工业远程测控无线网络的设计.docx

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工业远程测控无线网络的设计

工业远程测控无线网络的设计

摘要

ZigBee技术是最近几年发展起来的一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。

主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。

传感器网络是由许多在空间上分布的自动装置组成的一种计算机网络，这些装置使用传感器协作地监控不同位置的物理或环境状况（比如温度、声音、振动、压力、运动或污染物）。

无线传感器网络的发展最初起源于战场监测等军事应用。

而现今无线传感器网络被应用于很多民用领域，如环境与生态监测、健康监护、家庭自动化、以及交通控制等。

无线传感器技术是有部署在检测区内的大量微型传感器节点通过无线电通信形成的一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作感知，采集和处理网络覆盖区内被监测的对象的信息并发送给观察者或信息处理中心。

本文主要介绍基于Zigbee技术的无线传感器网络技术应用于远程工业无线网络的

监控系统中，该系统把带有Zigbee协议的模块嵌入到烟感传感器中，作为无线传感器网络的一个节点。

当发生火灾时，传感器监测到烟雾信号发生变化，它触发节点芯片的中断，从而激活节点芯片，芯片会自动进入数据采集程序，当数据采集结束后，通过ZigBee无线收发模块，把打好的数据包发送出去。

Zigbee协调器是Zigbee网络与外部工业以太网络的接口，作为系统的核心负责整个网络的管理以及数据的转发，它通过收发模块接收多个节点的数据，由嵌入式控制器对接收到的数据进行必要的处理，然后将其经过工业以太网络发送到监控中心，实现工业现场远程监测。

关键词：

Zigbee，无线传感器网络技术，检测系统

IndustrialRemoteControlWirelessNetworkDesign

ABSTTACT

ZigBeetechnologyinrecentyearsdevelopedaclose,lowcomplexity,lowpower,lowrate,low-costtwo-waywirelesscommunicationstechnology.Mainlyusedforshortdistance,lowpowerconsumptionandthetransferrateisnothighamongthevariouselectronicdevicesfordatatransmission,andistypicallyaperiodicdata,intermittentdata,andlow-latencydatatransmissionapplications.

Sensornetworksaredistributedinspacebythenumberofautomaticdeviceconsistingofacomputernetwork,thesedevicesusesensorstomonitordifferentlocationscollaborativephysicalorenvironmentalconditions（suchastemperature,sound,vibration,pressure,motionorpollutants）.Thedevelopmentofwirelesssensornetworkmonitoring,initiallystartedinthebattlefieldmilitaryapplications.Andtodayisusedinmanywirelesssensornetworkscivilianareas,suchasenvironmentalandecologicalmonitoring,healthsurveillance,homeautomation,andtrafficcontrol.Wirelesssensortechnologyisdeployedinthedetectionregionofthelargenumberoftinysensornodesthroughradiocommunicationtoformamulti-hop'sself-organizingnetworkwiththeaimofcooperativesensing,collectionandprocessingofnetworkcoverageareatobemonitoredobjectinformationandsendstotheobserverortheinformationprocessingcenter.

Inthispaper,basedonZigBeewirelesssensornetworktechnologyforremotemonitoringofindustrialwirelessnetworkSystem,thesystemisthesystemtothemodulewithembeddedZigBeeprotocolsmokesensors,wirelesssensornetworkasanode.Whenafireoccurs,thesensordetectssmokesignalchanges,ittriggerstheinterruptnodechiptoactivatethenodechip,thechipwillautomaticallyenterthedatacollectionprocedure,whendatacollectionended,throughtheZigBeewirelesstransceivermodule,thedatalaypacketsent.ZigBeeZigBeecoordinatoristheindustrialEthernetnetworkandtheexternalinterface,asthecoreofthesystemresponsibleforthemanagementoftheentirenetworkanddataforwarding,itreceivesmultiplenodesbysendingandreceivingdatafromthemodule,fromthereceiveddataembeddedcontrollerthenecessarytreatment,andthenthroughtheindustrialEthernetnetworktoamonitoringcenter,remotemonitoringofindustrialsite.

KEYWORDS:

Zigbee,Unlimitedsensornetworktechnology,Detectionsystem

第一章绪论

1.1无线传感器网络的发展及应用前景

传感器技术是信息获取的最重要，最基本的技术，近年来随着科技的进步也得到了极大的发展，从单一化到集成化，微型化，进而智能化，从而形成了传感器网络技术。

其发展历程如图1.1所示

图1.1传感器网络发展历程

从图中可以看出第一代传感器网络出现在20世纪70年代，这个时候传感器主要使用简单信息信号获取信息的传统传感器，采用点对点传输，连接传感控制器构成传感器网络；第二代传感器网络采用串/并接口（如RS-232，RS-485）与传感控制器相连，第三代传感器网络出现在二十世纪末期，智能传感器采用现场总线连接传感控制器构成局域网络。

第四代传感器是目前正在研究的一代,传感器节点运用大量的,具有多功能，多信息信号获取能力的传感器，网络连接方式采用自组网无线连接与控制器相联，进入网络，可以看出传感器技术的发展是朝着开发无线传感器网络的方向延伸，进一步形成了融合有传感器技术，信息处理技术和网络通信技术的无线传感器网络技术，无线传感器网络的发展如图1.2所示

图1.2无线传感器网络发展历程

虽然无线传感器网络的大规模商业应用，由于技术等方面的制约还有待时日，但是最近几年，随着计算成本的下降以及微处理器体积越来越小，已经为数不少的无线传感器网络开始投入使用。

目前无线传感器网络的应用主要集中在环境的监测和保护、医疗护理、军事领域、井矿、核电厂等领域[1]。

无线传感器网络有着十分广泛的应用前景，它不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域有具有巨大的运用价值，在未来还将在许多新兴领域体现其优越性，如家用、保健、交通等领域。

将来无线传感器网络将无处不在，将完全融入我们的生活。

比如微型传感器网最终可能将家用电器、个人电脑和其他日常用品同互联网相连，实现远距离跟踪，家庭采用无线传感器网络负责安全调控、节电等。

无线传感器网络将是未来的一个无孔不入的十分庞大的网络，其应用可以涉及到人类日常生活和社会生产活动的所有领域。

1.2无线传感器网络的特点

无线传感器网络（WSN）是信息科学领域中一个全新的发展方向，同时也是新兴学科与传统学科进行领域间交叉的结果。

无线传感器网络经历了智能传感器、无线智能传感器、无线传感器网络3个阶段。

智能传感器将计算能力嵌入到传感器中，使得传感器节点不仅具有数据采集能力，而且具有滤波和信息处理能力；无线智能传感器在智能传感器的基础上增加了无线通信能力，大大延长了传感器的感知触角，降低了传感器的工程实施成本；无线传感器网络则将网络技术引入到无线智能传感器中，使得传感器不再是单个的感知单元，而是能够交换信息、协调控制的有机结合体，实现物与物的互联，把感知触角深入世界各个角落，必将成为下一代互联网的重要组成部分。

无线传感器网络的组成及应用场景和传统网络有较大的不同，是一种综合传感器技术、计算机技术、信息处理技术和通信技术为一体的网络。

（1）以数据为中心：

无线传感器网络中节点数目巨大，而且由于网络拓朴的动态特性和节点放置的随机性，节点并不需要也不可能以全局唯一的IP地址来标识，只需使用局部可以区分的标号标识。

用户对所需数据的收集，是以数据为中心进行，并不依靠节点的标号。

（2）资源受限：

无线传感器网络中，节点只具有有限的硬件资源。

其计算能力和对数据的处理能力相当受限。

此外，节点只能携带有限的电池能量，且在应用过程中不可能更换电池，因此能量也相当受限。

（3）部署方式：

无线传感器网络具有可快速部署的特点。

节点一旦被抛撒即以自组织方式构成网络，无需任何预设的网络设施。

（4）维护：

在通信过程中，节点会随时因为能源耗尽而离开网络，也可能因为某种需要而随时进入网络，从而引起网络拓扑的频繁变化．影响遇信质量。

无线传感器网络不仅可实现自动组网，还具有网络自动配置和自动维护功能，保证了网络的通信质量。

（5）多跳路由：

网络中节点的电池能源非常有限，因此其通信覆盖范围一般只有几十米，即每个节点都只能与其邻居节点进行通信。

若要与通信覆盖范围外的节点通信，则需要通过中间节点进行多跳路由[2]。

1.3Zigbee技术的发展及应用

多年来，无线通信业一直致力于高速宽带无线通信技术