現場級Zigbee無線抄表器的製作方法

2023-06-16 03:03:36 2

專利名稱：現場級Zigbee無線抄表器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及無線通信技術、自動控制技術與數據採集技術，具體涉及一種基於Zigbee(紫峰)技術的工業現場控制。
技術背景工業現場設備的工作環境複雜多變，特別是一些工業環境禁止使用電纜(如超淨或真空封閉的房間)或者很難使用電纜來傳送數據不適於布線的強腐蝕惡劣環境，這時採用無線抄表器來對現場設備進行數據採集與參數設置具有性能穩定、移動性強、組網靈活等優勢。然而，目前無線抄表器採用的無線通信技術(例如藍牙、802.11等)主要是點對點或點對多點的通信方式，數據的無線傳輸沒有路由功能，這極大地局限了無線抄表的有效範圍和可靠性。Zigbee無線通信技術是專門為工業自動化而設計的，使用了抗幹擾能力極強的直序擴頻和動態路由數據傳輸等通信方式，因而比較適合工業現場環境，能有效地擴大抄表器的有效工作範圍和提高數據傳輸的安全性、可靠性。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種性價比高，組網靈活，通信效果好，軟體升級方便，顯示的數據容量大，適用於工業現場，方便攜帶的Zigbee抄表器。該抄表器可有效擴大抄表的有效範圍，抄表器只需進入Zigbee無線網狀網絡覆蓋的有效區域內，依靠網絡中的路由路徑完成對網絡中整個工業現場設備的數據採集及無線控制。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是該Zigbee抄表器採用微控制器作為中央控制處理器，快閃記憶體FLASH和隨機存儲器RAM通過各自的數據總線、地址總線及控制總線連接微處理器，鍵盤接口的輸出接口連接微處理器輸入接口，液晶顯示模塊連接微處理器輸出接口，Zigbee通信模塊的兩個異步串行通信接口分別與微處理器的串行通信接口相連，它們之間的通信為串行通信模式，完成處理器與Zigbee通信模塊的數據交換功能。
Zigbee通信模塊具有自動組網和路由功能，Zigbee通信模塊可自動組成Mesh結構的網絡，只要Zigbee抄表器進入網絡的有效覆蓋區內，即可通過Mesh結構網絡的路由路徑完成對覆蓋區內工業現場控制器的數據採集和無線控制。
本實用新型的有益效果是提供了一種入網快速，靈活方便，通信安全可靠，便於攜帶，抄表工作範圍廣，數據傳輸安全可靠的無線抄表器。
具體實施方式
本實用新型的原理結構如

圖1所示，主要包括微處理器、Zigbee通信模塊、液晶顯示模塊、鍵盤接口電路、FLASH、EEPROM和RAM。微控制器作為中央控制處理器，FLASH、EEPROM和RAM存儲器通過各自的數據總線、地址總線和控制總線連接微處理器相應輸入/輸出埠，在讀寫控制信號/RD、/WR的控制下進行數據的存取。FLASH存儲器主要用於存儲程序代碼，EEPROM存儲器用於存放漢字字庫以供顯示漢字，RAM存儲器主要用於暫時存儲工業現場採集的臨時數據。鍵盤接口部分通過鍵盤I/O口連接微處理器輸入接口，液晶顯示模塊在讀寫控制信號/RD、/WR以及控制線的控制下通過數據總線連接微處理器輸出接口，Zigbee通信模塊的兩個異步串行通信接口TXD、RXD分別與微處理器的串口相連，它們之間採用串行通信模式，完成處理器與Zigbee通信模塊的數據交換功能。
液晶顯示模塊在讀寫控制信號/RD、/WR以及控制線的控制下通過數據總線連接微處理器輸出接口，實現顯示數據的輸出。液晶顯示提供一個交互式圖形用戶界面給現場操作人員，通過調用RAM存儲器中存儲的採集到的工業現場的各種數據，可以直觀地了解現場工業設備的各項參數，並且通過EEPROM存儲器存儲的漢字字庫，可實現顯示菜單的漢字顯示。鍵盤通過鍵盤接口電路連接微處理器，在鍵盤上輸入各種命令，可以實現各級菜單的翻閱、現場設備參數的設定和修改、控制指令的發出等功能。
Zigbee模塊是實現數據無線發送和接收的終端，它通過串口與微處理器通信。該Zigbee抄表器採用的是具有自動組網、自動路由功能的Zigbee模塊，該模塊的硬體接口方式為異步串口通信，軟體接口方式是一系列通信命令格式。將模塊的串口與微處理器的串口進行硬體交叉互連後，可使用配置命令對Zigbee模塊的各種關鍵屬性(例如無線收發頻段，功率等)進行配置，屬性設置完成後可以利用通信命令將需要發送的數據包含在命令中，遵循串口通信協議，將需發送的數據傳送給Zigbee通信模塊，Zigbee通信模塊接收到包含有數據的通信命令後從中取出數據並以無線電磁波的形式發送出去，接收數據的過程與此相反。
現場級Zigbee抄表器與Zigbee工業現場通信模塊配合使用，可實現對工業現場各種設備的無線數據採集和控制。Zigbee工業現場通信模塊具有與各種現場設備的標準接口，同時具備自動組網、自動路由的功能。在工業現場，將Zigbee工業現場通信模塊與各種工業現場設備(例如工業現場閥門定位器、溫度變送器等)聯接起來，形成多個Zigbee終端節點設備，現場設備將各種參數和控制信息通過Zigbee工業現場通信模塊以無線的形式進行收發。這些Zigbee終端節點設備會自動的搜尋自己周圍的Zigbee設備並建立連接，漸漸地組成一個網狀結構(Mesh)的Zigbee無線通信網絡。Zigbee抄表器進入這個已經形成的Zigbee無線通信網絡，通過鑑權和認證後加入到該網絡成為其中的一個節點。現場級Zigbee抄表器依託網狀結構(Mesh)的網絡，路由查找網絡中每一個Zigbee現場設備，通過Zigbee通信模塊實現數據的收發，獲得相關的設備類型和參數並保存到存儲器RAM中，由微處理器控制將上述採集到的設備類型和參數通過解碼電路解碼送入液晶顯示屏顯示，操作人員通過控制鍵盤發送控制命令，實現對工業現場設備的控制，Zigbee通信模塊同時具有與上位計算機通信的功能，Zigbee抄表器採集到的現場數據通過Zigbee通信模塊上傳到Zigbee接入點，Zigbee接入點再將數據通過乙太網絡傳送到上位監控機，這樣可實現對工業現場的遠程控制。
該Zigbee抄表器能廣泛應用於工業現場的設備控制，能有效擴大工作範圍，並能可靠、準確地實現數據傳輸。
權利要求1.一種現場級Zigbee無線抄表器，微處理器作為中央控制處理器，隨機存儲器FLASH和存儲器RAM、EPROM通過各自的數據總線、地址總線和控制總線連接微處理器輸入/輸出接口，鍵盤接口連接微處理器輸入接口，液晶顯示模塊連接微處理器數據輸出接口，其特徵在於，Zigbee模塊的異步串行通信接口與微處理器的串口相連，完成微處理器與Zigbee通信模塊之間的數據交換。
2.根據權利要求1所述的現場級Zigbee無線抄表器，其特徵在於，Zigbee通信模塊具有自動組網和路由功能，自動組成Mesh結構網絡。
3.根據權利要求1所述的現場級Zigbee無線抄表器，其特徵在於，隨機存儲器FLASH存儲程序代碼，存儲器RAM存儲採集的數據，EPROM存儲漢字字庫。
4.根據權利要求2所述的現場級Zigbee無線抄表器，其特徵在於，該Zigbee抄表器通過Mesh結構網絡的路由路徑完成數據採集和無線控制。
專利摘要本實用新型請求保護一種現場級Zigbee無線抄表器，涉及工業現場控制領域。本實用新型中微處理器作為中央控制處理器，通過異步串行通信接口與Zigbee模塊連接，Zigbee通信模塊具有自動組網和路由功能。Zigbee抄表器只需進入Zigbee無線網狀網絡覆蓋的有效區域內，依靠網絡中的路由路徑完成對網絡中各個工業現場設備的數據採集及無線控制，提供了一種入網快速，靈活方便，通信安全可靠，便於攜帶的Zigbee抄表器。
文檔編號G08C17/00GK2929853SQ20062011103
公開日2007年8月1日 申請日期2006年7月29日 優先權日2006年7月29日
發明者王泉, 王平, 胡向東, 張毅, 李敏, 胡國珍 申請人:重慶郵電大學