基于ZigBee技術的油田示功參數監控系統

作者：時間：2009-11-24 來源：網絡

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3 無線傳感器網絡建立：
本文充分對比了StarNet、MeshNet和CluterTreeNet各自的優缺點，選用樹型無線自組網絡(Ad HocNet)，采用CSMA-CA方式進行信道存取，各ZigBee傳輸模塊通過多次跳頻技術數據傳輸方式，具有較好的信息隱蔽性、抗多頻干擾性和自愈性，并增大網絡的覆蓋范圍。實現對油井示功參數的采集、傳輸及監控。
樹型無線傳感器網絡中，自終端設備和網絡協調器建立后，終端設備被分配一16位短地址，此后終端就用這地址在無限個域網中通信。主協調器首先啟動建立ZigBee個域網，選擇ZigBee個域網標識符，自身短地址設為0，然后向其鄰近設備發送信標，接受其他網絡鏈接，成為第一級網絡。與主協調器建立了連接的設備都分配一16位的網絡地址。路由器根據其收到的協調器的信標的信息，配置并發送其自己的信標，允許其他設備與其建立連接，形成從設備--數據采集終端的第二級網絡。GPRS網絡將數據發送至監控中心，形成三級網絡的信息數據鏈路。

本文引用地址：http://www.j9360.com/article/157760.htm

4 硬件設計
4．1 硬件組成及功能
系統硬件由數據采集傳感器、控制器、無線RF收發、存儲、電源、GPRS接收、監控中心七個模塊組成。傳感器模塊由載荷傳感器、加速度傳感器ADX105構成，功能是用來收集油井現場的示功信息；控制器模塊為嵌入式系統ARM處理器，功能是進行數據的處理、功耗管理、同步定位、任務管理等操作；無線RF收發模塊是由Phipcon公司開發的CC2420RF芯片，功能是與其他RF模塊通信，傳輸油田現場的示功參數和控制信息；存儲模塊采用Samsung公司生產的NAND型FLASH存儲器K9F2808UOC，容量為8～128MB，負責數據存儲；電源模塊分為兩類：一類是高容量鋰電池；另一類是變直之后的交流電源(硬件電路如圖2所示)。GPRS收發模塊A-232／485GPRSDTU負責GPRS通信鏈路的信息傳遞，將示功參數送至監控中心；監控中心模塊負責數據收集、整理與分析，并反饋控制命令。

4．2 硬件各模塊及功能
ZigBee技術支持兩種類型的物理設備：全功能設備(FFD)和精簡功能設備(RFD)。油井現場參數采集終端是網絡中通信要求最低的部分，結構和功能簡單，用電池供電，大多處于睡眠狀態，以最大程度地節約電能，數據采集終端的通信模塊采用RFD；ZigBee路由器具備數據的存儲和收發能力、路由發現能力，從設備的連接、路由表的維護、數據的轉發，到維護網絡的鏈路等功能，采用FFD；ZigBee協調器始終處于工作狀態，是網絡的核心，除完成路由器的功能外，還有制定網絡規則，選擇合適信道，建立網絡并下發地址的功能，采用FFD。
采集終端(電路框圖如圖3所示)，CC2420通過SPI總線連接到ARM芯片的P1．0~P1．7接口。高容量電池作為終端模塊的電源，通過LD0低壓差線性穩壓器AM11 17-3．3為傳感器模塊、RF模塊、MCU／ARM7提供3．3V左右電壓。ARM芯片需3．0～3．6V(3．3V±10％)，CC2420需2．0～3．6V。電源功率指示燈顯示電源電壓。聲光報警單元對異常情況報警。晶振電路使ARM7與RF模塊同步通信。ZigBee路由器模塊框圖如圖4所示。