基于ZigBee技術(shù)的油田示功參數監控系統
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3 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )建立：
本文充分對比了StarNet、MeshNet和CluterTreeNet各自的優(yōu)缺點(diǎn)，選用樹(shù)型無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)絡(luò )(Ad HocNet)，采用CSMA-CA方式進(jìn)行信道存取，各ZigBee傳輸模塊通過(guò)多次跳頻技術(shù)數據傳輸方式，具有較好的信息隱蔽性、抗多頻干擾性和自愈性，并增大網(wǎng)絡(luò )的覆蓋范圍。實(shí)現對油井示功參數的采集、傳輸及監控。
樹(shù)型無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中，自終端設備和網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器建立后，終端設備被分配一16位短地址，此后終端就用這地址在無(wú)限個(gè)域網(wǎng)中通信。主協(xié)調器首先啟動(dòng)建立ZigBee個(gè)域網(wǎng)，選擇ZigBee個(gè)域網(wǎng)標識符，自身短地址設為0，然后向其鄰近設備發(fā)送信標，接受其他網(wǎng)絡(luò )鏈接，成為第一級網(wǎng)絡(luò )。與主協(xié)調器建立了連接的設備都分配一16位的網(wǎng)絡(luò )地址。路由器根據其收到的協(xié)調器的信標的信息，配置并發(fā)送其自己的信標，允許其他設備與其建立連接，形成從設備--數據采集終端的第二級網(wǎng)絡(luò )。GPRS網(wǎng)絡(luò )將數據發(fā)送至監控中心，形成三級網(wǎng)絡(luò )的信息數據鏈路。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/157760.htm
4 硬件設計
4．1 硬件組成及功能
系統硬件由數據采集傳感器、控制器、無(wú)線(xiàn)RF收發(fā)、存儲、電源、GPRS接收、監控中心七個(gè)模塊組成。傳感器模塊由載荷傳感器、加速度傳感器ADX105構成，功能是用來(lái)收集油井現場(chǎng)的示功信息；控制器模塊為嵌入式系統ARM處理器，功能是進(jìn)行數據的處理、功耗管理、同步定位、任務(wù)管理等操作；無(wú)線(xiàn)RF收發(fā)模塊是由Phipcon公司開(kāi)發(fā)的CC2420RF芯片，功能是與其他RF模塊通信，傳輸油田現場(chǎng)的示功參數和控制信息；存儲模塊采用Samsung公司生產(chǎn)的NAND型FLASH存儲器K9F2808UOC，容量為8～128MB，負責數據存儲；電源模塊分為兩類(lèi)：一類(lèi)是高容量鋰電池；另一類(lèi)是變直之后的交流電源(硬件電路如圖2所示)。GPRS收發(fā)模塊A-232／485GPRSDTU負責GPRS通信鏈路的信息傳遞，將示功參數送至監控中心；監控中心模塊負責數據收集、整理與分析，并反饋控制命令。
4．2 硬件各模塊及功能
ZigBee技術(shù)支持兩種類(lèi)型的物理設備：全功能設備(FFD)和精簡(jiǎn)功能設備(RFD)。油井現場(chǎng)參數采集終端是網(wǎng)絡(luò )中通信要求最低的部分，結構和功能簡(jiǎn)單，用電池供電，大多處于睡眠狀態(tài)，以最大程度地節約電能，數據采集終端的通信模塊采用RFD；ZigBee路由器具備數據的存儲和收發(fā)能力、路由發(fā)現能力，從設備的連接、路由表的維護、數據的轉發(fā)，到維護網(wǎng)絡(luò )的鏈路等功能，采用FFD；ZigBee協(xié)調器始終處于工作狀態(tài)，是網(wǎng)絡(luò )的核心，除完成路由器的功能外，還有制定網(wǎng)絡(luò )規則，選擇合適信道，建立網(wǎng)絡(luò )并下發(fā)地址的功能，采用FFD。
采集終端(電路框圖如圖3所示)，CC2420通過(guò)SPI總線(xiàn)連接到ARM芯片的P1．0~P1．7接口。高容量電池作為終端模塊的電源，通過(guò)LD0低壓差線(xiàn)性穩壓器AM11 17-3．3為傳感器模塊、RF模塊、MCU／ARM7提供3．3V左右電壓。ARM芯片需3．0～3．6V(3．3V±10％)，CC2420需2．0～3．6V。電源功率指示燈顯示電源電壓。聲光報警單元對異常情況報警。晶振電路使ARM7與RF模塊同步通信。ZigBee路由器模塊框圖如圖4所示。
ZigBee協(xié)調器硬件電路在MCU右端接A-232／485GPRS／DTU，電源要求4．5～35V。供電電源采用電源線(xiàn)供電(將220V交流電經(jīng)過(guò)整流、穩壓、濾波電路轉換成5V直流。ZigBee協(xié)調器模塊框圖如圖5所示。
采集終端、路由器和協(xié)調器都有FLASH存儲器，系統在意外情況下，可海量存儲采集到的數據，防止數據丟失。終端和路由器采用鋰電池供電，協(xié)調器部分采用電源線(xiàn)供電，增強了電源模塊的穩定性。
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