基于ZigBee和组态王的水泵房在线监控系统设计

卜闪闪（永城职业学院,河南 永城 476600）

基于ZigBee和组态王的水泵房在线监控系统设计

卜闪闪
（永城职业学院,河南 永城 476600）

本文基于ZigBee技术，设计并实现水泵房的在线监控系统。该系统无需铺设繁杂的有线线路，通过ZigBee构建的无线传感网络，在监控室即可完成对水泵房的实时运行的参数监测、控制、报警和数据存储等功能。实际应用表明，本文所述的水泵房在线监控系统大大提高了水泵运行的安全性和稳定性。

监控系统；协调器节点；路由节点

0 引言

目前矿井下的水泵房监控系统一般都采用有线方式。然而由于井下布线难度大，设备和线路经常拆换，因此有线的传输方式存在很大的弊端。故导致监控效果不甚理想，易出现延迟、误报等现象，所以水泵房监控系统能否稳定高效的运行将直接影响到煤矿生产的其他各个环节。然而随着无线通讯技术的迅猛发展，采用适用于短距离传输的低功耗的ZigBee技术传输数据可以很好地规避这一个缺点。

鉴于此，本文设计一种基于ZigBee和组态王的水泵房在线监控系统。该系统具有低功耗、高稳定性、强扩展性等优点，可成功规避有线系统所带来的一些弊端。

1 总体设计

本设计的水泵房监控系统主要由协调器节点、路由节点和中断节点等相互关联的三部分组成。协调器节点负责整个网络的组建和整体数据的处理，最终保证整个网络的稳定运行。路由节点则是获取各个终端节点发送过来的数据并通过基于ZigBee的无线传感网络将其转发给协调器节点。协调器节点则通过串口与上位机极性实时通信，上传实时监测信息和接收实时的控制命令；最后上位机软件完成对数据的存储和显示等工作。

2 硬件设计

2.1 协调器节点硬件设计

协调器节点是整个无线传感器网络的核心，所以其硬件设计的好坏也将直接关系到网络的稳定性。本系统所设计的协调器节点包括CC2530核心控制器及其基本的外围电路、电源及其转换模块和射频模块组成。其硬件结构图如图1所示。

协调器节点是整个传感网络的核心，其负责与各个路由节点以及上位机的通信。5V电源模块直接从上位机获取，并采用工业级的3.3V电源转换芯片AMS1117进行转换，保证电源的稳定性。射频模块采用高频低功耗的模块，并有射频信号放大电路。

2.2 终端节点与路由节点硬件设计

本系统的终端节点结构图如图2所示，与协调器节点不同的是本模块的供电和传感器模块。终端节点由于布局分散，一般采用干电池供电，由于系统采用低功耗和非工作状态睡眠的方式，大大降低了系统的能耗，延长系统的工作时间。

考虑到本系统所处的监测环境等各种特殊的因素，本系统采用如下所示的几种传感器：温度传感器、电流传感器、电压传感器和振动传感器等。

该系统中，路由节点和终端节点采用相同的配置，但其不具有传感器模块，简化了结构，降低了系统的成本。

3 系统软件设计

3.1 协调器节点软件设计

协调器节点是整个传感器网络的核心，负责整个网络的建立和网络的稳定运行。系统上电之后，协调器节点会扫描并选择一个最合适的信道建立一个初始网络。当有新的设备申请加入该网络时，协调器节点则会分配一个16位的短地址给它，并允许其加入网络。当组网完成后，协调器节点开始接受从终端节点与路由节点上传的数据，并且通过USB接口将其上传到上位机。

3.2 终端节点软件设计

终端节点的主要任务是以ZigBee协议的方式将采集到的电机轴承温度、电动机三相电流、电动机三相电压和轴承振动等数据传输到协调器节点。节点完成对传感器和协议栈的初始化后，即开始扫描信道，寻找合适的网络，发送加入网络的信息，当得到确认的答复后，即进入休眠模式以节约能量，当定时器唤醒收到唤醒指令后，则开始通过节点上的传感器采集相应的参数信息，并将其上传到协调器节点。

4 结语

利用ZigBee技术设计和实现的水泵房监控系统，可以稳定实现对水泵的实时监测和控制，并可进行数据统计和报表打印。该系统已在河南某矿投入运行，运行结果表明，该系统具有网络化、集成化和智能化的特点，能够准确监测水泵实时的运行状态参数，并可保证整个系统的稳定运行，为煤矿的生产提供了保证。

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卜闪闪(1987-)，女，工程硕士，研究方向:智能控制。