Zigbee無線通訊在污水處理中的應(yīng)用

摘要：本文介紹了一種基于Zigbee無線通訊技術(shù)的單片機(jī)終端控制器在農(nóng)村戶用污水處理設(shè)備中應(yīng)用的設(shè)計(jì)方案，通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了污水處理設(shè)備系統(tǒng)控制并通過終端控制器內(nèi)集成的Zigbee無線通訊芯片組成通訊網(wǎng)絡(luò)，該無線傳輸網(wǎng)絡(luò)由大量微型終端控制器節(jié)點(diǎn)通過橋接的方式組成。將農(nóng)村戶用污水處理終端設(shè)備組成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，方便統(tǒng)一監(jiān)控和管理，且安全可靠、成本低，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：Zigbee;無線通訊;單片機(jī);污水處理

1 引言

隨著農(nóng)村水環(huán)境治理目標(biāo)的明確、要求的提高，農(nóng)村污水處理設(shè)備的運(yùn)行管理受到了很大重視，模塊化污水處理設(shè)備有著離網(wǎng)、分散、小型話的特點(diǎn)，水處理設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)都需要遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理和監(jiān)控。

本文中基于Zigbee無線通訊技術(shù)的單片機(jī)控制器在模塊化污水處理中的應(yīng)用，可以方便的遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備，獲取運(yùn)行數(shù)據(jù)，并且在具有網(wǎng)絡(luò)接口的終端以及手機(jī)端上能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)污水處理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。全面提高對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備綜合管控水平，實(shí)現(xiàn)各地區(qū)各領(lǐng)域污水處理設(shè)備參數(shù)的遠(yuǎn)程采集，有效提高控制系統(tǒng)的自動(dòng)化控制水平，對(duì)一定區(qū)域內(nèi)的模塊化污水處理設(shè)備進(jìn)行集約化管理，提高控制設(shè)備的智能化程度。

2 系統(tǒng)說明

本系統(tǒng)用于城鎮(zhèn)鄉(xiāng)村污水處理過程的自動(dòng)監(jiān)控，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)分為中心節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)群由一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)以及若干個(gè)終端節(jié)點(diǎn)組成。其中，終端節(jié)點(diǎn)主要實(shí)現(xiàn)污水處理設(shè)備的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控及通過Zigbee無線通訊技術(shù)與中心節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)交互;中心節(jié)點(diǎn)將接收到的終端數(shù)據(jù)通過485總線上傳至RTU設(shè)備;可通過液晶顯示器來設(shè)置各個(gè)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)ID號(hào)，終端節(jié)點(diǎn)之間互相橋接，每個(gè)中心節(jié)點(diǎn)最多可與系統(tǒng)內(nèi)200個(gè)終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。本文主要論述終端節(jié)點(diǎn)與中心節(jié)點(diǎn)之間的Zigbee無線通訊技術(shù)。

3 硬件設(shè)計(jì)

控制器的主要由微處理器、液晶顯示器、Zigbee無線通訊模塊以及外圍功率和保護(hù)器件組成。

控制器采用ATMEL公司的ATmega64A系列控制器，ATmega64A是基于AVR增強(qiáng)的RISC架構(gòu)的低功耗CMOS8位微控制器。通過在單個(gè)時(shí)鐘周期中執(zhí)行強(qiáng)大的指令，ATmega64A實(shí)現(xiàn)接近每MHz1MIPS的吞吐量，從而允許系統(tǒng)設(shè)計(jì)者根據(jù)處理速度優(yōu)化功耗。

液晶顯示采用GXM12864圖形液晶顯示模塊，GXM12864是一種采用低功耗CMOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)的點(diǎn)陣圖形LCD模塊，內(nèi)含KS0108B/HD61202控制器，CSA與KS0108B（1）連通，CSB與KS0108B（2）連通，CSA/CSB為01時(shí)選通KS0108B（1）;為10時(shí)選通CSB與KS0108B（2），為其他值時(shí)禁止選通，總線處于高阻狀態(tài)。硬件原理為PO口接DB0-DB7的8位雙向數(shù)據(jù)總線。

Zigbee無線通訊模塊采用順舟智能SZ05-ADV工業(yè)級(jí)嵌入式Zigbee無線數(shù)傳模塊，它符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的無線數(shù)據(jù)通信設(shè)備，它具有通訊距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、組網(wǎng)靈活等優(yōu)點(diǎn)和特性;可實(shí)現(xiàn)多設(shè)備間的數(shù)據(jù)透明傳輸;MESH型的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);空曠場(chǎng)地理論傳輸距離為200米。

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 Zigbee無線數(shù)傳設(shè)備配置函數(shù)如下：

//ZigbeeConfigOperate.c

#include "MCU_Type.h"

#include "Macros.h"

#include "ZigbeeConfigOperate.h"

#include "ArrayOperate.h"

#include "UART_Operate.h"

#include "LCD_Display.h"

//無線數(shù)傳設(shè)備"配置"引腳

#define ZigbeeDeviceResetDisable （PORTD |= （1 << PD6））

#define ZigbeeDeviceResetEnable? ?（PORTD &= ～（1 << PD6））

#define ZigbeeDeviceResetPinHold? （DDRD? |= （1 << DDD6））

//Zigbee設(shè)備配置結(jié)構(gòu)體變量

struct ZigbeeDeviceConfigStruct ZigbeeDeviceConfigOperate = {0};

//發(fā)送給Zigbee設(shè)備的配置信息數(shù)據(jù)

static unsigned char ZigbeeDeviceConfigData[16] = {0};

//Zigbee設(shè)備的配置信息數(shù)據(jù)

unsigned char ZigbeeDeviceConfigProtocolData[16] = {0};

//Zigbee數(shù)傳設(shè)備初始化函數(shù)

void ZigbeeDeviceConfigProcessReadDataAnalysisFun（unsigned char * PData， unsigned char ByteNums）

{

if（（ByteNums == 15） && （PData[0] == 0xA2））

{ ZigbeeDeviceConfigProcessSuccessCallbackFun（&PData[1]）;

}

}

4.2 終端節(jié)點(diǎn)與中心站節(jié)點(diǎn)通訊配置與液晶屏通訊設(shè)置如下：

//LCD顯示 無線設(shè)備配置信息 設(shè)置進(jìn)程的函數(shù)

void LCD_DisplayWirelessSetConfigProcessFun（void）

{

LCD_ClearFun（）;

switch（ButtonOperate.SlaveProcessIndex）

{

case 2：

LCD_Display8x15MsgFun（0， 11，? "請(qǐng)選擇節(jié)點(diǎn)類型"， 14）;

switch（ZigbeeDeviceConfigProtocolData[4]）

{

case 0x01：//中心節(jié)點(diǎn) ButtonOperate.DataCode[0] = '1';

break;

default：// 中心節(jié)點(diǎn) ButtonOperate.DataCode[0] = '0'; ZigbeeDeviceConfigProtocolData[4] = 0x03;

break;

}

4 結(jié)語(yǔ)

近幾年，國(guó)家非常重視農(nóng)業(yè)、農(nóng)村的環(huán)境治理工作，一戶一用的凈化槽污水處理設(shè)備符合農(nóng)村污水處理的發(fā)展模式，此類污水處理設(shè)施具有離網(wǎng)、小型、分散等特點(diǎn)，管理不夠科學(xué)，運(yùn)行維護(hù)成本高，統(tǒng)一監(jiān)控管理成為重點(diǎn)。本文討論的基于Zigbee無線通訊技術(shù)的單片機(jī)微控制器針對(duì)家庭或小型凈化槽污水設(shè)備，將電控系統(tǒng)集成，降低成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了局域無線數(shù)據(jù)傳輸，改變了以往每臺(tái)設(shè)備都配一個(gè)DTU或網(wǎng)關(guān)設(shè)備進(jìn)行通訊的情況，實(shí)現(xiàn)多個(gè)終端污水站信息就近收集、就近處理，再將收集數(shù)據(jù)通過中心站統(tǒng)一發(fā)送。該微控制器已經(jīng)應(yīng)用到農(nóng)村污水處理系統(tǒng)中，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸可靠，可見其具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 程瑩.淺談無線通信Zigbee技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2012，03-0080-02.

[3] 周紅俊. ZigBee無線通信技術(shù)及其應(yīng)用探討[J].通訊世界，2018，03-078.

作者簡(jiǎn)介：宋文超（1984-），碩士，工程師