工業儀表無線數據采集系統的設計與實現

鄭霞明，金則群，馬俐霞

1.杭州賢沃科技有限公司，浙江杭州 310021 2.華立儀表集團股份有限公司，浙江杭州 310021

工業儀表無線數據采集系統的設計與實現

鄭霞明1，金則群1，馬俐霞2

1.杭州賢沃科技有限公司，浙江杭州 310021 2.華立儀表集團股份有限公司，浙江杭州 310021

工業儀表的有效應用，為實現標準、精確的工業操作提供了有利條件，其數據傳輸有助于降低工業生產成本。而促使工業儀表有效應用的關鍵是其數據采集系統的合理運用。基于此，本文重點分析工業儀表無線數據采集系統的設計與實現，希望對優化工業儀表有所作用。

工業儀表；無線數據采集系統；設計與實現

0 引言

隨著科技的蓬勃發展，使得工業生產中所應用的嵌入式技術及通信技術有很大進步，促進工業現場儀表儀器向無線化、自動化方向邁進。ZigBee技術作為眾多近距離無線通信技術中比較適合應用于工業生產中的一種先進技術，將其科學、合理地運用到工業儀表無線數據采集系統中，則可以提高系統的穩定性、安全性、高效性，為促進工業生產良好運行創造條件。

1 基于ZigBee技術的工業儀表無線數據采集系統的設計

1.1 系統總體結構設計

工業儀表無線數據采集系統主要由兩部分組成，即數據采集端和數據管理中心（如圖1）。為了可以優化設計工業儀表無線數據采集系統，在結構設計時應注意合理利用ZigBee技術分別設計數據采集端和數據管理中心。

數據采集端主要是通過端口來進行工業生產相關數據采集。為了確保數據采集端可以相對全面、準確地采集數據，利用ZigBee技術來進行設計時，應注意設計多個采集接口，并保證各接口是串聯的，如此可以使各接口與工業現場儀器有效連接，可以使數據采集端能夠及時、準確地采集工業現場儀器的相關數據，最后通過ZigBee網絡將數據發送到ZigBee協調器上，為后續處理和應用數據做鋪墊。

數據管理中心的構建是為了對所采集的工業現場儀器的相關數據進行管理，其中包括數據的整理、分析、存儲，為使數據可以隨時有效應用創造條件。利用ZigBee技術來進行數據管理中心的設計，則需要將ZigBee無線網絡協調器與計算機串聯口相連接。同時，設計人員還需要根據數據特性來合理規劃設計數據管理模塊，保證其在無線通信支持下可以有效應用。在此基礎上安裝數據庫、監控軟件等相關軟件，如此整個數據管理中心在ZigBee技術的支持下，可以開展數據處理、整理、分析、存儲等工作。

1.2 數據采集端的具體設計分析

1）硬件設計。

對系統數據采集端硬件進行設計，主要注意加強以下幾部分的設計。

（1）ZigBee協調器硬件設計。

系統數據采集端中所應用的ZigBee協調器，可以保證數據采集順利進行。主要是ZigBee協調器可以建立ZigBee網絡、發送網絡信號、接收節點處發出的信息、管理網絡節點等工作，促使數據采集端可以快速的、準確的采集數據。由于ZigBee協調器是由無線通信、串口通信、電源、液晶顯示、按鍵輸入這五部分組成的，所以在具體設計時應當根據ZigBee技術的特點及ZigBee網絡接口要求，合理設置無線通信、優化調節串口通信、選用安全的電源、運用高清液晶顯示、確保按鍵輸入靈敏，從而構建ZigBee無線網絡協調器。

（2）ZigBee適配器硬件設計。

由于適配器的核心為CC2430模塊，要求其可以對數據采集端進行調適，使其可以采集工業現場各種儀器相關數據，則要求ZigBee適配器硬件設計中安裝統一信號的接入面板，保證此面板得到ZigBee網絡的支持，使ZigBee適配器可以根據接受的信號對數據采集端進行調適，是其可以采集儀器的相關數據。

2）軟件設計。

（1）ZigBee協調器軟件設計。

為了確保ZigBee協調器的軟件可以與其硬件相適應，使協調器可以有效應用，在具體設計的過程中首先要確定ZigBee協議棧，通過ZigBee協議棧的支持，可以根據協調器運行需要來設計編程軟件。同時為保證所編程的軟件可以充分利用ZigBee網絡，需要建立軟件的網絡連接鏈路。總之，根據ZigBee協調器使用需求來合理設計協調器軟件，可以使其有效應用，支撐ZigBee協調器合理利用。

（2）ZigBee適配器軟件設計。

ZigBee適配器在無線數據采集協調器完成網絡連接后建立，可以對網絡信號進行搜索并發送加入，一旦網絡加入成功，就可以有效應用，調適數據采集端，以便于更好的采集數據。基于此，對于ZigBee適配器軟件的設計，應當對CC2340中的PMO、PM1、PM2、PM3低功耗模式進行合理設計，使這幾種模式均可以在低能耗的情況下可以高速的發送數據。

2 基于ZigBee技術的工業儀表無線數據采集系統的實現

基于以上內容的分析，可以確定基于ZigBee技術的工業儀表無線數據采集系統有效應用，需要注意合理設計數據采集端，以此來促進系統科學、有效地應用。為了促使基于ZigBee技術的工業儀表無線數據采集系統可以實際應用，則需要在應用系統之前對其進行測試，來驗證系統是否可以實際應用。對于基于ZigBee技術的數據采集系統的測試是：選擇工業儀表實際工作相似的環境來開展檢測工作，將系統與壓力、溫度變壓器、電磁流量器等進行連接，使系統運行，對系統的采集數據、電流、電壓、電磁等方面進行檢測，如若檢測結果顯示系統采集數據過程中電流、電壓等信號參數均與標準情況相符，則說明系統無異常，可以有效應用。

3 結論

在我國工業化進程不斷加快的情況下，安全規范地進行工業生產就顯得尤為重要。實現工業生產安全進行，應當采用安全工業儀表無線數據采集系統來采集工業生產現場儀器相關數據，對數據進行整理分析，進而確定儀器是否安全運行。這可以使工業生產中及時發現故障，并對其有效處理，提高工業生產的安全性。所以，在工業生產中有效應用工業儀表無線數據采集系統是非常必要的。

[1]劉漢毅，梁波.黎香洪工業儀表無線數據采集系統的設計與實現[J].科技與企業，2013（15）.

[2]沈曉昱，李文軍，孫斌.基于ZigBee的工業儀表無線數據采集系統的設計[J].工業控制計算機，2009（11）.

[3]李文軍，樂小琴，沈曉昱，孫斌.工業儀表無線數據采集系統的設計與實現[J].自動化儀表，2012（4）.

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1674-6708（2015）138-0117-01