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基于ZigBee无线传感网络的SMT厂房温湿度监控系统

基于ZigBee无线传感网络的SMT厂房温湿度监控系统

点击数:7804 次   录入时间:03-04 11:58:09   整理:http://www.55dianzi.com   传感-检测-采集技术
    SHT15数字式传感器直接与CC2530通过I2C串行总线相连,具有循环冗余码校验(CRC)数据传输校验的功能,这些特点增加了对传感器接口开发的方便性与可靠性。该传感器具有响应时间快、精度高、抗干扰能力强、功耗低等特点,当SHT15测量和通信完成后,会自动使能进入睡眠模式。

3 系统软件设计
   
系统的软件设计目的是能够很好的结合硬件设备实现本系统的功能。本系统利用的协议栈是TI公司推出的与CC2530芯片配套的Z—STACK 2007版本。本系统需要进行三部分的软件流程设计,分别是传感器采集节点、协调器和无线控制节点的软件流程设计。
    协调器主要负责网络的管理、汇聚采集的数据等,传感器测控数据通过网络无线节点的控制节点来控制是否启动变频调速控制空调、加湿机、除湿机和风机等机器设备。本系统采用星形拓扑网络实现通信,网络配置一个网络协调器和多个传感器节点,在网络中所有的传感器节点只与协调器通信。ZigBee网络由协调器发起并且建立。协调器首先进行信道扫描,采用一个其空闲的信道,规定一些相应的网络参数,协调器启动后,时刻监听空中无线信号,如果终端节点申请加入网络时,发出申请加入信号,并提供正确的认证信息,即可加入网络;如果监听到系统传感器采集节点发送的温湿度数据信息,协调器接收信息,并与系统设定值进行比较,如果温度和湿度超出了规定的上下限,协调器及时发出相应的命令给无线控制节点。协调器的软件流程如图6所示。

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    传感器采集节点负责采集监测区域的温度和湿度数据,并发送给协调器,而且还能够接收来自协调器的相关命令。节点上电后首先进行硬件和协议栈的初始化,搜索邻近的网络,并且发送申请加入信息,等待网络协调器确认,信息确认通过后,节点即可成功加入网络,然后进入休眠的节电模式。当有数据传输请求时,节点立即由休眠模式进入工作模式,进行温湿度信息采集、预处理并发送。传感器采集节点软件流程图如图7所示。

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    控制节点在整个系统中的角色是与网络协调器进行通信,接收并执行相应协调器命令,控制节点启动后,节点核心芯片进行PID运算和数字信号输出,然后通过一系列的信号转化,然后控制电磁继电器工作状态,从而实现调节如变频调速器、风机、加湿器和除湿器等设备。软件流程图如图8所示。
    系统上位机的系统监控软件采用Visual Studio 2010平台、C++语言开发,该软件连接Access数据库来实现存储传感器节点采集到的温湿度数据,另外,该软件还对系统的整个ZigBee网络组网信息进行监控等等。软件可以对采集的时间间隔、采集的监测区域进行设置。串口信息配置如下:波特率为19 200,数据比特8bit,无奇偶校检位。

4 实验结果和分析
   
为了验证系统的实际应用性能,选取一块监控区域作为实验对象。首先,将该系统安置于SMT厂房的一个无尘密闭生产车间中进行试验。在试验过程中,开启车间的空气循环机,促进空气的流通和循环,尽量使得车间内空气的温度和湿度均匀分布。无线温湿度采集节点均匀的分布于车间的不同位置,避免采集节点集中放置带来的局部误差,以便能够准确的监测温湿度分布的信息。系统的控制节点连接的有变频调速器的空调可以调节温度,有增湿机和除湿机,可以进行湿度调节。系统全部安装完毕,开始试验。系统上电初始化,网络建立,系统开始工作,我们通过设定一系列不同的的温度标准和湿度标准,等待系统的调控工作完成后,将此时车间实际的温湿度信息记录下来,并且和设定的标准值进行比较,结果如表2所示。

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    从上表结果我们可以看出,在经过7组试验和测试,该系统实验的稳态时的温度与设定温度值的误差控制在±2.0℃以内;湿度的控制误差在±3.5%RH以内。这样的控制精度达到了SMT生产车间的对温湿度的要求。精度误差造的原因主要是在车间空气中的温度和湿度分布不均匀,造成不同位置的采集节点收集的数据有差异,从而造成中心节点分析数据时存在误差,另外,车间不可能完全密闭,与外界的绝热能力有限,无法杜绝空气和热量与外界进行交换,从而在一定程度上也影响了系统的稳态。

5 结论
   
本系统利用较高精度的数字式温湿度传感器SHT15对监控对象进行温湿度采集,确保了信息来源的准确性;星形传感器网络建立,大大增加了监测区域的有效面积,在一定程度上减少了因为区域限制和采集节点数量限制而带来了的误差;采用Zigbee无线技术也确保了传感器终端节点、控制节点与协调器节点通信的可靠性和经济性。该系统利用采集的信息通过控制节点对温度和湿度进行快速而有效的控制,大大减少传统了手动调节的滞后性。经多组试验,控制精度达到了SMT厂房的测控要求。本系统具有结构简单、功耗低、组网灵活,移动性强等特点,对中小型工业厂房的监测和控制领域有着很好的应用前景。



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