn)生的熱量難以散失；同時(shí)，板上元器件布局不合理，使得其他器件產(chǎn)生的熱量也傳向LM75A，所以實(shí)測溫度比現場(chǎng)室溫偏高。
4．2 空間定位
在監控軟件上獲得的各ZED坐標位置數據的同時(shí)，利用皮尺等工具測量對應的坐標長(cháng)度作為空問(wèn)定位的對比?？臻g定位與實(shí)際位置的關(guān)系如圖6所示。
可見(jiàn)，空間定位的誤差較小，最大的定位誤差為ZED3的1．1045m，在工程的允許范圍內，達到了系統對溫度事件的定位目標。利用LQI進(jìn)行空間定位，從本質(zhì)上講是基于能量法的。圖5的LQI-d曲線(xiàn)數據是在戶(hù)外理想狀態(tài)下測得的，而生產(chǎn)現場(chǎng)環(huán)境惡劣，無(wú)線(xiàn)通信常受到障礙物影響，因此難免有所誤差。另外，由于RF收發(fā)天線(xiàn)不是嚴格意義上的全向，因此在相同距離而位于不同方向時(shí)所接收的LQI值也有所差別。
結語(yǔ)
本文設計了基于ZigBee的生產(chǎn)現場(chǎng)安全溫度在線(xiàn)監控系統，提出了三要素(溫度監測、時(shí)間記錄及空間定位)全方位設計理念，介紹了系統的硬件、軟件及上位機監控程序的設計方法。測試表明，該監控系統具有精度高、功能完善、運行穩定及性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，有一定的實(shí)用價(jià)值。若將本系統的RS-232／USB進(jìn)一步擴展到GPRS或Internet，并與生產(chǎn)現場(chǎng)總控制室相連，則系統的功能和使用范圍都將得到很大的拓寬。
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