M2M技術(shù)在鋼鐵連鑄設(shè)備MRO協(xié)作平臺(tái)中的應(yīng)用
加入技術(shù)交流群
鋼鐵連鑄設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用CDMA無線通信方式，向遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)。相對(duì)于GPRS方式而言，CDMA無線傳輸方式在穩(wěn)定性、速度、帶寬等方面更具優(yōu)勢(shì)。CDMA無線通信模塊選用AnyDATA公司的DTU800，為目前世界上同類型產(chǎn)品中體積最小、速度最快的CDMA數(shù)據(jù)模塊，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)153.6 kb/s，平均速率為80 kb/s~100 kb/s[5]。CDMA無線通信模塊與處理器的連接較為簡(jiǎn)單，將DTU 800的標(biāo)準(zhǔn)串口與處理器的串口連接即可，接口電路如圖5所示。本設(shè)計(jì)使用CC2430的USART0端口(TXD、RXD引腳)與DTU800的USART1端口(DP_TXD、DP_RXD引腳)傳輸數(shù)據(jù)。DTU800內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧，大大降低了數(shù)據(jù)通信設(shè)計(jì)的難度，也增強(qiáng)了微處理器處理其他數(shù)據(jù)的能力。DTU800支持標(biāo)準(zhǔn)的AT指令，DTU與MCU主機(jī)單元的通信可通過調(diào)用相應(yīng)的AT指令實(shí)現(xiàn)。
4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
軟件系統(tǒng)主要完成監(jiān)控節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)的接收和處理、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的上傳等任務(wù)。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方式，主要功能模塊包括ZigBee通信處理模塊、CDMA通信處理模塊等部分。
(1)ZigBee通信處理程序設(shè)計(jì)
ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)采集環(huán)境數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)傳給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，同時(shí)，接收來自匯聚節(jié)點(diǎn)的查詢命令，當(dāng)沒有數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收時(shí)，轉(zhuǎn)入休眠模式，使節(jié)點(diǎn)功耗降到最低。而匯聚節(jié)點(diǎn)一方面負(fù)責(zé)組建無線網(wǎng)絡(luò)；另一方面將兩個(gè)使用不同協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)連接在一起，實(shí)現(xiàn)兩種協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，同時(shí)發(fā)布管理節(jié)點(diǎn)的通信任務(wù)，并把接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到外部網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)程序流程圖如圖6所示。
(2)CDMA無線通信程序設(shè)計(jì)
匯聚節(jié)點(diǎn)以固定的時(shí)間間隔向遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)接收遠(yuǎn)程服務(wù)器的控制指令并執(zhí)行相應(yīng)的操作。匯聚節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)上電時(shí)，先執(zhí)行初始化，然后使用AT指令建立PPP、TCP/UDP通道連接，接入CDMA網(wǎng)絡(luò)， 并獲得CDMA移動(dòng)通信數(shù)據(jù)網(wǎng)管系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分配的IP地址。連接建立后，當(dāng)基站的數(shù)據(jù)需要發(fā)送時(shí)，即可直接將數(shù)據(jù)幀發(fā)送給DTU打包傳送。
數(shù)據(jù)傳輸采用面向連接的、可靠的TCP協(xié)議。在使用CDMA通信模塊前，需要對(duì)DTU進(jìn)行設(shè)置，以設(shè)定其工作方式。CDMA通信程序要完成DTU的設(shè)置、數(shù)據(jù)發(fā)往遠(yuǎn)程服務(wù)器、接收應(yīng)答和控制信令等操作。匯聚節(jié)點(diǎn)定時(shí)進(jìn)行CDMA數(shù)據(jù)發(fā)送的中斷程序流程，如圖7所示。
本文根據(jù)鋼鐵連鑄設(shè)備MRO協(xié)作平臺(tái)的需要，利用基于M2M的關(guān)鍵技術(shù)ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和CDMA通信，構(gòu)建了遠(yuǎn)程采集鋼鐵連鑄設(shè)備數(shù)據(jù)系統(tǒng)，為鋼鐵連鑄設(shè)備MRO協(xié)作平臺(tái)提供了有效的數(shù)據(jù)源。以便鋼鐵連鑄MRO協(xié)作平臺(tái)自動(dòng)、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、詳細(xì)地獲取設(shè)備的運(yùn)作情況實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備故障的預(yù)測(cè)。
雖然該系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)得到了應(yīng)用和驗(yàn)證，但是對(duì)M2M技術(shù)在鋼鐵連鑄設(shè)備MRO協(xié)作平臺(tái)的應(yīng)用尚處于起步階段，尤其是在使用環(huán)境比較惡劣，且連鑄設(shè)備內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜的情況下，其工作的穩(wěn)定性和可靠性還有待驗(yàn)證。只有通過大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，才能進(jìn)一步完善系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定成熟，達(dá)到其要求。
參考文獻(xiàn)
[1] FLOTTAU J. Overhauling MRO[J]. McGraw-Hill Companies， 2005.
[2] 王玨明，馮改玲，王漫，等．基于M2M平臺(tái)的無線傳感網(wǎng)的研究[J]．計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2006，23(7)：81-82，87．
[3] TI公司.SmartRF CC2430 peliminary (rev 1.01).2005.
[4] MAXIM公司.DS2762 Data Sheet.
[5] Any DATA． NET Inc． CDMA TeinaI DTu-800x reference manual[M]． 2004．
評(píng)論