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zigbee 没有网关怎么用(zigbee网关开发)

张世龙2021年12月21日 19:58天道酬勤1080

漂亮的迷你裙,迷人的睫毛膏,wxdld (上海海事大学物流工程学院,上海201306 )。

摘要:以工程机械为对象,研究和设计了基于ZigBee无线采集网络和GPRS远程通信的实时远程监控系统的无线网关。 该网关由ZigBee协调模块和GPRS模块组成,以STM32为网关的核心控制器,分别选择ZigBee协调器和GPRS模块,进行硬件和软件设计。 实现整个实时监视系统所需的相关技术有ZigBee无线网络、GPRS、TCP/IP通信技术、Zstack协议栈。

工程机械是国民经济建设的重要装备,在工业建设中占有重要地位。 我国工程机械行业在世界同行中占有重要位置,产品已经出口到欧美等工程机械强国。 因此,我国对工程机械产品的高效工作、安全工作的要求越来越严格和越来越规范。 近年来,随着无线通信网络和嵌入式系统等技术的迅速发展,相继出现了许多新的短距离无线通信技术,其中以低成本、低功耗、低复杂度为特色的ZigBee技术尤为突出[1]。

本文研究了应用于工程机械远程监控系统的ZigBee无线网关的设计方法[2]。 通过将ZigBee无线网关放置在被监测者的传感器节点上,实时采集被监测者的运行参数[3]。 这些包由ZigBee网关通过GPRS发送到远程服务器,并在客户端接口上实时渲染[4]。

图1是基于ZigBee技术的无线网关系统架构。

ZigBee网关的作用是将ZigBee无线网络中的数据传输到internet网络的一个信道。 如果没有这个渠道,就不能发送终端设备收集的数据。 其中起决定性作用的是GPRS无线通信模块,所有数据必须通过GPRS模块后才能访问远程服务器。 本文实现的ZigBee与GPRS的网关相结合,其核心模块由ZigBee的协调中心节点和GPRS无线模块组成,其中协调节点由美国德州仪器公司(TI )推出的cc 221 与其他ZigBee解决方案相比,CC2530被广泛用作主要的新系统级芯片,是真正意义上的ZigBee体系结构解决方案。 如图2所示,协调器节点主要负责将基础网络终端节点收集的数据的封装从UART串行端口传输到GPRS模块。 串行端口是建立CC2530和GPRS联系的桥梁; GPRS模块负责与远程服务器的通信,从串行端口接收协调器收集的数据后传输到远程服务器,将远程服务器发送到网关的指令发送到STM32核心芯片进行处理。

本论文使用的中央处理器是意大利半导体(STM )的STM32F103VCT6。 该芯片是基于STM32设计的增强型芯片,搭载ARM CortexM3内核,具有优异的工作性能、低成本、低功耗。 这个扩展芯片的时钟频率为72 MHz,是其他模型系列所不能超过的。 最适合16位产品。 图2是ZigBee网关核心模块,可以看到几个模块主要通过串行端口进行通信。

GPRS模块是网关的另一个重要部分,CC2530作为协调器接通网络,维护网络,收集终端节点的数据,但只有通过GPRS,该LAN中的数据与互联网的交互才能实现本文采用了GU900_GSM_GPRS无线模块。 该产品支持业界领先的OPENAT操作方式,允许用户根据自己的需求定制APP,并将计划重新移植到GU900模块中。 GU900内置有丰富的API函数,可供用户参考,方便灵活,值得开发利用。

2ZigBee网关模块软件设计

2.1网关系统的工艺设计

ZigBee的网关设计分为两部分,协调器部分和GPRS模块部分,协调器负责无线采集网络的构建,GPRS模块负责网关和外部网络的通信,协调器和GPRS之间负责串口网关整体的工作流程如图3所示。

2.2ZigBee协议的设计

本论文中使用的ZigBee协议体系结构框架整体分为以下几个层次。 从最下层的物理层(PHY )开始,最上层是媒体媒体接入层(MAC ),其等同于数据链路层、网络层(NWK )和APP应用层。 其中,物理层定义了物理无线信道,有ZigBee可使用的3个频带,分别为2.4 GHz和868/915 MHz。 媒体接入层负责所有物理层的无线信道接入,生成网络信号和同步信号。 的Zstack协议(TI公司推出的ZigBee协议栈)基于物理层和媒体访问层之上,主要实现了对网络层和APP应用层的支持。 除了ZigBee体系结构中提到的四层之外,还在Zstack协议中添加了操作系统抽象层(操作系统抽象层,OSAL ),地位类似于操作系统Zstack协议栈系统以物理层为优先,按照轮询过程依次为媒体层、网络层、硬件层和APP应用层。 每个层都有一个或多个ID号,z

stack轮询代码如下。

do{

If(tasksEvents[idx])

{

Break;

}

}while(++idx<tasksCnt);

If(idx<tasksCnt)

{

Unit16 events;

halIntState_t intState;

HAL_ENTER_CRITICAL_S ECTION(int State);

events = tasksEvents[idx];

tasksEvents[idx]=0;

HAL_EXIT _C RITICAL_SE CTION(int State);

events =( tasksArr[idx])(idx,events);

HAL_ENTER_CRITICAL_SECTION(int State);

tasksEvents[id x]=events;

HAL_EXIT_C RITICAL_SE CTION(int State);

}

2.3GPRS通信程序设计

ZigBee网关的GPRS模块部分用到了动态域名解析技术,为了实现动态域名解析,使用花生壳DNS服务来绑定域名和动态IP地址[8]。本系统使用的是GU900的GPRS模块,上电GPRS模块后,首先必须配置GPRS的AT命令,其中包括对GU900模块的短信功能还是上网模式的选择,对TCP/IP连接还是UDP连接的配置,远程服务器IP地址或者是域名的配置以及透传模式的切换等;在正确建立了TCP连接之后,等待远程Socket发来采集数据请求;收到请求之后STM32和CC2530就开始采集数据,采集完毕将数据从GPRS送出。

下面是GU900设置AT指令进入无线透传的部分代码,需要对一些参数进行初始化:

AT+CSTT="CMNET" //设置APN

AT+CIPCFG=1,50,0//对GU900进行初始化配置

AT+CIPPACK=0,"00"//设置网络心跳包的格式

AT+CIPMUX=0//设置GU900是在单链接模式下工作

AT+CIPMODE=1//进入透传模式

CIPSCONT=0,"TCP","www.smugenius.com",8080,2//设置成TCP模式,并且以域名的形式进行访问,端口号设置为8080

2.4系统测试

本测试过程中,选取了起重机刚提起物块的这段时间。通过温度传感器和压力传感器将数据传送给协调器,再由GPRS输出,由系统的3个节点在互联网平台的监测界面可知,主泵压力大约为12 MPa,卷扬机起升压力为10 MPa左右,另外,此时油温为50℃左右。

3结论

当前基于ZigBee技术的无线传感器网络受到越来越多的关注,应用也愈加广泛。本文针对工程机械监测系统中无线网络的要求,综合考虑实际应用中的成本和要求,研究并实现了基于ZigBee网络与GPRS模块进行信息交换的网关系统。

本文的创新点:(1)运用ZigBee无线采集网络对工程机械作业时的各项参数进行采集,相比较常规的有线监测方法,ZigBee的测点选择更加灵活,约束更少;(2)ZigBee网络结合GPRS模块组成ZigBee网关,通过网关来与远程服务器通信,传送采集数据,方便工作人员随时随地掌握设备工作情况。

参考文献

[1] 秀丽的超短裙,羞涩的绿茶,pbdqz.基于ZigBee无线传感网络的人体动作信息采集平台设计[J].微型机与应用,2014,33(8):1921.

[2] 可靠的蜜粉,落寞的店员,长情的小虾米.基于RFID的电力温度监控系统的软件与设计[J].电子技术应用,2013,39(1):2326.

[3] 李红, 坚强的朋友, 感动的茉莉. 基于 GPRS 的矿井提升机制动系统故障远程监测诊断系统研究[J]. 机械管理开发, 2012(1): 2427.

[4] 文静的金针菇, 无限的金毛, 靓丽的灰狼. 基于 CC2530 及ZigBee协议栈设计无线网络传感器节点[J].计算机系统应用,2011,20(7):181187.

[5] gldsc, jsdxgz, 跳跃的诺言. 基于 TDSCDMA 的ZigBee接入网关的设计[J]. 江汉大学学报 (自然科学版), 2011, 39(1): 5759.

[6] mldgz. 基于GPRS的桥梁远程监测系统的研究[D]. 哈尔滨:东北林业大学, 2007.

[7] gldsc, jsdxgz, 跳跃的诺言. 基于 TDSCDMA 的ZigBee接入网关的设计[J]. 江汉大学学报 (自然科学版), 2011, 39(1): 5759.

[8] 朴实的小蜜蜂. 基于 CC2530 的ZigBee无线传感器网络的设计与实现[D]. 西安:西安电子科技大学, 2012.

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