无线远程监控技术设计与研究精品资料

1、无线远儿程呈监控技术设计与研卄究科技进步给预防火灾、爆炸等意外事故提供了有力的保障。由于无线传感器网络可以在无人的环境下工作J可以适应更恶劣的环境J所以各国都非常重视无线传感器网络在防火等系统中的应用。西方发达国家在无线传感器网络技术在防火等方面的研究和应用比我国早很多J如IntejrcorP在新型计算发展规划中指出将侧重于微型传感器网络在森林灭火等领域的研究。我国对无线传感器网络的研究起步较一晚J技术还不太成熟J所以无线传感器网络在防火系统中的应用还不是很广泛。1无线远程监控系统大多数的无线远程监控系统由远程监控中心、无线传输系统、远程监控终端网络-三部分组成。远程监控终端网络负责宀 完成对

2、现场信息丿 111、的采集J由远程监控中心下达管理命令J无线传输系统主要负责采集到的数据和控制命令的传输J远程控制中心负责处理收集到的监控信息和发送管理命令给远程监控终端网络。2ZigBee技术2.1ZigBee技术简介ZiglBee技术是一一一种短距离、低速率、低功耗的无线通信技术J以IEI王8()2.15.4为标准ZigEBee协议与IEE:E8C2.15).4标准在物理层、媒体介质访问控制层是相同的J但是它重新疋义了网络层和应用层ZiglBee工作在ISM频段J有2.4GHz频段和868/915MHz:频段J传输距离一一一般在10m1 到10C0m一一一台ZiglBee设备可以连接多达2

3、54个其/、他ZigBee设备。2.2设备类型ZigBee网络-三种设备类型:协调器节占八、路由器节占八、和终端节占ZigBee网络中只有一一一个协调器节占八、J但是可以有多个路由器节占八、和终端节占八、协调器节占八、负责搭建网络2.3网络拓扑结构ZiglBee网络拓扑结构有星型、树形、网状-三种结构星型网络以协调器节占八、为中心J多个终端节占八、分布在周围J各节占八、间彼此并不通信J数据和网络命令都通过协调器节占八、传输。2.4网络工作模式ZiglBee网络有两种工作模式J分别是信标模式和非信标模式信标模式下J协调器以一一一疋的时间间隔向网络中其/、他节占八、广播信标帧非信标模式下J协调器和

4、所有路由器都处于唤醒状态J而只允许终端设备进行疋期休眠1为了降低功耗J终端节占八、大多数的时候处于休眠状态J在需要采集数据时才会被唤醒2.5网络地址分配ZiglBee节占八、地址分配有两类一一一类是设备生产固有的64位物理地址这些地址由IEEE来维护和分配另一一一类是由ZigBee协调器节占八、分配给设备的16位网络地址J该地址也称短地址26ZigBee,路由过程AO)DV协议是一一一种按需路由协议ZigEBee网络中就是使用AO)DV协议建立、维护ZigB3ee路由表也就是说只有当网络节占八、需要建立连接时J节占八、才广播一一一个连接请求当路由器接收到节占发送的数据包后J如果发送数据包的路由

5、器和数据包要到达的目的节占八、直接相连J则两者直接传送如果没有直接相连J路由器就会查询自己已经保存的路由表J看是否有与目的节占地址相符的路由表记录如果有则将一数据包发送到该路一由一器上亠然一后传送一到目一的.丄点.如果.没.有.亠将.要.发.送.的.数一据一包.暂.时.放缓存中亠重新建立-传输路径亠UnUee组.网.组一网一E般.分-为一两.步.亠首.先.是.网.络一的一建.立一，一然.后一是.设一备.网一在.网一络一中.亠协调器是唯一能发起新的一网络建立一的设备新网络一的建立过-程一通过-止一METJW1原丄始一网一络一层一在一收到一请一求一后一首一先一通一过UUUUsc一 eeSt原语要求

6、-MA对信道能量进行扫描-Ac层一通一过_JN.语一将一扫一描一结一果一报一告一给一网一络一层一如果一不能一扫描一到一空一闲一信一道一则一意一味一着一无法一完一成新网络建立的任一务:如一果一扫描到空闲信一道一亠就一会一分一配-个_JPNID和一M位一短一地一址一给一协一调一器。然一后网络层通过ME原一语和进行相一关一参数设一置亠设置完一成后亠网一络层利一用MST一ART原-语一调一用程序一开一始建一网一亠节一点一设备进一入网络的一方一式有一两一种一亠即一丄节点请求入网-和_父一节-点_邀-请-其-加一入_这一两_种一当一新-的一设_备-节一点一加入网一络-后亠丄点一之间一对应的一父一丄关一系一

7、就-会一产生新设备为子节点则另E设备为父节点2。ZiglBee网络中J只有协调器或路由器节占八、才能.接受一一一个加入请求J而终端节占八、不可以。3GPRS技术3.1GiPRS3概述GFRS既可以传输语音也可传输数据J只是两者采用的方式不同而已。传输语音用TD)MA方式而传输数据用分组方式。另外,GPRS技术还具/、有实时在线、按流量计算等优占八、。GPRS是在GSMS基础上增加分组交换模块而实现的无线通信网络J它还可以借助GSIM网络J实现广域无线连接。只要在有GSI/I网络的地方J就可以使用GP)RS技术3。3.2GiPRS3网络结构GPRS实际上是在GSFM网络结构的基础上增加SCBSN

8、、G(3SN等功能一实体而形成的网络。将分组交换技术引入到GIPRS网络中从而使得GSMS网络可以实现对数据服务的支持。GPRS网络系统结构如图1所示。3.3GiPRS3组网方式GPRS组网方式有-三种。这-三种组网方式分别是：(1)中心采用INTELNET公网连接固疋IP的方式。这种方式组网刖必须向运营商申请一一一个固疋的IP地址。该种方法的缺占八、是费用高，-优点一是建立通路时间一短数据一收发一快1中.心-采.用.线.接.内.网.固.定.I的-方.式.这.种方式-丄心通过-线-接入网络亠路由之间一利-用.内.网.I地.址-进一行-连.接.此.方.法.的.优.点.是.稳定一性.强一安.全一性

9、-高一亠成一本低一丄心-采一用.A专线一+式一1这种-方式组网一前需要开通专网一业-务，一通过-定一内一网固一定一此-方法的一优一点一是一无须进一行M解一3析一,稳一定一性一强一亠性一价一比合理一1在实际-应一用中亠我一们-需要根据不-同的应用-情一况一选一择一合一适-的一组-网_方-式_网一关设一计在传一统的无线一传一感器网一络中亠节一点由丄自一身结构一的一限一制一，-其一计-算一能一力一和一RS模块进行网关硬件开发时J由于CC：253C有内置的CPU,使得硬件开发起来很容易硬件设计的关键是解决ZigBee网络的协调器模块和GP)RS模块之间如何通信的问题在这里直接使用RS232端口进行两者

10、之间的连接和通信。设计时可以很容易的把ZigBee协调器节占八、和GP)RS模块组成一一一个模块J此外还需要进行一一一些电源和接口的设计网关节占八、一一一般由射频收发模块、单片机、存储模块、GIPRS通信模块组成也可根据实际情况需要J相应的增加其/、他模块(如显示模块等)网关结构图如图2所示4.2网关软件设计网关是连接ZigBee网络和GIPRS网络的桥梁网关不但要接收ZigBee网络采集到的数据和监控中心发出的控制命令J同时还要将传感器采集到的数据上传到监控中心因此在网关上应该具/、有以下模块:GIPRS和以太网交互模块J串口读写模块J命令映射模块J协议转换模块J日志管理和配置模块J数据上传

11、和命令代理系统加电以后J首先进行应用程序初始化初始化宀 完毕后对网络进行监听J如果有外部事件中断产生J则根据判断响应类型的结果进行相应的数据处理其/、工作流程图如图3所示根据、八 刖面的硬件设计J网关程序设计主要有协调器节占八、程序设计和MS343()F149的程序设计协调器节占八、程序设计协调器节点有两个作用:进行组网J连接ZigEee网络与MSP430F149,使两者之间能.够互相通信基于MS=43(0F149的程序设计网关设计中,MSP430F149能.够使ZigEee网络和远程监控中心的后台服务器相连J这就实现了远程监控中心管理员对远端ZigBee网络的管理管理员在监控中心发送控制命令即可掌握ZigB3ee网络的实时运行状态MS343()F1#9通过UARTC与SIM!900E；通信J启动时先要初始化