远程无线数据采集系统的设计.docx

远程无线数据采集系统的设计 摘 要：针对远程无线通信的飞速发展，本论文结合对电力塔环境参数的详细要求，具体设计探讨了远程无线数据采集系统，在简洁分析和设计了系统的总体结构和功能设计方案的基础上，重点探讨探讨了远程无线数据采集功能的实现，从数据采集和远程无线传输通信两个角度具体论述了远程无线数据采集系统的实现，对于进一步提高我国在远程无线数据采集传输领域的探讨应用水平具有肯定借鉴意义。 关键词：远程通信；无线通信；数据采集；Zigbee 中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1673-3791(2022)05(a)-0000-00 1 引言 本论文主要结合远程无线通信技术，对远程无线数据采集系统进行设计探讨，以期从中能够找到合理牢靠的无线数据采集及远程无线通信系统的设计模式，并以此和广阔同行共享。 2 系统总体设计 为了使本论文所探讨的远程无线数据采集系统更具有针对性，这里选用Zigbee技术作为远程无线通信的核心技术，详细应用场合是实现对电力塔的环境参数实现远程无线采集与传输。 (1) Zigbee技术概述 Zigbee的基础是IEEE802.15.4，这是IEEE无线个人区域网工作组的一项标准，被称作IEEE802.15.4技术标准。Zigbee主要应用在短距离范围之内并且数据传输率不高的各种电子设备之间。其典型的传输数据类型有周期性数据，间歇性数据和重复性低反应时间数据。依据Zigbee联盟目前的设想，Zigbee的目标市场主要有PC外设，消费类电子设备，家庭内智能限制，玩具，医护，工控等特别广袤的领域。 (2) 系统总体结构与功能设计 在每个电力塔上安装一个基于Zigbee技术嵌入式无线数据采集模块，该嵌入式无线数据采集模块可以采集该电力塔四周环境的温度，风力，图像等数据，通过基于Zigbee技术的RF无线收发网络将数据无线发送给下一个电力塔上安装的嵌入式无线数据采集模块，以中继的方式，传送给第三个电力塔上的嵌入式无线数据采集模块，始终传到监控系统的限制主机。这样，维护人员从后台中心的电脑上就能得到终端采集模块所采集的数据，能够刚好了解所需监控的电力塔四周环境的温度，风力和电线是否完好的状况，以达到监护整个电力传输系统的目的。 在本系统中，无线数据采集模块主要由传感器模块、处理器模块、ZigBee模块和电源模块四部分组成的。传感器模块负责电力塔区域内温度和图像的采集和数据转换；处理器模块负责限制整个传感器节点的操作，存储和处理本身采集的温度数据图像数据以及其他节点发来的数据；ZigBee模块用于接收和发送无线信号，与无线传感器网络终端节点进行无线通讯，主要包括射频和基带两部分，前者供应数据通信的空中接口，后者主要供应链路的物理信道和数据分组；电源模块为传感器节点供电，通常采纳微型电池。微限制器作为传感器节点运转的“心脏”，在上面运行着嵌入式系统软件，从而对另外三个单元的工作进行限制。 3 基于Zigbee技术的远程无线数据采集系统的实现 3.1 无线数据采集模块的设计实现 由于环境参数一般数据的改变较为缓慢，所以系统对数据实时性的要求并不是很高，为减小网络资源利用冲突，本系统采纳轮询的方式进行数据采集。采集模块定时向下位机发送查询包，下位机转发给各个限制器，限制器返回相应的传感器数据和设备状态。 系统设计中为避开每次读取数据库中配置信息来获得下位机及设备等的信息，在内存中建立了树形的数据结构，可便利的定位到某设备的信息以便执行相应处理。轮询过程中，模块首先根据树形结构的监控区域轮询该区域内传感器温湿度参数，计算该区域的平均温湿度值，作为虚拟的传感器温湿度值存入数据库中。然后模块接着轮询各设备状态，获得最新的设备状态。 数据采集与限制模块作为后台线程运行，保证前台与后台的分别。服务器通过以太网与各下位机进行通信，一般设置下平均每60秒执行一次数据采集，所以运行过程中服务器与客户端的通信较为频繁。另外，电力塔环境参数的数据包大小一般都较小，对带宽的要求也较小。基于以上应用特点，本系统采纳TCP作为传输层协议，并通过建立sockct来连接服务器和下位机。由于常见的打开、关闭socket连接会降低系统效率，而一个应用系统中下位机的数目不会很大，局域网条件下完全可以胜任全部下位机同时连接的状况，所以系统采纳保持连接的Socket进行通信。服务器启动时依据下位机IP地址等配置信息连接各个下位机，然后运行过程中时钟保持连接，遇到意外断开后则通过尝试重连来复原。上位机保存每个已经建立的套接字并在内存中与相应的下位机的配置信息相对应，以便在向不同下位机发送指令时能精确找到对应的Socket。 3.2 无线通信传输机制的实现 连接建立的流程是，主控节点首先广播地址码，选择特定的终端并发送采集吩咐，数据终端返回包括其地址信息的确认帧并执行采集并存储数据；主控节点接收到确认帧后，提取地址等有用信息进行验证，若验证通过，则点对点连接建立；若验证未通过，则尝试重新建立连接的操作。 连接建立后，起先进行数据传输。数据传输方式是基于一种“反馈重发协议”的思想：待传输的数据帧按先后依次附加上帧号，数据终端收到主控节点的数据恳求后，每发送一个数据帧，即等待主控节点的应答：主控节点接收到这一数据帧后，把实际帧序号与期望帧序号相比较，并进行纠错码校验，假如验证通过，则返回数据确认帧，并要求数据终端传输下一数据帧；假如验证未通过，说明数据发送错误，则返回出错重传帧，要求主控节点重传该帧；假如收到数据确认帧，则接着传送下一数据帧，直到传输结束。假如传送超时或者出错超过三次，即放弃传送并报告错误。 4 结语 本文主要探讨了基于ZigBee技术实现的远程无线数据采集系统，给出了系统实现远程无线数据采集和数据传输的实现方案，并重点分析了数据采集模块和无线传输模块的设计与实现，对于应用在不便利实现有线网络实施数据采集和传输，以及远程无线数据传输的应用场合具有重要的参考借鉴意义。更加完善的远程无线数据传输系统还有待于广阔通信技术工作人员的共同努力才能够最终实现远程无线通信技术的广泛应用。 参考文献 1 马明建.数据采集与处理技术M.西安:西安交通高校出版社,2022. 2 吕志安.ZigBee网络原理与应用开发M.北京:北京航空航天高校出版社,2022. 第6页 共6页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页