基于ZigBee技术的无线温度变送器的设计及应用

论文摘要

近年来,无线网络成为了工业控制领域中迅速发展的热点之一,也是工业自动化产品未来的新增长点。在配置、安装、修改和扩展等方面,无线网络的成本都低于有线网络。由于技术原因,无线信号在传输过程中会产生频散、多径时延、干扰、衰减等问题,但是这些问题都可以通过在无线通信协议中采用适当的机制加以克服或者减轻。因此一旦解决了无线传输的核心问题如传输的确定性、互可操作性、网络安全和网络投用的适应性等,无线通信技术必将在工业控制领域实现普遍应用。目前无线网络技术在工业控制领域的应用主要集中在无线短程网和无线局域网,对于自动化仪表厂商,更多关注无线短程网,即适用于现场设备层的无线网络；目前的主流技术是802.15.4/ZigBee技术。ZigBee技术具有数据传输可靠性高、实时性强、功耗低、组网灵活等优点。相对于目前新推出的无线HART协议而言,ZigBee作为一种成熟的无线通信协议,能够获得业界广泛的技术支持,产品开发更容易实现。本课题以自仪股份现有4-20mA温度变送器为研究对象,通过对ZigBee技术供电,组网,协议实现等方面进行深入研究,开发了符合ZigBee协议要求的无线温度变送器及配套的无线通信接口卡,实现将温度变送器通过ZigBee无线网络接入公司现有的SUPMAX800控制系统进而实现对温度变送器的监控与诊断。在研究过程中根据无线温度变送器的产品特点及技术指标,解决了一些关键问题与技术难点。在仪表电源管理技术方面,采用高能锂电池,设计电压检测电路,运用单总线技术实现自动监测和报警；在应用层参数封装方面,将仪表参数映射到MODBUS协议各寄存器中,同自仪股份现有DCS系统中MODBUS接口卡实现兼容,可以很方便地通过DCS组态及监控界面访问无线温度变送器；在仪表电路设计方面,选取超低功耗的TI公司的MSP430芯片作为核心CPU, AD7794超低功耗A/D转换芯片实现温度传感器数据采集；在无线通信协议设计方面,利用Helicomm公司的IP-LINK模块实现了ZigBee通信电路及协议栈。同时研究了ZigBee节点网络建立与保持、设备入网等问题,开发了若干台样机并通过SUPMAX800系统组建了ZigBee无线网络。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 无线技术的发展与现状
• 1.3 论文研究的主要工作
• 1.4 论文的结构安排
• 第二章 设计方案及技术基础
• 2.1 设计概述
• 2.2 ZigBee协议技术
• 2.3 1-Wire（?）通信协议
• 2.4 MODBUS通信协议
• 2.5 本章小结
• 第三章 原型设计与实现
• 3.1 原型设计
• 3.2 硬件设计与实现
• 3.3 软件设计与实现
• 3.4 设计中遇到的问题及解决措施
• 3.5 本章小结
• 第四章 无线温度变送器网络组态及其在SUPMAX800系统中的应用
• 4.1 SUPMAX800控制系统及无线网络架构
• 4.2 无线温度变送器网络组态
• 4.3 SUPMAX800控制系统中无线温度变送器组态
• 4.4 ZigBee无线网络监控界面设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结与展望
• 参考文献
• 致谢