專利名稱：一種基于ZigBee協(xié)議的無(wú)線智能傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于ZigBee協(xié)議的無(wú)線智能傳感器。
背景技術(shù)：
目前市場(chǎng)上的控制系統(tǒng)主要采用基于現(xiàn)場(chǎng)總線方式，作為控制系統(tǒng)重要組成部分的執(zhí)行 器存在著一些不足1、現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)繁多、互不兼容，不同類型的執(zhí)行器不能通用，執(zhí)行 器的擴(kuò)展和維護(hù)困難。2、通訊模式單一，沒(méi)有無(wú)線傳輸功能，通訊線路布線復(fù)雜。3、結(jié)構(gòu) 復(fù)雜，沒(méi)有采用模塊化設(shè)計(jì)，故障率高，實(shí)用性不強(qiáng)4、設(shè)備成本高，多數(shù)為國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品， 很難滿足用戶的實(shí)際使用需求。
國(guó)際電氣電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)針對(duì)多種現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)并存而讓變送器制造商無(wú)所適從 的現(xiàn)狀，制定了IEEE1451. 2智能化網(wǎng)絡(luò)傳感器/執(zhí)行器接口標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)的主導(dǎo)設(shè)計(jì)思想是 使現(xiàn)場(chǎng)的智能傳感器/執(zhí)行器成為獨(dú)立的個(gè)體，使得傳感器/執(zhí)行器的安裝、拆卸以及信息交 互變得更加容易，真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的即插即用。
ZigBee是一種低速率、低成本、低功耗的短程無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。在眾多無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中， ZigBee技術(shù)具有數(shù)據(jù)傳輸安全可靠、組網(wǎng)簡(jiǎn)易靈活、設(shè)備成本低、電池壽命長(zhǎng)等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)， 而基于ZigBee技術(shù)的測(cè)控系統(tǒng)將具有低成本、可靠性好、可維護(hù)性高、適用性好的特點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是針對(duì)上述不足，提供一種基于ZigBee協(xié)議的無(wú)線智能傳感器。 一種基于ZigBee協(xié)議的無(wú)線智能傳感器，包括通用控制模塊、以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)適配器和
ZigBee無(wú)線通訊模塊，通用控制模塊與以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)適配器組合，構(gòu)成以太網(wǎng)專用測(cè)控系統(tǒng)的 網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行器；通用控制模塊與ZigBee無(wú)線通訊模塊組合，構(gòu)成基于ZigBee協(xié)議的無(wú)線測(cè)控 系統(tǒng)的執(zhí)行器；通用控制模塊的內(nèi)部連接關(guān)系為PIC16F877單片機(jī)分別與5V直流電源隔離 器、串口隔離器、LED通訊指示燈、LED電源指示燈、蜂鳴器、光耦相接串口隔離器與RS232 收發(fā)器相接，RS232收發(fā)器分別與DB9插座1和DB9插座2相接，光耦與固態(tài)繼電器相接， 固態(tài)繼電器分別與LED指示燈和開關(guān)量輸出接線柱相接。
所述的以太網(wǎng)網(wǎng)適配器的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為:DB9插座1與RS232收發(fā)器、PIC16F877 單片機(jī)、通信控制器、以太網(wǎng)控制器、網(wǎng)絡(luò)變壓盛、RJ45插座相接，通信控制器與外部存儲(chǔ) 器相接。ZigBee無(wú)線通訊模塊的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為DB9插座2與RS232收發(fā)器、JN5121無(wú) 線模塊、外置天線相接。
本實(shí)用新型能夠工作在兩種不同的測(cè)控系統(tǒng)中，針對(duì)基于IEEE1451. 2標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)， 設(shè)計(jì)了網(wǎng)絡(luò)適配器，通過(guò)RS232接口與通用控制模塊的DB9插座I相接，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行器對(duì)以太 網(wǎng)的即插即用；針對(duì)ZigBee協(xié)議的無(wú)線網(wǎng)，設(shè)計(jì)了 ZigBee無(wú)線通訊模塊，通過(guò)RS232接口 與通用控制模塊的DB9插座2相接，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行器對(duì)ZigBee無(wú)線網(wǎng)的即插即用。同時(shí)采用模 塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，操作和維護(hù)方便，具有通用性和標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)。


圖1是本實(shí)用新型的以太網(wǎng)網(wǎng)適配器電路框圖2是本實(shí)用新型的ZigBee無(wú)線通訊模塊電路框圖3是本實(shí)用新型的通用控制模塊軟件流程圖4是本實(shí)用新型的以太網(wǎng)網(wǎng)適配器軟件流程圖5是本實(shí)用新型的ZigBee無(wú)線通訊模塊軟件流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
如圖1,2所示，基于ZigBee協(xié)議的無(wú)線智能傳感器包括通用控制模塊、以太網(wǎng)網(wǎng)適配器 和ZigBee無(wú)線通訊模塊，通用控制模塊與以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)適配器組合，構(gòu)成以太網(wǎng)專用測(cè)控系統(tǒng) 的網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行器；通用控制模塊與ZigBee無(wú)線通訊模塊組合，構(gòu)成基于ZigBee協(xié)議的無(wú)線測(cè) 控系統(tǒng)的執(zhí)行器；通用控制模塊的內(nèi)部連接關(guān)系為PIC16F877單片機(jī)分別與5V直流電源隔 離器、串口隔離器、LED通訊指示燈、LED電源指示燈、蜂鳴器、光耦相接串口隔離器與 RS232收發(fā)器相接，RS232收發(fā)器分別與DB9插座1和DB9插座2相接，光耦與固態(tài)繼電 器相接，固態(tài)繼電器分別與LED指示燈和開關(guān)量輸出接線柱相接。通用控制模塊的控制和輸 出兩部分?？刂撇糠忠訮IC16F877單片機(jī)為核心搭建外圍電路，包括復(fù)位電路、RS232收發(fā) 器電路、串口隔離器電路、5v直流電源隔離器電路、電源及通訊指示電路、光電隔離輸出電 路和蜂鳴器報(bào)警電路等?？刂撇糠值拇诟綦x器分別與DB9插座1和DB9插座2相接，DB9 插座1與以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)適配器相接，使通用控制模塊和以太網(wǎng)適配器組合成為工作于以太網(wǎng)測(cè) 控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行器，DB9插座2與ZigBee無(wú)線通訊模塊相接，使通用控制模塊和ZigBee 無(wú)線通訊模塊組合成為工作于ZigBee無(wú)線網(wǎng)的測(cè)控系統(tǒng)執(zhí)行器，以上兩種連接方式可任選其 一，通用控制模塊的軟硬件均無(wú)需改動(dòng)，同時(shí)通用控制模塊的串口隔離器電路可以防止強(qiáng)電設(shè)備的電磁干擾對(duì)以太網(wǎng)或ZigBee無(wú)線網(wǎng)的影響。輸出部分由固態(tài)繼電器SSR輸出電路和 LED指示電路組成?？刂撇糠峙c輸出部分實(shí)現(xiàn)在電氣上的隔離，防止輸出部分受到強(qiáng)電設(shè)備 的干擾影響到控制部分?？刂撇糠纸邮艿揭蕴W(wǎng)或ZigBee無(wú)線網(wǎng)的控制指令，經(jīng)分析處理后， 將PIC16F877單片機(jī)相應(yīng)的I/O 口置高或置低電平，這些I/O 口的開關(guān)量控制信號(hào)經(jīng)P521光 耦隔離后輸出到輸出模塊。這些開關(guān)量控制信號(hào)，在輸出模塊經(jīng)放大后，驅(qū)動(dòng)固態(tài)繼電器輸 出端導(dǎo)通或斷開，固態(tài)繼電器輸出端與開關(guān)量輸出接線柱相接，而開關(guān)量輸出接線柱接入強(qiáng) 電設(shè)備的交流接觸器線圈電路，固態(tài)繼電器輸出端導(dǎo)通或斷開控制交流接觸器線圈電路的得 失電，進(jìn)而控制強(qiáng)電設(shè)備的工作與否。在固態(tài)繼電器工作的同時(shí)，輸出模塊的LED指示燈會(huì) 根據(jù)相應(yīng)的指令指示強(qiáng)電設(shè)備的工作情況。
以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)適配器的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為DB9插座1與RS232收發(fā)器、PIC16F877單 片機(jī)、通信控制器SX52BD、以太網(wǎng)控制器RTL8019AS、網(wǎng)絡(luò)變壓器、RJ45插座相接，通信 控制器與外接存儲(chǔ)器24LC256相接。
以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)適配器采用PIC16F877單片機(jī)，結(jié)合通信控制器SX52BD與10M以太網(wǎng)控 制芯片RTL8019AS以及網(wǎng)絡(luò)變壓器和RJ45插座組成的網(wǎng)絡(luò)通信模塊，RJ45插座通過(guò)網(wǎng)線接 入以太網(wǎng)，DB9插座1與通用控制模塊的DB9插座1相接，使網(wǎng)絡(luò)適配器和通用控制模塊組 合成為網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行器，從而使智能執(zhí)行器擁有對(duì)以太網(wǎng)的即插即用功能。
ZigBee無(wú)線通訊模塊的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為:DB9插座2與RS232收發(fā)器、JN5121無(wú)線 模塊、外置天線相接。
ZigBee無(wú)線通訊模塊采用JN5121無(wú)線模塊為核心。該模塊將兼容工EEE802. 15. 4/ZigBee 的低功耗，低成本無(wú)線微型控制器JN5121和外置天線連接端整合到一塊18X30mm的模塊上， 并集成了所有的射頻組件，而JN5121芯片內(nèi)置的RaM存儲(chǔ)器集成了 ZigBee點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊與網(wǎng) 狀網(wǎng)通訊的完整協(xié)議棧。ZigBee無(wú)線通訊模塊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)于ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)具有即插即用 的能力。DB9插座2與通用控制模塊的DB9插座2相接，使ZigBee無(wú)線通訊模塊和通用化 溫室控制模塊組合成為無(wú)線執(zhí)行器，從而使智能執(zhí)行器擁有對(duì)ZigBee無(wú)線網(wǎng)的即插即用功 能。
如圖3示，通用控制模塊軟件流程分成主程序和串口中斷服務(wù)程序兩部分。程序流程:程 序開始運(yùn)行，系統(tǒng)軟硬件初始化，設(shè)置看門狗定時(shí)器WDT,程序正常執(zhí)行期間，WDT將不斷 的被重置， 一旦程序跑飛或單片機(jī)死機(jī)，WDT將超時(shí)溢出，將使單片機(jī)產(chǎn)生復(fù)位，確保整個(gè) 系統(tǒng)的安全，設(shè)置串口中斷使能，然后進(jìn)入循環(huán)等待狀態(tài)，等待串口中斷的發(fā)生。當(dāng)串口接 受到以太網(wǎng)或ZigBee無(wú)線網(wǎng)的指令，就進(jìn)入串口中斷服務(wù)程序;首先設(shè)置中斷斷點(diǎn)保護(hù)，然后讀取串口數(shù)據(jù)，判斷所接受的指令格式是否正確，如果指令的格式不符合預(yù)先設(shè)定的格式，
則出錯(cuò)報(bào)警，然后退出中斷服務(wù)程序;否則，程序繼續(xù)執(zhí)行，比較本次所接收的指令是否與上 次接收的相同，如果指令相同，不需要再輸出控制，設(shè)置標(biāo)志位后，退出中斷服務(wù)程序;若前 后兩次指令不相同，設(shè)置標(biāo)志位后，程序進(jìn)入控制程序，根據(jù)指令設(shè)定相應(yīng)的設(shè)備開啟或關(guān) 閉，并點(diǎn)亮或熄滅相應(yīng)的LED?？刂平Y(jié)束，返回中斷服務(wù)程序，然后返回主程序，進(jìn)入主程 序循環(huán)等待狀態(tài)，等待下個(gè)指令的到來(lái)。
如圖4示，以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)適配器程序流程為程序開始運(yùn)行，系統(tǒng)軟硬件初始化，開啟RS232 串口，讀取來(lái)自以太網(wǎng)的命令，然后判斷接收到的指令是否可用，若可用，將控制指令發(fā)送 給通用化控制模塊，并將其反饋信息發(fā)送到以太網(wǎng)；若不可用則設(shè)置出錯(cuò)信息。出錯(cuò)信息也 被送入以太網(wǎng)。然后程序繼續(xù)讀取來(lái)自以太網(wǎng)的命令，如此循環(huán)往復(fù)。
如圖5示，ZigBee無(wú)線通訊模塊軟件流程為:程序開始運(yùn)行，系統(tǒng)軟硬件初始化，開啟 RS232串口，然后開始掃描可用的通訊信道，查找ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的匯聚節(jié)點(diǎn)(組織和管 理整個(gè)網(wǎng)絡(luò))， 一旦找到，發(fā)出加入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的請(qǐng)求，請(qǐng)求被批準(zhǔn)后，實(shí)現(xiàn)與匯聚節(jié)點(diǎn)的綁定， 然后進(jìn)入休眠等待狀態(tài)。當(dāng)匯聚節(jié)點(diǎn)與其通訊時(shí)，無(wú)線模塊被喚醒，產(chǎn)生MCPS中斷或MLME 中斷，這兩者是與ZigBee底層通訊協(xié)議棧相關(guān)的命令和數(shù)據(jù)的中斷；中斷處理程序?qū)⒖刂浦?令以RS232串口的方式發(fā)送給通用化控制模塊，并將其反饋信息發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)。
顯然上述實(shí)施例不是對(duì)本實(shí)用新型的限制，上述的基于ZigBee協(xié)議的無(wú)線智能傳感器還 可以有許多變化。雖然已經(jīng)結(jié)合上述例子詳細(xì)討論了本實(shí)用新型，但應(yīng)該理解到業(yè)內(nèi)專業(yè) 人士可以顯而易見地想到的一些雷同，代替方案，均落入本實(shí)用新型權(quán)利要求所限定的保護(hù) 范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于ZigBee協(xié)議的無(wú)線智能傳感器，其特征在于包括通用控制模塊、以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)適配器和ZigBee無(wú)線通訊模塊，通用控制模塊與以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)適配器組合，構(gòu)成以太網(wǎng)專用測(cè)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行器；通用控制模塊與ZigBee無(wú)線通訊模塊組合，構(gòu)成基于ZigBee協(xié)議的無(wú)線測(cè)控系統(tǒng)的執(zhí)行器；通用控制模塊的內(nèi)部連接關(guān)系為PIC16F877單片機(jī)分別與5V直流電源隔離器、串口隔離器、LED通訊指示燈、LED電源指示燈、蜂鳴器、光耦相接串口隔離器與RS232收發(fā)器相接，RS232收發(fā)器分別與DB9插座1和DB9插座2相接，光耦與固態(tài)繼電器相接，固態(tài)繼電器分別與LED指示燈和開關(guān)量輸出接線柱相接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種基于ZigBee協(xié)議的無(wú)線智能傳感器，其特征在于，所述的以 太網(wǎng)網(wǎng)適配器的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為DB9插座1與RS232收發(fā)器、PIC16F877單片機(jī)、 通信控制器、以太網(wǎng)控制器、網(wǎng)絡(luò)變壓器、RJ45插座相接，通信控制器與外部存儲(chǔ)器相 接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ZigBee協(xié)議的無(wú)線智能傳感器，其特征在于，所述的 ZigBee無(wú)線通訊模塊的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為DB9插座2與RS232收發(fā)器、JN5121無(wú) 線模塊、外置天線相接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于ZigBee協(xié)議的無(wú)線智能傳感器，它包括通用控制模塊、以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)適配器和ZigBee無(wú)線通訊模塊。通用控制模塊的內(nèi)部連接關(guān)系為PIC16F877單片機(jī)分別與5V直流電源隔離器、串口隔離器、LED通訊指示燈、LED電源指示燈、蜂鳴器、光耦相接串口隔離器與RS232收發(fā)器相接，RS232收發(fā)器分別與DB9插座1和DB9插座2相接，光耦與固態(tài)繼電器相接，固態(tài)繼電器分別與LED指示燈和開關(guān)量輸出接線柱相接。實(shí)現(xiàn)了傳感器對(duì)以太網(wǎng)和ZigBee無(wú)線網(wǎng)的即插即用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，同時(shí)具有通用性、模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G05B19/418GK201378276SQ20092005232
公開日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2009年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月11日
發(fā)明者平 王, 邢建軍 申請(qǐng)人:王 平;邢建軍