基于无线自组网络技术的数据收集器的设计.docx

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1、基于无线自组网络技术的数据收集器的设计基于无线自组网络技术的数据收集器的设计罗莎马成导语：摘要：本文基于工业现场传感器应用需求差异、设备供给商的各自为政，导致感悟设备的数据接口和通讯协议多样化的问题。摘要：本文基于工业现场传感器应用需求差异、设备供给商的各自为政，导致感悟设备的数据接口和通讯协议多样化的问题，分析了无线自组网的方法，以知足对现场数据获取、传输、处理的应用需求，采用先进嵌入式技术，实时嵌入式操纵系统，设计了一种适用于各种工业现场的数据收集控制器。1引言无线自组网是一种多跳的临时自治系统，在1968年，为了可以和夏威夷的教育机构交换数据，无线自组网的概念被提出。1973年在无线自组

2、网被提出后，PRPacketRadio，分包通讯网络出现，这是一种多跳网络，网络中的各个节点不需要直接连接，节点之间可以利用接力方式在两个相距很远而无法直接通讯的节点之间传递信息，这样就打破了网络之间的间隔瓶颈。在开发IEEE802.11标准时，IEEE提出将PR网络改名为adhoc网络我国一般称之为自组网或者多跳网络，并且希望可以由此引出一个全新的开展领域1。数据收集控制器是调度自动化、化工等经过控制自动化系统中的关键设备，它的职能是收集所在发电厂或者化工厂等工业设备运行状态的模拟量和状态量，并向调度中心传送这些模拟量和状态量，执行调度中心发往所在发电厂或者化工企业的控制和调节命令。目前，数

3、据收集控制器主要采用嵌入式系统对各种模拟量和数字量进展收集传输，32位的嵌入式微处理器是国内外主流的处理器，ARM公司是嵌入式微处理器RISC消费厂家之一，距2006年底，其32位嵌入式微处理器已经占领了全球82.1%的市场，ARM处理用具有体积小、低功耗、本钱低、高性能和16/32位的双指令集的特点。在国外，基于嵌入式处理器ARM的数据收集技术已经非常成熟。Motorola使用ARM的200MHz920TRISC核，消费出来属于龙珠系列的32位MX-1高档的无线接入的挪动式新产品，其中包括MP3和JPEG的解码播放器，并且国外早己把嵌入式技术及嵌入式数据收集技术应用到国防科技、科学研究之中2

4、-4。2无线自组网技术无线自组网adhocNetwork是一种无根底设施的挪动网络，也被称为多跳无线网。它是一个多跳的临时性中心的网络，并由一组带无线通讯收发设备的挪动终端节点组成。它可以不受任何时间任何地点的影响迅速搭建起一个挪动通讯网络，在没有现有的信息根底网络设施的支持下，它的每个终端也可以自由的挪动。基于TCP/IP协议族的无线自组网以分组数据的格式和包交换机制进展信息流的传输。由诸多挪动终端组成的独立IP网络可以与固定的互联网并行且可以与之互联。2.1无线自组网的实现方法无线通讯标准是无线数传模块设计中的关键因素，它关系着整个系统的性能，因此必须予以高度重视。当前比拟流行的近间隔无线

5、通讯标准有无线局域网Wi-Fi、超宽带通讯UWB、蓝牙和红外线数据通讯IrDA以及ZigBee技术。当前比拟流行的5种短间隔无线通讯技术之间的比拟如表2-1所示。表2-1几种短间隔无线通讯技术的比拟通过上表可以看出ZigBee技术在覆盖间隔、传输速率、功耗、平安性、本钱等方面有着得天独厚的上风。非常合适应用于无线传感器网络的构建。因此，本文的自组网实现方法选用了ZigBee技术。ZigBee路由算法的主要思想是先对接收数据帧的;进展判定，然后分解出数据帧中的目的地址，根据目的地址采用相应的机制传送数据帧。详细实现经过如图2-1所示。图2-1ZigBee根本路由算法3数据收集控制器的总体设计方案

6、根据工业现场的情况，大多数工业现场采用没有通讯接口的模拟仪表，以人工读取记录的方式进展数据收集，这样既浪费时间和精力效率又很低，一些仪表要实现远传，需要安装智能型变送器，进而进步本钱；还有一些仪表带有数字通讯接口，但不能实现组网，通讯间隔非常短，如假设实现远传需要在仪表上安装转换协议的板卡，进而带来不便和本钱的进步。因此要实现现场数据的收集与会聚，以方便对数据进展治理，就必须有一个核心控制器。本文所设计的带无线组网功能的数据收集控制器便可以连接不同通讯协议的网络与设备，使得设备的数据得以远传和分享。根据以上的分析，数据收集控制器必须完成以下三项重要任务，第一，实现工业消费现场数据的收集；第二，

7、转换不同的数据协议；第三，完成数据的会聚和远传。该数据收集控制器可以集模拟量、数字化仪表以及数字量即是一体，实现数据收集、会聚、与远传。其主要功能是：1为实现对工业现场模拟控制器的控制功能，该数据收集控制器设计了两路420mA/05V模拟量输出通道，方便对现场模拟仪表的控制。2为实现对工业现场温度、压力、流量等多种模拟量信号的收集，该数据收集控制器设计了8路、12位模拟量收集输入通道，使其完成对现场模拟信号的收集。3系统设计了8路数字量输入和8路数字量输出通道，以完成对现场大量数字量信号收集与控制。4系统设计了一路RS-232接口，以实现与数字化RS-232接口仪表的通讯。5系统设计了一路RS

8、-485总线接口，以实现与具有RS-485总线接口的设备和仪表通讯。6针对面向外部的网络，设计了工业以太网和GPRS无线通讯来完成数据远传的需求。7针对面向传感器的网络，系统设计了以ZigBee技术为核心的面向传感器网络，以实现现场设备数据转发与向应用效劳器的传输。数据收集控制器的典型应用场景如图3-1所示。图3-1数据收集控制器的典型应用场景Fig.3-1Thetypicalapplicationsceneofthedataacquisitioncontroller数据收集控制器可通过以太网、GPRS数据传输方式接收来自数据收集效劳器的命令，然后进展协议转换和命令解析，通过解析Modbus协

9、议地址判定数据是转发给谁的，假如地址是本机地址，那么直接读写本机的存放器完成收集和控制功能，假如地址是给从设备的，那么通过相应的串口将ModbusRTU数据包透明转发给被收集设备或者仪表。进而被收集设备或者仪表做相应的处理后生成响应包送回，数据收集控制器将ModbusRTU格式的数据通过协议转换成ModbusTCP格式，这样便可以通过以太网或无线网络将其发送给数据收集效劳器，数据的收集转发便完成了。4结论针对工业现场普遍存在的数据构造各异、协议标准不一等问题，本文研究和给出了应用于各种工业现场的数据收集控制器的设计方案，以解决传感节点多种协议数据自适应收集问题、非标设备接口驱动定制问题、异构网

10、络数据协同处理问题、自组网络治理等问题，进而到达实现各行业中现场数据的会聚和传输的目的，并且结合自身及行业的特点进展消费经过的控制，由于本文的局限性，并未给出该设计方案的数据收集器在工业现场的应用结果，在今后的工作中，我们将该数据收集器与行业消费和业务流程严密结合，进而以应用结果验证该数据收集器对各企业的运行治理的作用。参考文献郑相全，无线自组网技术实用教程M.北京：清华大学出版社，2004。96-99JosephK，Effectiveness-AnalysisofReal-TimeDataAcquisitionandProcessingMultichannelSystemsJ，IEEE，2002，91-94田湛君，基于C/OS-II的数据收集系统的设计J，微计算机信息，2020，25(5)：86-88邓立为，基于ARM的压力数据收集与控制系统D哈尔滨：.哈尔滨理工大学，2020刘荣昌，无线自组网络中多令牌介质访问控制算法的研究与仿真D沈阳：东北大学，2004