基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線(xiàn)液位過(guò)程控制器的設計和開(kāi)發(fā)

目前，許多領(lǐng)域都需要對水位、油罐液位、鍋爐液位等進(jìn)行監控。然而，傳統的液位控制系統中工業(yè)現場(chǎng)和控制室之間都是通過(guò)有線(xiàn)模式進(jìn)行信號傳輸，缺陷非常明顯，其安裝、調試成本高，鋪設線(xiàn)纜麻煩，其他干擾因素繁雜。

　　為了解決傳統液位控制系統中有線(xiàn)模式帶來(lái)的麻煩，采用基于ZigBee短距離無(wú)線(xiàn)通信方式的液位過(guò)程控制實(shí)驗平臺，可以克服目前有線(xiàn)模式的不足，降低安裝、調試、維護的成本，因此，它必將成為未來(lái)過(guò)程控制實(shí)驗平臺市場(chǎng)中的主流。

　　ZigBee核心技術(shù)可以歸結為無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，該技術(shù)具有低成本、低功耗、方便擴展等優(yōu)點(diǎn)，它的網(wǎng)絡(luò )結構靈活多變，傳感監測范圍廣，無(wú)需接線(xiàn)即可隨時(shí)增加監測點(diǎn)。因此，無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )在軍事、農業(yè)、工業(yè)、醫學(xué)、家居生活及娛樂(lè )方而有著(zhù)廣闊的應用前景。

　　本系統是在基于ZigBee的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的基礎上設計的無(wú)線(xiàn)液位過(guò)程控制裝置，符合傳感器智能化、無(wú)線(xiàn)化、網(wǎng)絡(luò )化的發(fā)展趨勢。

　　1 系統總體設計

　　本系統通過(guò)ZigBee無(wú)線(xiàn)技術(shù)將CS—E型液位過(guò)程控制裝置的信息傳輸到數據庫中。一方面，操控人員和用戶(hù)可以通過(guò)PC機應用程序或者網(wǎng)頁(yè)形式訪(fǎng)問(wèn)數據庫，從而實(shí)時(shí)監測液位傳感器信息。另一方面，操作人員還可以通過(guò)PC機發(fā)送控制指令，控制指令通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò )到達液位控制節點(diǎn)，然后通過(guò)執行器達到液位控制之目的。其液位過(guò)程控制裝置結構圖如圖1所示。

　　
圖1 液位過(guò)程控制裝置結構圖

　　圖2　系統框圖

　　2 系統硬件集成設計

　　無(wú)線(xiàn)液位過(guò)程控制系統主要由液位傳感器、控制執行機構、無(wú)線(xiàn)數據傳輸（終端節點(diǎn)）、中心控制、上位機液位顯示等部分組成，其系統框圖如圖2所示。

　　液位傳感器采集的液位數據可通過(guò)串口傳送給終端節點(diǎn)，終端節點(diǎn)再通過(guò)無(wú)線(xiàn)數據傳輸方式發(fā)送給中心控制，中心控制結合上位機應用程序來(lái)實(shí)時(shí)顯示液位數據。

　　根據功能劃分，本系統主要由終端節點(diǎn)和中心控制組成。終端節點(diǎn)主要完成液位數據的采集、控制執行和無(wú)線(xiàn)傳輸功能。中心控制主要完成數據處理、液位顯示、控制命令生成及發(fā)布等功能。

　　終端節點(diǎn)主要由ZigBee節點(diǎn)、閥門(mén)、電源、天線(xiàn)、液位傳感器等部分組成。本系統選用CS—E型壓力液位變送器，由液位傳感器采集的液位數據經(jīng)終端節點(diǎn)通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸的方式發(fā)送給中心節點(diǎn)。系統從中心節點(diǎn)接收控制信號并經(jīng)上位機判斷處理后，可發(fā)送相應的控制指令對閥門(mén)進(jìn)行相關(guān)控制。

　　中心控制主要由ZigBee協(xié)調器、路由器、電源、天線(xiàn)、上位機液位顯示等部分組成。ZigBee協(xié)調器負責將所有ZigBee節點(diǎn)組網(wǎng)，路由器用于擴展無(wú)線(xiàn)傳輸距離。終端節點(diǎn)將采集到的液位數據，經(jīng)路由節點(diǎn)轉發(fā)送給ZigBee協(xié)調器，協(xié)調器再通過(guò)串口方式傳送到后臺數據庫，最后利用上位機對數據進(jìn)行判斷處理后顯示液位數據，同時(shí)生成相應控制指令并將其發(fā)送給終端節點(diǎn)。

　　ZigBee節點(diǎn)和協(xié)調器芯片均選用CC2530。CC2530是一個(gè)兼容IEEE 802.15.4的真正的片上系統，可支持專(zhuān)有的802.15A以及ZigBee、ZigBee PRO和ZigBeeRF4CE標準。

3 系統軟件設計與開(kāi)發(fā)