摘  要： 詳細介紹了運用ZigBee技術在實訓車間的設備進行監(jiān)控系統(tǒng)的方案,、結構，解決了實訓車間管理上的問題,，具有一定的推廣價值,。
關鍵詞： ZigBee；實訓車間,；無線監(jiān)控系統(tǒng)

　“花都工學結合示范園”是廣州鐵路職業(yè)技術學院于2009年4月開始建設的花都工學結合基地,，占地96畝，共建了7個生產性實訓車間,，學院自行投資建有SMT,、機加工、數(shù)控加工等3個車間,。隨著“花都工學結合示范園”的快速發(fā)展,，學院管理的設備日益增多,，設備的管理與維護的工作也越來越大，無法及時掌握設備的利用率以及現(xiàn)場設備的運行狀況,，因此難以保證及時發(fā)現(xiàn)設備隱患,。若用人工值守方式，其成本較高,，因此,，探索建立技術先進、功能強大的監(jiān)控系統(tǒng)來管理與維護花都工學結合示范園設備正常工作具有重大的意義,。
1 系統(tǒng)總體設計方案
　“花都工學結合示范園”生產性實訓車間的設備基本上已安裝固定完畢,，傳統(tǒng)的車間設備監(jiān)控系統(tǒng)是通過有線網絡進行信號的采集、傳輸和發(fā)送,。由于車間設備多而雜,、信號繁多，使綜合布線及檢查維修很不方便,，而且工程量大,，維護費用高。為減少系統(tǒng)的工作量,，整個車間設備如果采用無線的方式就可以省掉布線的麻煩,。考慮到當前無線信息技術的現(xiàn)狀,，采用ZigBee技術將是系統(tǒng)的最佳方案,。ZigBee技術是一種近距離、低復雜度,、低功耗,、低速率、低成本的雙向無線通信技術,，可工作在2.4 GHz（全球流行）,、868 MHz（歐洲流行）和915 MHz（美國流行）3個頻段上，分別具有最高250 kb/s,、20 kb/s和40 kb/s的傳輸速率,，傳輸距離在10~75 m的范圍內，主要用于距離短,、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù),、間歇性數(shù)據(jù)和低反應時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽谩?br /> 　整個系統(tǒng)由上位機和下位機兩大部分構成。其中,，上位機主要是對系統(tǒng)進行集中管理,、對采集的數(shù)據(jù)進行分析和整理以及對系統(tǒng)的控制。下位機主要是對監(jiān)控信息的采集,、上傳以及接收上位機的控制指令對終端設備進行控制,。下位機主要由數(shù)據(jù)采集設備和ZigBee傳輸設備兩部分組成,。數(shù)據(jù)采集設備負責各個監(jiān)控節(jié)點的參數(shù)采集，并將采集到的數(shù)據(jù)通過ZigBee傳輸模塊發(fā)送到ZigBee傳輸設備上,，同時將接收ZigBee傳輸設備下發(fā)的控制指令,。ZigBee傳輸設備作為與上位機和數(shù)據(jù)采集設備的通信中間設備,，主要負責接收數(shù)據(jù)采集設備所采集的數(shù)據(jù),，并將數(shù)據(jù)上傳到上位機，同時也接收上位機的控制指令,，并把該指令下發(fā)給相應的數(shù)據(jù)采集設備控制設備的運行,。具體的車間無線監(jiān)控系統(tǒng)方案如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設計
　“花都工學結合示范園”生產性實訓車間的設備主要有數(shù)控銑床,、數(shù)控車床,、加工中心、電火花數(shù)控機床,、電火花線切割機床,、普通車床以及其他三坐標測量機等。數(shù)據(jù)采集設備主要采集每臺設備的運行狀態(tài),、報警信號以及輸出控制信號,。對于每臺設備的運行狀態(tài)信息可以采用檢測是否有電流通過進行判斷，報警信號則通過機床的報警信號讀出,，輸出控制信號主要控制設備的啟動或停止,。由于系統(tǒng)需要將采集到的信號通過ZigBee傳輸模塊上傳到ZigBee傳輸設備，這就需要一部分硬件電路與ZigBee傳輸模塊連接,，并與ZigBee傳輸設備的ZigBee傳輸模塊進行信息交換,。為此，控制信息交換的電路采用微芯公司開發(fā)的PIC系列單片機,。該單片機采用精簡指令集（RISC）,、哈佛總線（Harvard）結構、二級流水線取指令方式,，具有實用,、低價、指令集小,、低功耗,、高速度、體積小,、功能強和簡單易學等特點,，并將大量的資源全部集成在芯片內部，包括I/O,、存儲器,、通信接口等,，使系統(tǒng)電路板需要的空間大大簡化，而且一些對高頻通信可能產生的干擾噪聲大大減少,，加上可以用電池供電和具有低功耗模式等特點,，使PIC系列單片機非常適合應用于短距離無線通信和無線網絡中。本系統(tǒng)采用了微芯公司的PIC18F4620單片機和TI/CHIPCON公司的CC2420最新無線ZigBee芯片,。數(shù)據(jù)采集設備硬件結構圖如圖2所示,。

　該無線監(jiān)控系統(tǒng)能夠實時地響應上位機發(fā)出的控制命令，相應的控制點按照上位機發(fā)來的命令完成相應的任務,。如果上位機沒有向控制點發(fā)送控制命令,，控制點則按系統(tǒng)設置好的時間間隔，經ZigBee網絡周期性地采集環(huán)境數(shù)據(jù),，由GPRS模塊實時地傳送到上位機中,。
3 系統(tǒng)軟件設計
　系統(tǒng)軟件部分由下位機與上位機兩部分組成。其中下位機軟件主要是采集數(shù)據(jù),，上位機軟件主要是管理和控制系統(tǒng),。
　下位機軟件主要由ZigBee每個數(shù)據(jù)采集設備和ZigBee傳輸設備上的軟件組成。ZigBee每個數(shù)據(jù)采集設備主要完成數(shù)據(jù)的采集和對設備進行控制,。ZigBee每個數(shù)據(jù)采集設備上電初始化后,，首先判斷是否有上位機發(fā)送的控制指令，如有則先執(zhí)行上位機發(fā)的控制指令,，然后ZigBee每個數(shù)據(jù)采集設備則按照所設置的時間間隔進行定時的數(shù)據(jù)采集,，并將采集的數(shù)據(jù)在ZigBee每個數(shù)據(jù)采集設備的單片機上進行數(shù)據(jù)處理。如果數(shù)據(jù)發(fā)生了變化則發(fā)送到ZigBee傳輸設備上,，由ZigBee傳輸設備發(fā)送到上位機,，并保存在服務器里。ZigBee傳輸設備主要完成數(shù)據(jù)交換的中介作用,，既要通過GPRS通信模塊接收上位機的數(shù)據(jù),，并將接收到的數(shù)據(jù)通過ZigBee傳輸模塊下發(fā)給相應的ZigBee每個數(shù)據(jù)采集設備，又要通過ZigBee傳輸模塊接收ZigBee每個數(shù)據(jù)采集設備所采集的數(shù)據(jù),，并將采集的數(shù)據(jù)通過GPRS通信模塊上傳到上位機,。下位機軟件流程如圖4所示。

　將GPRS和ZigBee技術應用到實訓車間設備監(jiān)控系統(tǒng),，解決了實訓車間設備在管理上的諸多問題,，不僅大大減輕了實訓車間設備管理人員的工作量，同時也使學院領導能及時了解實訓設備的運行狀況和使用狀況,。在該系統(tǒng)中,，采用ZigBee無線傳感器網絡技術和GPRS無線遠程傳輸技術，使該系統(tǒng)具有ZigBee技術的組網速度快、成本比較低,、功耗比較小,、網絡結構簡單、對參數(shù)能進行實時監(jiān)控和遠程通信,、安裝費用低廉,、維護簡單等特點。該監(jiān)測網絡模型具有一定的通用性和廣闊的發(fā)展前景,。
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