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ZigBee技術(shù)的樹簇網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

作者: 時間:2009-07-08 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要 介紹一種基于協(xié)議棧Z-Stack的倉庫無線實時解決方案;應(yīng)用首款支持協(xié)議的單芯片 CC2430及多種傳感器實現(xiàn)了硬件平臺。分析Z-stack NWK層工作原理,完成了多跳路由樹簇的組網(wǎng)實驗,并實際應(yīng)用于某煙草倉庫。結(jié)果表明:所具有較好的通用性、魯棒性,很容易在工業(yè)控制監(jiān)控、樓宇自動化領(lǐng)域推廣應(yīng)用。
關(guān)鍵詞 Z-Stack 樹簇拓?fù)?CC2430

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/158007.htm


引 言
倉庫監(jiān)控系統(tǒng)是倉庫自動化管理的重要組成部分。監(jiān)控系統(tǒng)可對大面積范圍多部位地區(qū)實行實時有效的監(jiān)控,并對得到的信息進(jìn)行及時處理,以保證物資安全儲存。傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)存在因采用有線連接方式而導(dǎo)致的可靠性差、易受損、布線麻煩等問題。隨著半導(dǎo)體、微系統(tǒng)、通信和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展,無線傳感器(WSN)的出現(xiàn)恰好可以解決這類問題;而具有低成本、小體積、低功耗、低傳輸速率的ZigBee技術(shù)無疑成為目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的首選技術(shù)之一。
自2004年ZigBee聯(lián)盟正式發(fā)布ZigBee技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以來,許多公司廠商陸續(xù)推出了自己的芯片產(chǎn)品和開發(fā)系統(tǒng),如飛思卡爾公司的MC13192, TI公司的CC24xx系列,Atmel公司的AT86RF系列等。目前,對ZigBee技術(shù)的研究與應(yīng)用也幾乎是基于以上的芯片。
本文在Z-Stack基礎(chǔ)上,成功組建了一個樹簇拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。在該網(wǎng)絡(luò)中,子節(jié)點將傳感器采集的4類數(shù)據(jù)以多跳的方式發(fā)往sink節(jié)點,在父節(jié)點失效的情況下,子節(jié)點能夠找到其他數(shù)據(jù)路徑,從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

1 總體方案架構(gòu)
1.1 系統(tǒng)需求分析
倉庫為長方形,面積600 m2,所存儲物資是煙草,屬于貴重物品,所以的系統(tǒng)需要具備以下功能:
①防盜防破壞。貴重物品是犯罪分子盜竊和破壞的目標(biāo)。案例分析表明,破門破窗而人占有很大比例,還有挖墻和揭頂而入的。
②防火報警。庫房物資屬于易燃物品,而且非常密集,如果火災(zāi)發(fā)現(xiàn)晚會增加滅火困難,造成重大經(jīng)濟(jì)損失;對其監(jiān)控有利于提前發(fā)現(xiàn)災(zāi)情,及時采取對策。
③溫濕度監(jiān)控。物資在倉庫集中存儲,易受環(huán)境影響,對環(huán)境溫濕度的監(jiān)控可以避免因庫房溫濕度的變化而造成煙葉霉變或糙碎,達(dá)到提高煙葉自然醇化質(zhì)量和卷煙制成品的內(nèi)在品質(zhì)的目的。
④無線通信。采用電纜布線缺點明顯,易對系統(tǒng)造成不必要的干擾且存在火災(zāi)的隱患。
1.2 系統(tǒng)方案
無線通信中,在接收靈敏度一定的情況下,無線發(fā)射功率P和接收半徑R之間的關(guān)系是P正比于 R2~R5。在長距離數(shù)據(jù)傳輸情況下,能耗情況會十分嚴(yán)重,特別是對于能量有限的系統(tǒng)來說,會造成節(jié)點過早死亡,所以直接數(shù)據(jù)傳輸?shù)男切尉W(wǎng)絡(luò)不能滿足需要,只能采用具有多級中繼路由節(jié)點的樹簇網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備分為三種:終端設(shè)備、路由器、協(xié)調(diào)器。其中終端設(shè)備為RFD,其他兩種為FFD。RFD作為樹枝末位的節(jié)點,一次只能連接一個FFD設(shè)備。
因為溫度濕度信號不會突變,所以在正常情況下每120s采集1次的頻率足夠滿足要求。成功發(fā)送數(shù)據(jù)后RFD節(jié)點進(jìn)入休眠狀態(tài),以節(jié)省能量;但是若探測到煙霧或者有人闖入,節(jié)點將以突發(fā)的方式傳送數(shù)據(jù),以求數(shù)據(jù)達(dá)到監(jiān)控終端的延時最小。


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