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基于ZigBee的無線氣體監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案[1]

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 責(zé)任編輯：zengcy 2012-04-01

摘要：傳統(tǒng)的氣體監(jiān)測系統(tǒng)是以電線和電纜作為基礎(chǔ)傳輸介質(zhì)組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。目前常用的解決方案是在監(jiān)控現(xiàn)場，將傳感器布置在需要監(jiān)測的關(guān)鍵位置，將各個傳感器采集到的信號通過獨立電纜傳送到中央采集站，由中央采集站將所有連接的信號集中處理發(fā)送到上位機(jī)，進(jìn)行實時數(shù)據(jù)采集。如果需要監(jiān)測的區(qū)域很大，需要很多傳感器，相應(yīng)的監(jiān)測

傳統(tǒng)的氣體監(jiān)測系統(tǒng)是以電線和電纜作為基礎(chǔ)傳輸介質(zhì)組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。目前常用的解決方案是在監(jiān)控現(xiàn)場，將傳感器布置在需要監(jiān)測的關(guān)鍵位置，將各個傳感器采集到的信號通過獨立電纜傳送到中央采集站，由中央采集站將所有連接的信號集中處理發(fā)送到上位機(jī)，進(jìn)行實時數(shù)據(jù)采集。如果需要監(jiān)測的區(qū)域很大，需要很多傳感器，相應(yīng)的監(jiān)測點分散，這種傳統(tǒng)的有線方式就會存在線路布設(shè)復(fù)雜 ,接線繁瑣，安裝造價高，后期的電纜維護(hù)成木高等問題。由于有線氣體監(jiān)測系統(tǒng)木身的局限性，許多特殊環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)覆蓋和網(wǎng)絡(luò)支持仍然是個難題。比如在某些工業(yè)現(xiàn)場，一些工業(yè)環(huán)境禁止或限制使用電纜，而在其他一些工業(yè)環(huán)境要求完全把電纜屏蔽起來以高度防止來自大多數(shù)工業(yè)設(shè)施中的機(jī)器或其它無線電控制設(shè)備的干擾，更有一些高速旋轉(zhuǎn)的設(shè)備根木無法通過電纜來傳輸數(shù)據(jù)信息。這種傳統(tǒng)的串行集中式監(jiān)測系統(tǒng)很大程度上影響系統(tǒng)的處理速度和系統(tǒng)的可靠性和靈活性。

鑒于上述情況，氣體監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計趨向于無線監(jiān)測方式，用分布式的無線技術(shù)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的集中式有線技術(shù)，實現(xiàn)傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間的直接通訊。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和發(fā)展為這一問題提供了一個新的解決途徑。本文在比較了幾種通信協(xié)議后選擇了低成本、低功耗和低速率的ZigBee協(xié)議，設(shè)計了一種基于ZigBee的無線氣體監(jiān)測系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計

1.1 系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)

整個監(jiān)測系統(tǒng)由監(jiān)測主機(jī)和ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組成，如圖1所示。這是。個層次型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最底部為傳感器終端節(jié)點（即無線氣體檢測變送器），向上依次是路由器，協(xié)調(diào)器和監(jiān)控主機(jī)。監(jiān)控主機(jī) 上運行有數(shù)據(jù)管理軟件，為用戶提供氣體監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)訪問界面，并能夠通過協(xié)調(diào)器訪問終端節(jié)點的測量數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)保存，為用戶提供數(shù)據(jù)查詢、分析或報表生成服務(wù)。ZigBee網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集，它由協(xié)調(diào)器、路由器、終端節(jié)點和報警器組成。終端節(jié)點將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳給路由器；路由器將終端設(shè)備上傳的信息整合處理，再將數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調(diào)器；協(xié)調(diào)器將采集的數(shù)據(jù)上傳給監(jiān)控主機(jī)或者將監(jiān)控主機(jī)的命令在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送出去；報警器負(fù)責(zé)接收路由器發(fā)送的數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)超限則發(fā)送報警信號。整個網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的傳輸具有就近原則，如果協(xié)調(diào)器距離比路由器近，終端節(jié)點會直接傳輸數(shù)據(jù) 到協(xié)調(diào)器。

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