ZigBee技术在钢铁车间中的数据采集应用

　　1 总体设计方案

　　在钢铁企业的工厂里，除了原料场、焦炉、高炉等，还包含有各种监测控制设备，如对温度、湿度及对煤气等物理量进行采集的设备，环境检测显得尤为重要。一般情况下采集设备以有线网络系统的形式采集与传输数据。但是在布满各种设备的钢铁厂车间里采用有线电缆实现温湿度等工业数据监测采集，有布线非常困难，不便于维护，设备不能随意移动等缺点。而ZigBee网络是一种先进的无线传输技术，它有着功耗低，数据传输可靠，网络容量大，安全性高，实现成本较低等优点，此方案可以使钢铁工厂测量装置易于安装，便于维护，传输可靠。图1为此方案的系统结构图。

　　ZigBee是基于IEEE 802.15.4无线标准之上的有关组网、安全与应用技术，使用了IEEE 802.15.4标准定义的物理层与MAC子层。它采用直接序列扩频技术，工作在868 MHz，915 MHz，2.4 GHz的ISM频段。主要应用在消费电子设备、生态监测、农业自动化和医用设备等领域。ZigBee规范定义了三种设备：ZigBee协调器，ZigBee路由器和ZigBee终端设备。在组网方式上，主要采用星状网，树状网和网状结构。采用新兴ZigBee组网技术的环境监测系统，可以改变传统的管理方式，对区域的环境数据实施连续、有效监测与分析，充分发挥了实时监测在环境管理中的作用。特别是对人员无法接近的危险、恶劣环境的实时在线检测，使得能够在中心监控室可以监视环境运行状态。

　　2 硬件电路设计

　　2.1 处理器模块

　　本文的硬件采用JENNIC公司的JN5139芯片。作为JENNIC公司生产的业界领先的兼容于IEEE 802.15.4的低功耗Soc芯片，芯片集成了一个32位RISC处理器，可以做性能非常强大的MCU使用，其中包含了16 MHz的32位RISC CPU，同时内含有96 kB RAM、192 kB ROM，4个输入端口，2个比较器，12位的ADC，两个11位DAC，2个应用级定时器/计数器，3个系统定时器，2个串口，其中有一个用于系统的在线调试。一个SPI接口，带有5个片选线。同时含有一个2线串行接口。此MCU含有21个GPIO口，每个GPIO端口可通过软件分别配置成输入或输出，并提供推挽式输出或漏极开路输出。本文采用的是对温度和湿度数据量进行监测，在实际中可在GPIO口外接各种煤气的专用传感器，从而实现对钢铁工厂里的环境量的全面监测。

　　JN5139模块内部电路图如图2所示，该模块为开发人员提供了访问JN5139芯片的全部数字和模拟接口能力，包括ADC、DAC、比较器、定时器、UART、串行口及GPIO。其I/O访问确保模块可以单独使用，而不必增加额外的电路去实现许多低功耗无线系统所需要的功能。每一个模块都配备了IEEE802.15.4 MAC层软件或ZigBee网络协议栈。