基于ZigBee技術(shù)的油田示功參數監控系統

監控中心程序負責對整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的管理與控制，包括無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)的MCU、RF收發(fā)、數據采集、狀態(tài)檢測、數據處理、以及對連接到節點(diǎn)的設備的控制(主程序如圖7所示)；ZigBee無(wú)線(xiàn)通信模塊程序負責數據無(wú)線(xiàn)收發(fā)，包括RF和基帶兩部分，前者提供數據通信的空中接口，后者提供鏈路的物理信道和數據分組；ZigBee路由器及協(xié)調器通信程序負責鏈路管理與控制，執行基帶通信協(xié)議和相關(guān)處理過(guò)程，包括建立鏈接、頻率選擇、鏈路類(lèi)型支持、媒體接入控制、功率模式和安全算法等。采集終端程序及協(xié)調器程序分別如圖8、9所示。

軟件設計分數據采集、數據信息傳遞和監控中心三個(gè)層次，其運行于數據采集和信息傳遞之間的程序采用C++Builder6．0或匯編語(yǔ)言實(shí)現控制程序語(yǔ)言編寫(xiě)，經(jīng)過(guò)ARM編譯系統生成執行程序。監控中心軟件由Vi sualBasic6．0開(kāi)發(fā)，數據采用SQLServer數據庫存儲。IEEE802．15．4／ZigBee開(kāi)發(fā)系統采用無(wú)線(xiàn)谷C51RF-3-ZMD2。軟件采用結構化設計，便于完善和維護，同時(shí)做到界面美觀(guān)，操作簡(jiǎn)便。

6 系統低功耗設計
在ZigBee的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)中，只有考慮到MCU的功耗問(wèn)題，才能真正做到節能降耗，ZigBee低功耗特點(diǎn)才能凸顯出來(lái)。CC2420在睡眠模式，發(fā)射功率只有10mW。發(fā)射模式下電流消耗為17mA，接收模式下為15mA，睡眠模式下為0．7 μ A。其設備可大多時(shí)間進(jìn)入睡眠狀態(tài)，周期性醒來(lái)。睡眠模式下，收發(fā)電路關(guān)閉，極大限度減少功耗，醒來(lái)時(shí)通過(guò)檢查信道，與協(xié)調器同步，發(fā)送或接收數據。ARM芯片支持兩種節電模式：空閑模式和掉電模式。掉電模式，振蕩器關(guān)閉，處理器狀態(tài)和寄存器、外設存器及內部SRAM值被保持。復位或特定的不需要時(shí)鐘仍能工作的中斷，可終止掉電模式并使芯片恢復正常運行。
本文通過(guò)軟件控制，ARM芯片與CC2420間歇性地工作在接收狀態(tài)。不接收數據時(shí)，芯片CC2420處于睡眠模式，ARM芯片處于掉電模式(功耗幾乎為零)，可大大減少系統的功耗。MCU通過(guò)外部中斷(CC2420的32kHz晶振的休眠模式定時(shí)器產(chǎn)生的外部中斷EINT3，15引腳)退出掉電模式，繼續工作。從而延長(cháng)電池壽命，達到節能目的。

7 結束語(yǔ)
ZigBee技術(shù)是一種結構簡(jiǎn)單、低功耗、低數據速率、低成本、高可靠性的雙向微功率網(wǎng)格式無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)。集成了計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)、無(wú)線(xiàn)寬帶通信技術(shù)、數字控制技術(shù)等諸多學(xué)科的技術(shù)。ZigBee技術(shù)與ARM技術(shù)結合使用，實(shí)現了油田信號傳輸的無(wú)線(xiàn)化，頻譜利用高效化，生產(chǎn)信息化。在當今頻譜資源日益緊張，組網(wǎng)成本居高不下的情況下，深入研究ZigBee WSN具有深遠的意義。