Zigbee无线通讯在污水处理中的应用

摘要：本文介绍了一种基于Zigbee无线通讯技术的单片机终端控制器在农村户用污水处理设备中应用的设计方案，通过单片机实现了污水处理设备系统控制并通过终端控制器内集成的Zigbee无线通讯芯片组成通讯网络，该无线传输网络由大量微型终端控制器节点通过桥接的方式组成。将农村户用污水处理终端设备组成系统网络，方便统一监控和管理，且安全可靠、成本低，具有广泛的应用价值。

关键词：Zigbee;无线通讯;单片机;污水处理

1 引言

随着农村水环境治理目标的明确、要求的提高，农村污水处理设备的运行管理受到了很大重视，模块化污水处理设备有着离网、分散、小型话的特点，水处理设备的运行维护都需要远程数据处理和监控。

本文中基于Zigbee无线通讯技术的单片机控制器在模块化污水处理中的应用，可以方便的远程监控设备，获取运行数据，并且在具有网络接口的终端以及手机端上能够实现对污水处理系统的实时监控。全面提高对现场设备综合管控水平，实现各地区各领域污水处理设备参数的远程采集，有效提高控制系统的自动化控制水平，对一定区域内的模块化污水处理设备进行集约化管理，提高控制设备的智能化程度。

2 系统说明

本系统用于城镇乡村污水处理过程的自动监控，系统节点分为中心节点和终端节点，每个网络群由一个中心节点以及若干个终端节点组成。其中，终端节点主要实现污水处理设备的实时在线监控及通过Zigbee无线通讯技术与中心节点的数据交互;中心节点将接收到的终端数据通过485总线上传至RTU设备;可通过液晶显示器来设置各个节点网络ID号，终端节点之间互相桥接，每个中心节点最多可与系统内200个终端节点进行数据交互。本文主要论述终端节点与中心节点之间的Zigbee无线通讯技术。

3 硬件设计

控制器的主要由微处理器、液晶显示器、Zigbee无线通讯模块以及外围功率和保护器件组成。

控制器采用ATMEL公司的ATmega64A系列控制器，ATmega64A是基于AVR增强的RISC架构的低功耗CMOS8位微控制器。通过在单个时钟周期中执行强大的指令，ATmega64A实现接近每MHz1MIPS的吞吐量，从而允许系统设计者根据处理速度优化功耗。

液晶显示采用GXM12864图形液晶显示模块，GXM12864是一种采用低功耗CMOS技术实现的点阵图形LCD模块，内含KS0108B/HD61202控制器，CSA与KS0108B（1）连通，CSB与KS0108B（2）连通，CSA/CSB为01时选通KS0108B（1）;为10时选通CSB与KS0108B（2），为其他值时禁止选通，总线处于高阻状态。硬件原理为PO口接DB0-DB7的8位双向数据总线。

Zigbee无线通讯模块采用顺舟智能SZ05-ADV工業级嵌入式Zigbee无线数传模块，它符合工业标准应用的无线数据通信设备，它具有通讯距离远、抗干扰能力强、组网灵活等优点和特性;可实现多设备间的数据透明传输;MESH型的网状网络结构;空旷场地理论传输距离为200米。

4 软件设计

4.1 Zigbee无线数传设备配置函数如下：

//ZigbeeConfigOperate.c

#include "MCU_Type.h"

#include "Macros.h"

#include "ZigbeeConfigOperate.h"

#include "ArrayOperate.h"

#include "UART_Operate.h"

#include "LCD_Display.h"

//无线数传设备"配置"引脚

#define ZigbeeDeviceResetDisable （PORTD |= （1 << PD6））

#define ZigbeeDeviceResetEnable   （PORTD &= ～（1 << PD6））

#define ZigbeeDeviceResetPinHold  （DDRD  |= （1 << DDD6））

//Zigbee设备配置结构体变量

struct ZigbeeDeviceConfigStruct ZigbeeDeviceConfigOperate = {0};

//发送给Zigbee设备的配置信息数据

static unsigned char ZigbeeDeviceConfigData[16] = {0};

//Zigbee设备的配置信息数据

unsigned char ZigbeeDeviceConfigProtocolData[16] = {0};

//Zigbee数传设备初始化函数

void ZigbeeDeviceConfigProcessReadDataAnalysisFun（unsigned char * PData， unsigned char ByteNums）

{

if（（ByteNums == 15） && （PData[0] == 0xA2））

{ ZigbeeDeviceConfigProcessSuccessCallbackFun（&PData[1]）;

}

}

4.2 终端节点与中心站节点通讯配置与液晶屏通讯设置如下：

//LCD显示 无线设备配置信息 设置进程的函数

void LCD_DisplayWirelessSetConfigProcessFun（void）

{

LCD_ClearFun（）;

switch（ButtonOperate.SlaveProcessIndex）

{

case 2：

LCD_Display8x15MsgFun（0， 11，  "请选择节点类型"， 14）;

switch（ZigbeeDeviceConfigProtocolData[4]）

{

case 0x01：//中心节点 ButtonOperate.DataCode[0] = '1';

break;

default：// 中心节点 ButtonOperate.DataCode[0] = '0'; ZigbeeDeviceConfigProtocolData[4] = 0x03;

break;

}

4 结语

近幾年，国家非常重视农业、农村的环境治理工作，一户一用的净化槽污水处理设备符合农村污水处理的发展模式，此类污水处理设施具有离网、小型、分散等特点，管理不够科学，运行维护成本高，统一监控管理成为重点。本文讨论的基于Zigbee无线通讯技术的单片机微控制器针对家庭或小型净化槽污水设备，将电控系统集成，降低成本的同时实现了局域无线数据传输，改变了以往每台设备都配一个DTU或网关设备进行通讯的情况，实现多个终端污水站信息就近收集、就近处理，再将收集数据通过中心站统一发送。该微控制器已经应用到农村污水处理系统中，设备运行稳定，数据传输可靠，可见其具有广泛的应用价值。

参考文献：

[1] 刘传忠.Zigbee无线通信技术及其应用研究[J].通信设计与应用，2017，16-0086-01.

[2] 程莹.浅谈无线通信Zigbee技术[J].计算机光盘软件与应用，2012，03-0080-02.

[3] 周红俊. ZigBee无线通信技术及其应用探讨[J].通讯世界，2018，03-078.

作者简介：宋文超（1984-），硕士，工程师