基于Zigbee技術在遠程監控系統中應用

程思堯 梁科 張方超 杜秋宇

摘要 Zigbee技術為一種雙向性、短距離、低速率的無線傳輸方式，其主要通過網絡節點與終端節點的相互聯結，實現信息數據由現場環境至系統控制中心的高效通信傳輸?；诖?，本文首先對Zigbee技術應用的相關概念進行了闡釋;求，從網絡節點和終端節點兩個角度出發，對單片機、電源電路、“看門狗”電路、Zigbee模塊等多種結構的應用實現做出了重點研究。

【關鍵詞】Zigbee技術 遠程監控系統 “看門狗” 電路

現階段，隨著社會科學水平的不斷提高，我國在遠程監控技術領域實現了飛速的發展。在這樣的時代背景下，將Zigbee技術到遠程監控系統的設計開發當中，能有效提升現場數據信息的傳輸質量和傳輸安全性。據此，我們有必要對Zigbee技術在遠程監控系統中的應用進行分析研究。

1 Zigbee技術應用的相關概述

從名稱來源上看，“Zigbee”名稱借鑒于大自然當中，意在通過自然界中蜂群數量眾多、食物需求較小的信息交換機制，描述這一網絡技術的高適應、低成本特點。進一步講，Zigbee為一種雙向性、短距離、低速率的無線傳輸方式，其主要通過網絡節點與終端節點的相互聯結，實現信息數據由現場環境至系統控制中心的高效通信傳輸?，F階段，將這一技術應用到遠程監控系統的設計實現當中，能通過多種AES對稱加密、公開密鑰等多種安全防護模式，實現數據信息的可靠、安全傳輸，進而在最大程度上避免外界磁場對信號通信的干擾，實現系統故障部分的快速復位。同時，在無需進行數據傳輸的時間內，系統節點還會像控制中心發出一定的信號信息，完成現場監控設備的關閉睡眠，進而有效地降低成本消耗。

2 Zigbee技術在遠程監控系統中的應用實現方法

2.1 系統網絡節點的應用實現

在Zigbee技術支持下的遠程監控系統當中，網絡節點主要負責各類數據信息的轉送傳遞，其硬件結構包括兩個Zigbee模塊、一個“看門狗”電路、一個單片機和一個電源電路。具體來看：

（1）遠程監控系統的單片機設計多選用P87LPC767材料。這一單片機材料類型具有接口輸出模式可編程的特點，且保有較高水平的電壓操作范圍。同時，其內部還配置有一體化的看門狗定時器，可與后續的看門狗電路設計達成良好的適應性;

（2）網絡節點電源電路需要對單片機及兩個Zigbee模塊進行持續、可轉換的供電行為，故而其設計需要保證一定的電流調節能力。一般來說，業內多以12伏鋰電池作為網絡節點的電源供給，并在其后方設置出可將12伏電流轉換為5伏電流輸出的DC電源，將電源與單片機相連接。與此同時，還應設置出一個可將5伏電流轉換為3.3伏電流輸出的二級電源，并將其與上級DC電源連接，從而實現對Zigbee模塊的供電支持;

（3）在遠程監控系統網絡節點中的Zigbee模塊，為具有16個引腳的封裝模塊。在實際的設計當中，相關人員只需要應用其中的四個引腳即可。首先，需要將一對引腳與上文所述的二級電源相連，并保證正常的工作電流為3.3伏;其后，需要一對引腳與上位機、下位機相連，以此實現數據信息的采集與傳送。

（4）在實際的設計過程中，可將型號為DS1232的看門狗芯片作為系統配置首選，其具有線路結構簡單、功能運行穩定的特點，可以有效實現單片機的維穩保護。簡單來講，“看門狗”電路更像是一個定時控制工具。當單片機處在正常的運行狀態時，其會按照固定的時間間隔向看門狗芯片發送脈沖信號。此時，一旦單片機處在較強的磁場干擾環境當中，無法由STB引腳向看門狗芯片發送信號時，看門狗芯片即會將當前單片機的工作狀態認定為“異?！?，并由RST引腳向單片機發送一個復位信號，使單片機的程序數據重新運行并逐漸趨于穩定。

2.2 系統終端節點的應用實現

終端節點位于遠程監控系統體系的最末端位置，即應用于實際的監控現場。在Zigbee技術的支持背景下，終端節點主要由單片機、電源電路、顯示器、Zigbee模塊、數據采集電路、外圍電路和看門狗電路組成。其中，單片機、電源電路、看門電路、Zigbee模塊的應用設計與上文中網絡節點的設計方式大致相同，不多贅述。下面主要來看顯示器和數據采集電路兩個部分的應用設計：

2.2.1 顯示器

遠程監控系統終端節點的顯示器多為LCD顯示，主要負責各類現場信息、設備運行信息的符號、數字與圖形顯示。在實際的設計當中，應將兩塊玻璃基板之上加置配向膜，使液晶棒狀分子按照具體的溝槽設計進行配向，并實現液晶棒狀分子在電廠作用下的光線調制能力，由此保證液晶顯示器可通過明暗變化、分子排列而呈現出不同的信息顯示效果。此外，為了保證顯示器各功能區域的靈活調整，還需要將不同種類顯示像素的符號信號設置為獨立控制模式，從而進一步提升顯示器的調整靈活性。最后，還需將LCD顯示控制器的SCLK端、STD端與單片機的兩個引腳連接起來，并與單片機應用同一個電源支持。當電源連通后，終端顯示屏便會自動亮起，此時單片機程序開始運行，實時的文本和圖像信息就會具象顯示出來。

2.2.2 數據采集電路

終端節點的數據采集工作，主要是對各類終端設備的運行數據進行采集，如設備啟閉狀態、電流電壓負荷等?，F階段，用于數據采集電路設計的轉換器類型共有三種，并行比較型、逐次逼近型和雙積分型。這三者在采集速度、采集精度和投入成本上各有優劣，相關人員應按需選擇應用具體的轉換器類型。在數據采集電路的實際運行過程中，采集到的現場設備信號會經由轉換器進入到系統控制器的I/O接口，進而實現進一步的信號分析，并將最終的有價值信號傳送至遠程監控中心處。

3 總結

總而言之，把Zigbee技術應用到遠程監控系統當中，可以有效實現現場數據的無線傳輸，并提高各類硬件設備的運行反饋效率，以此強化遠程監控系統的穩定性、時效性、安全性和經濟性。由此可見，Zigbee的應用前景較為良好，日后必將形成更加廣泛的應用普及。

參考文獻

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