一種基于DSP和AdHoc的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)及其動態(tài)路由分組方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)自動化控制系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于DSP和AdHoc的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)及其動態(tài)路由分組方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于現(xiàn)場環(huán)境存在的不確定性和復(fù)雜性，使得傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的布局和維護(hù)存在很大困難，尤其在一些人類難以到達(dá)的區(qū)域，就更加難以實(shí)現(xiàn)。而且隨著人類對于未知領(lǐng)域的探索范圍的不斷擴(kuò)大，對相應(yīng)控制系統(tǒng)的要求也越來越高，未來的無線化和智能化將是主導(dǎo)趨勢。無線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)是將傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中的傳感器到控制器、控制器到執(zhí)行器之間的通信傳輸方式用無線網(wǎng)絡(luò)取代直接連接而得到的一類控制系統(tǒng)。無線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，屬于典型的分布式控制系統(tǒng)，完全實(shí)現(xiàn)了分布式控制。實(shí)現(xiàn)了在同一時間為了完成同一個任務(wù)將處于不同地理位置的各個控制模塊有效的組合在一起，使其共同協(xié)作完成一項(xiàng)工作，實(shí)現(xiàn)了資源的有效利用。不需要為一些臨時應(yīng)用花費(fèi)大量人力物力去搭建專用設(shè)施。當(dāng)環(huán)境比較惡劣或者復(fù)雜。由于無線網(wǎng)絡(luò)相比于導(dǎo)線直連和有線網(wǎng)絡(luò)連接更加靈活，減少了中間的物理連接。所以相比傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)和有線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)具有更大的優(yōu)勢，在不影響控制系統(tǒng)的控制性能的前提下，使整個控制系統(tǒng)的設(shè)計得到解放，適用范圍更加廣泛。
[0003]無線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)給我們帶來了很多的方便，擴(kuò)大了我們對未來領(lǐng)域探索的范圍，使得人類可控制的范圍變得越來越大。然而由于無線網(wǎng)絡(luò)存在帶寬有限性、隨機(jī)性和不穩(wěn)定性會使得控制過程的數(shù)據(jù)出現(xiàn)丟包和網(wǎng)絡(luò)延時和其它問題。這時我們傳統(tǒng)的控制方法就不能達(dá)到理想的控制要求，對控制領(lǐng)域提出了新的挑戰(zhàn)。為了實(shí)現(xiàn)一種基于ARM和XYCN總線的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)，本發(fā)明針對傳統(tǒng)直接連接的控制系統(tǒng)通信距離長、布置節(jié)點(diǎn)多、布線復(fù)雜性、供電麻煩、成本高的問題，基于DSP和AdHoc的網(wǎng)絡(luò)化控制技術(shù)設(shè)計了一種網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)將各職能部分連接在一起，其中控制器負(fù)責(zé)控制算法的實(shí)現(xiàn)和數(shù)據(jù)顯示，傳感器在系統(tǒng)中負(fù)責(zé)采集過程數(shù)據(jù)，執(zhí)行器接收無線節(jié)點(diǎn)發(fā)送的來自遠(yuǎn)程控制器的控制數(shù)據(jù)，將控制器傳輸過來的指令轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的控制信號，對被控對象進(jìn)行控制，無線網(wǎng)絡(luò)由ZigBee無線節(jié)點(diǎn)組成，在整個網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中負(fù)責(zé)信息傳輸功能，該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)中直接連接的控制系統(tǒng)通信距離長、布置節(jié)點(diǎn)多、布線復(fù)雜性、供電麻煩、成本高的缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、性能穩(wěn)定的基于DSP和AdHoc的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)及其動態(tài)路由分組方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]本發(fā)明提供一種基于DSP和AdHoc的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，包括控制器、傳感器、執(zhí)行器和無線網(wǎng)絡(luò);其中:
[0007]所述傳感器，用于對被控對象的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和采集；
[0008]所述無線網(wǎng)絡(luò)，用于系統(tǒng)各模塊之間的通訊和信息傳遞，包括將傳感器采集到的參數(shù)信息傳輸給所述控制器，將所述控制器生成的控制信息發(fā)送給所述執(zhí)行器；
[0009]所述控制器，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的控制算法的實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)的狀態(tài)顯示，并且當(dāng)數(shù)據(jù)存在延時和丟包時，通過控制算法對其進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)對被控對象的穩(wěn)定控制；
[0010]所述執(zhí)行器，用于將傳輸來的控制信息轉(zhuǎn)換成電機(jī)控制信號，對被控對象進(jìn)行控制。
[0011 ]進(jìn)一步地，本發(fā)明的所述控制器包括DSP最小系統(tǒng)、電源、FLASH存儲、下載接口、TFT顯示屏和數(shù)據(jù)打印口。
[0012]進(jìn)一步地，本發(fā)明的所述傳感器和無線網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)之間通過UART口進(jìn)行通信。
[0013]進(jìn)一步地，本發(fā)明的所述無線網(wǎng)絡(luò)由多個ZigBee無線節(jié)點(diǎn)組成，無線收發(fā)器使用CC2530芯片在整個網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中負(fù)責(zé)信息傳輸功能。
[0014]進(jìn)一步地，本發(fā)明的多個ZigBee無線節(jié)點(diǎn)組成的所述無線網(wǎng)絡(luò)包括協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點(diǎn)。
[0015]進(jìn)一步地，本發(fā)明的所述路由器用于進(jìn)行動態(tài)路由分組，具體包括以下部分:
[0016]分組類型判斷單元，用于根據(jù)不同分組的公共分組頭判斷分組的類型，若進(jìn)行AODV協(xié)議分組，則進(jìn)入?yún)f(xié)議分組單元;若進(jìn)行AODV數(shù)據(jù)分組，則進(jìn)入數(shù)據(jù)分組單元；
[0017]協(xié)議分組單元，用于根據(jù)不同分組的AODV分組頭判斷分組類型，若為路由請求分組，則進(jìn)行路由請求分組的處理;若為路由應(yīng)答分組，則進(jìn)行路由應(yīng)答分組的處理;若為錯誤路由分組，則進(jìn)行路由錯誤分組的處理;若為HELLO分組，則進(jìn)行HELLO分組的處理；
[0018]數(shù)據(jù)分組單元，用于對接收到的不同數(shù)據(jù)分組信息進(jìn)行處理。
[0019]進(jìn)一步地，本發(fā)明的所述協(xié)調(diào)器用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的建立，生成唯一的網(wǎng)絡(luò)地址。
[0020]進(jìn)一步地，本發(fā)明的所述終端節(jié)點(diǎn)用于加入已有網(wǎng)絡(luò)，并發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
[0021]進(jìn)一步地，本發(fā)明的該系統(tǒng)通過串口將被控對象的信息傳遞到MATLAB顯示軟件上進(jìn)行圖形顯示。
[0022]本發(fā)明提供一種基于DSP和AdHoc的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的動態(tài)路由分組方法，具體包括以下步驟:
[0023]步驟1、根據(jù)分組的公共分組頭判斷分組的類型，若進(jìn)行AODV協(xié)議分組，則執(zhí)行步驟2，若進(jìn)行AODV數(shù)據(jù)分組，則執(zhí)行步驟3;
[0024]步驟2、根據(jù)分組的AODV分組頭判斷分組的類型，若為路由請求分組，則執(zhí)行步驟4，若為路由應(yīng)帶分組，則執(zhí)行步驟5，若為路由錯誤分組，則執(zhí)行步驟6，若為HELLO分組，則執(zhí)行步驟7 ；
[0025]步驟3、處理數(shù)據(jù)分組；
[0026]步驟4、處理路由請求分組，返回RREQ;
[0027]步驟5、處理路由應(yīng)答分組，返回RREP;
[0028]步驟6、處理路由錯誤分組，返回RERR;
[0029]步驟7、處理HELLO分組，返回HELLO。
[0030]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:本發(fā)明的基于DSP和AdHoc的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，通過無線網(wǎng)絡(luò)將各功能模塊連接在一起，通信距離長、布置節(jié)點(diǎn)多，且能夠應(yīng)對復(fù)雜的布線情況；通過ZigBee無線節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)，以及CC2530無線收發(fā)器控制系統(tǒng)中負(fù)責(zé)信息傳輸，具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、性能穩(wěn)定的特點(diǎn)；
[0031]另外，通過改進(jìn)的路由分組方法，提高了分組效率和數(shù)據(jù)處理的效率，進(jìn)一步的提高了系統(tǒng)的性能。
【附圖說明】
[0032]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
[0033]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的基于DSP和AdHoc的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的基于DSP和AdHoc的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的控制器整體結(jié)構(gòu)圖；
[0035]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的基于DSP和AdHoc的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的電源電路圖；
[0036]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的基于DSP和AdHoc的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)打印接口電路圖；
[0037]圖5是本發(fā)明實(shí)施例的基于DSP和AdHoc的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的ZigBee無線節(jié)點(diǎn)圖；
[0038]圖6是本發(fā)明實(shí)施例的基于DSP和AdHoc的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的無線收發(fā)器原理圖；
[0039]圖7是本發(fā)明實(shí)施例的基于DSP和AdHoc的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的Matlab和無線節(jié)點(diǎn)連接示意圖；
[0040]圖8是本發(fā)明實(shí)施例的基于DSP和AdHoc的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的動態(tài)路由分組流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041 ]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0042]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的基于DSP和AdHoc的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，包括控制器、傳感器、執(zhí)行器和無線網(wǎng)絡(luò);其中:
[0043]傳感器，用于對被控對象的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和采集；
[0044]無線網(wǎng)絡(luò)，用于系統(tǒng)各模塊之間的通訊和信息傳遞，包括將傳感器采集到的參數(shù)信息傳輸給所述控制器，將所述控制器生成的控制信息發(fā)送給所述執(zhí)行器；
[0045]控制器，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的控制算法的實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)的狀態(tài)顯示，并且當(dāng)數(shù)據(jù)存在延時和丟包時，通過控制算法對其進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)對被控對象的穩(wěn)定控制；
[0046]執(zhí)行器，用于將傳輸來的控制信息轉(zhuǎn)換成電機(jī)控制信號，對被控對象進(jìn)行控制。
[0047]如圖2所示，控制器包括DSP最小系統(tǒng)、電源、FLASH存儲、下載接口、TFT顯示屏和數(shù)據(jù)打印口。傳感器和無線網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)之間通過UART口進(jìn)行通信。，控制器端負(fù)責(zé)算法控制和數(shù)據(jù)顯示，主控芯片為TMS320F28335它是TI公司生產(chǎn)的支持浮點(diǎn)型運(yùn)算的數(shù)字處理芯片，運(yùn)算功能強(qiáng)大，它的最小系統(tǒng)由電源FLASH存儲和下載接口組成，用來存儲程序和運(yùn)算數(shù)據(jù);控制器在整個系統(tǒng)中的功能是負(fù)責(zé)控制算法實(shí)現(xiàn)，首先接收傳感器采集數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行處理。當(dāng)數(shù)據(jù)存在延時和丟包時，通過一些控制算法對其進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)程電機(jī)的穩(wěn)定控制，讓整個系統(tǒng)性能保持最佳；同時為了方便操作和易于調(diào)試，在控制器端增加了一個TFT顯示屏，可以對一些必要參數(shù)進(jìn)