基于ZigBee的分布式拉压力监测系统

点赞:5740 浏览:19250 近期更新时间:2024-01-01 作者:网友分享原创网站原创

摘 要 :提出了一种基于ZigBee的分布式拉压力监测系统.系统由拉压力检测装置、网状ZigeBee网络和上位机组成.设计并实现了的系统硬件和软件.该系统具有良好的环境适应性和柔性,可以根据监测要求和现场环境调整网络节点的数量,以实现有效的监测.实验验证了系统的可行性和有效性.

关 键 词 :ZigBee 拉压力 监测 分布式

中图分类号: 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2013)09-0053-02

1.引言

分布式拉压力监测在工程实践和科研中有着比较广泛的应用.例如,矿井下工作面的压力监测[1]、液压支架的受力情况监测[2]、大型结构如桥梁状态的监测[3]、大型飞机机翼的检修与维护中拉压力的测量[4]等.

传统的分布式拉压力检测系统主要是通过CAN总线将各个拉压力测量节点与上位机连接,实现测量数据的上传.然而,在许多工业现场,由于环境较为复杂,CAN总线的使用受到较大的限制,且扩展不灵活.ZigBee技术具有传输距离远、功耗低、自组网等特点[5],能够适应工业现场复杂环境中多节点数据远距离传输的要求.

本文提出并实现了一种基于ZigBee无线网络的分布式拉压力监测系统,该系统由拉压力检测装置、网状ZigBee无线网络和上位机等组成.设计了系统硬件和软件,并进行了实验验证.

2.系统整体结构

本文设计的基于ZigBee的分布式拉压力监测系统如图1所示,由拉压力检测装置、网状ZigBee无线网络和上位机等组成.拉压力检测装置中的拉压力传感器测量被测对象所受的拉力或压力,测量结果经由ZigBee终端设备,通过网状ZigBee网络,由ZigBee协调器通过RS232总线上传至上位机.

3.拉压力检测装置

如图2所示,拉压力检测装置由ZLBM12120012拉压力传感器及其配套变送器,CC2530PA01ZigBee无线传输模块,ATmega16单片机等组成.

ZLBM12120012拉压力传感器采集的拉压力信号经变送器后转换为0~5V标准电压信号,该信号由ATmega16单片机接收,通过其内部的A/D转换器转换为数字信号,并变换为相应的拉压力值,通过ZigBee终端设备上传.ZigBee终端设备采用成都无线龙科技集团的CC2530PA01ZigBee无线通讯模块.

4.ZigBee无线网络设计

本文采用网状ZigBee无线网络结构,其结构框图如图3所示.其中,ZigBee终端设备在拉压力检测装置中,将测量的拉压力数据发送给ZigBee路由器或ZigBee协调器.在ZigBee无线网络中,路由器与路由器,路由器与协调器之间能够进行双向通讯.距离协调器较远的终端设备发送的数据可经由多个路由器传递给协调器.所有数据在协调器汇总后,通过RS232总线发送给上位机,最终显示给用户.由于ZigBee网络具有自组网的特点,用户能够随时向网络中添加或移除终端设备和路由器,这使得此ZigBee无线网络具有较强的可扩展性和环境适应性[6].

以ZigBee协调器为例说明ZigBee网络中设备的硬件结构.ZigBee协调器的结构如图4所示,由ATmega16单片机、CC2530 PA01ZigBee无线通讯模块、RS232接口电路和电源组成.其中CC2530PA01ZigBee无线通讯模块接收网络中终端设备和路由器发送的数据,并向ZigBee路由器发送数据;ATmega16单片机用于控制CC2530PA01ZigBee无线通讯模块与网络中其他ZigBee设备的数据收发、ZigBee网络的自组网配置等;RS232接口电路用于将拉压力数据上传至上位机.ZigBee路由器的硬件结构与ZigBee协调器类似.

基于ZigBee的分布式拉压力监测系统参考属性评定
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5.软件设计

本系统的软件包括拉压力检测装置控制软件、ZigBee路由器控制软件、ZigBee协调器控制软件和上位机监测软件.其中,压力检测装置控制软件流程图在图5中给出.程序初始化后,软件配置模/数转换接口,并开始采集来自拉压力变速器发来的数据.装置每隔一定时间采集一次数据,数据经单片机处理后由ZigBee无线通讯模块上传,如果采样超时,程序将重新采样.

6.实验与结论

为了验证本文提出的基于ZigBee的分布式拉压力监测系统,在关节型导航针模型[7]上进行了拉压力测量实验.试验中基于ZigBee的分布式拉压力监测系统能够准确测量关节型导航针模型所受的拉力和压力,并能够在上位机上实时显示测量结果,验证了该系统的有效性.

基于ZigBee的分布式拉压力监测系统通过拉压力检测装置测量拉压力,并将数据通过网状ZigBee网络传送给上位机,显示给用户.该系统具有较强的环境适应性和较好的灵活性,能够满足分布式拉压力测量的要求.

致谢:本文的研究工作得到了国家自然科学基金(30970878)的资助.