专利名称：基于ZigBee无线通讯技术的无线信号采集终端的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无线信号采集终端，特别涉及一种基于ZigBee无线通讯 技术的无线信号采集终端。
背景技术：
工业领域数据信号包括压力、温度、流量、物位等信号，传统的数据采 集都通过信号电缆进行传送，铺设电缆牵涉电缆沟、电缆桥架，这样不仅电 缆、桥架等成本必须考虑，而且由此带来的人工费用和日后的维护费用都必 须考虑。有些场合电缆难以铺设，对于补充安装的传感器信号进行采集，则 必须重新挖开电缆沟铺设电缆，成本明显上升。
发明内容
本发明是针对现有在通过电缆传输数据采集信号成本高，维护困难的问 题，提出了一种基于ZigBee无线通讯技术的无线信号采集终端，利用电磁波 在空气中发送和接收数据，而无需线缆介质，从而避免了有线系统在安装成 本高，维护成本高，价格不断上升，接插件的故障率高，査找接插件的故障 困难等方面的限制，提供了成本、灵活性和使用方便等竞争优势。
本发明的技术方案为 一种基于ZigBee无线通讯技术的无线信号采集终 端，包括信号采集部分、信号处理部分和供电部分，还包括无线部分，信号 采集部分通过IV变换电路或0-5VDC降压电路实现信号的采集；采集到的信 号到信号处理部分通过AD转换芯片对信号进行处理并转换成数字信号，无 线部分接收到处理后的数字信号将信号打包通过ZigBee无线方式发送至网 关，供电部分分别给信号采集部分、信号处理部分、无线部分提供所需电源。所述信号处理部分使用CC2430芯片，对采集信号进行滤波处理和AD转 换，最终转换成工程量数值。
本发明的有益效果在于本发明基于ZigBee无线通讯技术的无线信号采 集终端具有传统数据采集终端的的优点，而且不存在布线问题，而且功耗低， 数据通讯安全可靠，具有良好的开放性。由于在软件涉及上具有Modbus通讯 协议功能，因而无线数据采集终端能与现有的Modbus总线系统有机结合，极 大的降低了工业现场的新增设备和改造设备的成本，增强了系统的稳定性和 通用性；由于本基于ZigBee无线通讯技术的无线信号采集终端是基于ZigBee 无线技术的，而ZigBee无线传输技术，是真正具备低成本、低功耗、高可靠 性、组网方便简捷的综合优势的。
图1本发明基于ZigBee无线通讯技术的无线信号采集终端原理框图2本发明基于ZigBee无线通讯技术的无线信号采集终端使用CC2430芯片
的实例原理框图3本发明基于ZigBee无线通讯技术的无线信号采集终端4~20mA处理IV 变换电路原理图4本发明基于ZigBee无线通讯技术的无线信号采集终端0~5VDC信号处理 电路原理图5本发明基于ZigBee无线通讯技术的无线信号采集终端4 20mA/0~5V信
号采集处理流程框图。
具体实施例方式
基于ZigBee无线通讯技术的无线信号采集终端分硬件设计部分和软件部分。
1、 硬件设计部分见图l和图2:
(1) 图l为硬件原理框图，由信号采集部分、信号处理部分、无线部分 和供电部分。信号采集部分通过IV变换电路或0-5VDC降压电路实现信号的 采集；采集到的信号到信号处理部分通过AD转换芯片对信号进行处理并转 换成数字信号，无线部分接收到处理后的数字信号将信号打包通过无线发式 发送至网关。供电部分分别给信号采集部分、信号处理部分、无线部分提供 所需电源。
(2) 图2为以使用CC2430芯片的实例硬件原理图。CC2430集成了 MCU、 RF、 AD转换功能，使用该芯片能减小电路复杂性和电路面积。输入 电路将输入的4~20mA/0~5V信号转换成0-1.25V信号，再由CC2430芯片进 行滤波处理和AD转换，最终转换成400-2000工程量数值。数据送入发射部 分发送，LED指示灯显示数据正在传输，电源部分将输入的5VDC电压转换 为3.3V电压，为处理CC2430芯片提供所需的等级电压。
(3) 对于输入信号的处理的前端电路包含为4~20mA信号采集设计的IV 电路和为0 5VDC设计的信号处理电路，两个电路通过跳线来实现使能工作。 由图3可以看出在模拟量信号的输入端AO、 BO跨接一个IOOQ的精密电阻 R3，该电阻将4~20mA的电流信号转化为0.4~2V的电压信号，通过输出端 ADO通过排线直接接入到AD转换芯片中；由图4可以看出在模拟量信号的 输入端Al、 Bl跨接一个100K的精密电阻R3并串接一个100K的精密电阻 R4，根据比对2.5VDC基准电压，将电压值接入到AD转换芯片中。
2、 软件部分ZigBee协议栈采用任务处理机制，当MCU启动后，完成一系列初始化 工作后，就处于等待任务处理状态，不同的任务有不同的优先级别。开发者 只需把自行开发的应用作为一个任务添加在任务列表中，本发明的主要任务 是4~20mA/0~5V信号进行处理。MCU启动后的一系列初始化工作中包括从 EEROM内读取保存的参数，参数中包括该终端对应的MODBUS节点寄存器 地址。
(1) 4~20mA/0~5V信号处理部分 模拟量转换部分比较复杂，现场信号的采样与其他功能是异步操作。因
此，三路模拟信号不断进行采样和转换。同时，为了加快采样速度，减少采 样保持器的延时，程序安排在本通道滤波算法之前就进行下一个通道的变换。 采样后的采样值进行物理量的转换，把O-1024的采样值转换成400 2000工程量 数值。根据用户需求，电流值精确到小数点后一位既可以满足精度要求，为 了操作方便，数据采用定点数方式存放。针对片内ADC线性度较差的特点， 物理量转换过程釆用4段直线拟合。因此，标定时采用5点(0%， 25%， 50%, 75。/。，100。/c))标定以提供足够的参考采样值供转换用。标定数据存于EEPROM， 框图如图5所示。
(2) 无线传输部分 ZigBee无线传输部分模块主要实现数据通过ZigBee无线方式进行传输，这
一部分无线协议栈可以提供API函数方便开发人员调用。这一部分的主要任务 是采用合理的配置和定义，保证ZigBee传输的稳定和可靠以满足实际工业领 域的需要。
工作过程无线数据采集终端上电后，首先寻找加入ZigBee网络。同时对3路输入的信号进行采集发送至无线路由或无线协调器。使用该终端前， 需首先根据该终端输入信号类型设定跳线，确定是输入4~20mA信号还是 0 5V信号，然后该终端上电，通过参数设定软件，设定MODBUS节点寄存 器地址、采集信号发放周期等参数。该无线数据采集终端安装到现场上电后， 首先寻找网关加入ZigBee网络，然后根据用户设定周期采集，完成对3路输 入信号的采集发送至路由器或网关工作。
权利要求
1、一种基于ZigBee无线通讯技术的无线信号采集终端，包括信号采集部分、信号处理部分和供电部分，其特征在于，还包括无线部分，信号采集部分通过IV变换电路或0～5VDC降压电路实现信号的采集；采集到的信号到信号处理部分通过AD转换芯片对信号进行处理并转换成数字信号，无线部分接收到处理后的数字信号将信号打包通过ZigBee无线方式发送至网关，供电部分分别给信号采集部分、信号处理部分、无线部分提供所需电源。
2、 根据权利要求1所述基于ZigBee无线通讯技术的无线信号采集终端，其 特征在于，所述信号处理部分使用CC2430芯片，对采集信号进行滤波处理和 AD转换，最终转换成工程量数值。
全文摘要
本发明涉及一种基于ZigBee无线通讯技术的无线信号采集终端，采集信号通过处理后信号打包通过ZigBee无线方式发送至网关，此无线信号采集终端具有传统数据采集终端的优点，而且不存在布线问题，而且功耗低，数据通讯安全可靠，具有良好的开放性，是真正具备低成本、低功耗、高可靠性、组网方便简捷的综合优势。
文档编号G08C17/02GK101447121SQ20081020815
公开日2009年6月3日 申请日期2008年12月30日 优先权日2008年12月30日
发明者刘路明, 芸 左, 凯 王, 郑丽国, 黄冠宇 申请人:上海工业自动化仪表研究所