基于ZigBee和組態王的水泵房在線監控系統設計

卜閃閃（永城職業學院,河南 永城 476600）

基于ZigBee和組態王的水泵房在線監控系統設計

卜閃閃
（永城職業學院,河南 永城 476600）

本文基于ZigBee技術，設計并實現水泵房的在線監控系統。該系統無需鋪設繁雜的有線線路，通過ZigBee構建的無線傳感網絡，在監控室即可完成對水泵房的實時運行的參數監測、控制、報警和數據存儲等功能。實際應用表明，本文所述的水泵房在線監控系統大大提高了水泵運行的安全性和穩定性。

監控系統；協調器節點；路由節點

0 引言

目前礦井下的水泵房監控系統一般都采用有線方式。然而由于井下布線難度大，設備和線路經常拆換，因此有線的傳輸方式存在很大的弊端。故導致監控效果不甚理想，易出現延遲、誤報等現象，所以水泵房監控系統能否穩定高效的運行將直接影響到煤礦生產的其他各個環節。然而隨著無線通訊技術的迅猛發展，采用適用于短距離傳輸的低功耗的ZigBee技術傳輸數據可以很好地規避這一個缺點。

鑒于此，本文設計一種基于ZigBee和組態王的水泵房在線監控系統。該系統具有低功耗、高穩定性、強擴展性等優點，可成功規避有線系統所帶來的一些弊端。

1 總體設計

本設計的水泵房監控系統主要由協調器節點、路由節點和中斷節點等相互關聯的三部分組成。協調器節點負責整個網絡的組建和整體數據的處理，最終保證整個網絡的穩定運行。路由節點則是獲取各個終端節點發送過來的數據并通過基于ZigBee的無線傳感網絡將其轉發給協調器節點。協調器節點則通過串口與上位機極性實時通信，上傳實時監測信息和接收實時的控制命令；最后上位機軟件完成對數據的存儲和顯示等工作。

2 硬件設計

2.1 協調器節點硬件設計

協調器節點是整個無線傳感器網絡的核心，所以其硬件設計的好壞也將直接關系到網絡的穩定性。本系統所設計的協調器節點包括CC2530核心控制器及其基本的外圍電路、電源及其轉換模塊和射頻模塊組成。其硬件結構圖如圖1所示。

協調器節點是整個傳感網絡的核心，其負責與各個路由節點以及上位機的通信。5V電源模塊直接從上位機獲取，并采用工業級的3.3V電源轉換芯片AMS1117進行轉換，保證電源的穩定性。射頻模塊采用高頻低功耗的模塊，并有射頻信號放大電路。

2.2 終端節點與路由節點硬件設計

本系統的終端節點結構圖如圖2所示，與協調器節點不同的是本模塊的供電和傳感器模塊。終端節點由于布局分散，一般采用干電池供電，由于系統采用低功耗和非工作狀態睡眠的方式，大大降低了系統的能耗，延長系統的工作時間。

考慮到本系統所處的監測環境等各種特殊的因素，本系統采用如下所示的幾種傳感器：溫度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器和振動傳感器等。

該系統中，路由節點和終端節點采用相同的配置，但其不具有傳感器模塊，簡化了結構，降低了系統的成本。

3 系統軟件設計

3.1 協調器節點軟件設計

協調器節點是整個傳感器網絡的核心，負責整個網絡的建立和網絡的穩定運行。系統上電之后，協調器節點會掃描并選擇一個最合適的信道建立一個初始網絡。當有新的設備申請加入該網絡時，協調器節點則會分配一個16位的短地址給它，并允許其加入網絡。當組網完成后，協調器節點開始接受從終端節點與路由節點上傳的數據，并且通過USB接口將其上傳到上位機。

3.2 終端節點軟件設計

終端節點的主要任務是以ZigBee協議的方式將采集到的電機軸承溫度、電動機三相電流、電動機三相電壓和軸承振動等數據傳輸到協調器節點。節點完成對傳感器和協議棧的初始化后，即開始掃描信道，尋找合適的網絡，發送加入網絡的信息，當得到確認的答復后，即進入休眠模式以節約能量，當定時器喚醒收到喚醒指令后，則開始通過節點上的傳感器采集相應的參數信息，并將其上傳到協調器節點。

4 結語

利用ZigBee技術設計和實現的水泵房監控系統，可以穩定實現對水泵的實時監測和控制，并可進行數據統計和報表打印。該系統已在河南某礦投入運行，運行結果表明，該系統具有網絡化、集成化和智能化的特點，能夠準確監測水泵實時的運行狀態參數，并可保證整個系統的穩定運行，為煤礦的生產提供了保證。

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卜閃閃(1987-)，女，工程碩士，研究方向:智能控制。