基于ZigBee协议的工业无线网关的设计.pdf

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1、基于ZigBee协议的工业无线网关的设计赵淳臣。等基于ZigBee协议的工业无线网关的设计DesignoftheIndustrialWirelessGatewayBasedonZigBeeProtoco赵浮臣互丕∽互凯(上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海200093)摘要：针对无线网关易组网、低功耗、低成本的要求，提出了一种基于ZigBee无线协议的无线网关的设计方法。给出了无线网关的软硬件设计，并通过原型机的可靠运行测试，验证了该方法的可行性。测试结果表明，对比于传统网关功能单一、智能化程度低以及通用性差等缺点，该无线网关使数据包的稳定性更好、功耗更低；同时，M

2、esh网络的支持使网关的智能性大大增强。关键词：无线网关通信协议Mesh网络ZigBeeModbus低功耗中图分类号：TP274+．5文献标志码：AAbstract：Duetotherequirementstothewirelessgateway，suchaseasynetworking，lowpowerconsumptionandlowcost，thedesignmethodofthewirelessgatewaybasedonZigBeewirelessprotocolisproposed．Thesoftwareandhardwaredesignforwireless

3、gatewayisgiven。andthroughthereliableoperationtestofprototype，thefeasibilityofthismethodisverified．Thetestresultshowsthatcomparingwiththetraditionalgatewaythatfeaturessolefunction，lowintelligence，andpoorcommonality-etc．，thewirelessgatewayoffersbetterstabilityforthedatapacketandlowerpowerco

4、nsumption；meanwhile。thesupportofMeshnetworkenhancestheintelligenceofthegatewaygreatly．Keywords：WirelessgatewayCommunicationprotocolMeshnetworkZigBeeModbusIJ0wpowerconsumption0引言某项目对一种新型的无线网关提出了如下要求：易组网、低功耗、低成本等。所以该项目最终采用ZigBee作为该传感系统的无线通信协议。主控制器运用了FreescaleS08，体积小、性能稳定。无线网关和上位机的通信则采用了Modb

5、us协议。该协议简单、运用广、通信稳定，可以快捷地连接上层监控软件或者PLC。大大提高了系统的工作效率。文中给出了无线网关系统的硬件、软件结构设计，并最后通过原型机的可靠运行测试，达到了预先要求的各项指标⋯。1设计综述系统设计整体上由四部分组成：上位机(PLC)、无线网关、无线传感器和空调系统，如图1所示，要实现可靠的数据传输，首先要解决的问题是网络的建立。MCU通过对EM250(协议栈封装芯片)的控制来建立传感网络。此外，由于ZigBee协议支持Mesh网络，因此该网关系统在网关组网和节点入网时均具：有一定的国家自然科学基金资助项目(编号：61074087)；上海市教育

6、委员会科研创新基金资助项目(编号：12ZZl44)。修改稿收到日期：2012-09一06。第一作者赵淳臣(1988一)，男，上海理工大学控制理论与控制工程专业在读硕士研究生：主要从事嵌入式智能仪表的研究。《自动化仪表》第34卷第2期2013年2月智能性⋯。命外界温湿度(给定值)趣臃壅捂传感器工发射器图1室内温湿度闭环控制系统Fig．1Theclosed—loopcontrolsystemforindoortemperatureandhumidity无线网关接收到数据后，有两种处理方式：一是通过MCU内部程序规定，对传感器做一些参数设定或者网络设置：二是将数据包封装成Mod

7、bus包，并传送给上位机或者PLC。上位机采用组态王编写的人机界面读取参数，而PLC可以直接控制如空调、智能门窗等大型设备．实现对室内温湿度或者灯光的调控。2硬件设计网关硬件设计架构如图2所示。从图2可以看出，MCU采用的是FreescaleS08系列单片机。该单片机具有出色的低功耗性能和完备的休眠功能，足以应付产品对数据处理的要求。EM250是一款用来封装ZigBee协议的芯片。由MCU对其迸行数据读写和命令控制。SKY65336—11是一款2．5GHz无线功率放大89基于ZigBee协议的工业无线网关的设计赵淳臣，等一一—