无线传感网络现场参数多通道数据采集系统的研究与实现

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工业自动化有利于改造传统行业,提高制造行业的整体水平,推动经济的发展,其自动化程度的高低也是衡量国家整体综合实力的重要指标之一。与此同时,高自动化程度须以工厂设备高可靠性为基础,能满足在高强度和长时间下的稳定工作,这便需要对设备的工作状态进行实时监测,防止事故发生和降低损失,从而提高制造水平与效率。传统的有线布网的设备监测系统由于环境限制、布线困难、杂乱、成本高等因素在实际应用中往往受到限制,因此,利用无线传感网络技术,设计出一种应用于工业现场设备运行状态参数数据采集并无线传输的存储和监测系统显得尤其重要。本课题是以气动工业现场为背景,设计出了一种用于工业现场电子产品(如静电消除器、定位器等)运行状况监测的无线传感网络多通道数据采集系统,此系统可以实现多节点、多通道的电压数据实时采集、无线传输、分类存储等功能,为工业自动化产品运行状态监测提出了一种新的设计思路。首先,本文对常用的几种无线通信方式进行对比,最终综合考虑后选用ZigBee技术作为本次课题开发的无线通信传输方案,结合对系统的功能需求分析提出了系统的整体设计方案架构,并对设计的目标以及解决办法进行了论述。其次,对系统中各节点的设计要求与目标进行了详细分析说明,通过对比分析完成了对主控芯片的选型,系统各节点硬件电路的设计,包括电源电路、数据采集电路、OLED显示屏以及按键指示灯电路等,并对各节点的PCB进行了设计与制作,建立起了整个无线数据采集系统的硬件平台。然后通过分层结构的思想提出了系统运行的总体软件框架,对整个系统软件所实现的功能进行了总结,并对通信数据的帧结构进行了设计,结合Z-Stack协议栈完成了各个节点的软件设计,实现协调器节点的组网与串口通信、路由器节点的路由功能、终端节点对数据的采集与传输以及电池电压均衡与低电压预警等功能。最后,在上述的基础上,搭建起了基于无线传感网络的现场参数多通道数据采集系统,对系统进行调试实现了预期的功能,完成了对系统功耗、组网以及数据传输特性的测试,并将系统应用于电缸位移测试试验中,验证了系统的可行性。
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