一种基于ZigBee的分布式数据采集系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于ZigBee的分布式数据采集系统，其特征是基于ZigBee的分布式数据采集系统包括一个汇集节点和多个数据采集节点，节点分散布置于监测点，数据采集节点可实现模拟量和开关量的采集，所有节点之间通过多跳的方式进行数据传输，并通过ZigBee无线传感器网络将数据上传至汇集节点。
【专利说明】一种基于ZigBee的分布式数据采集系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种数据采集系统，具体为一种基于ZigBee的分布式数据采集系统。
【背景技术】
[0002]数据采集是对一个或多个信号获取对象信息的过程，数据采集系统可实现实验室或现场实时数据采集、自动存储记录、信号预处理、即时显示、即时状态分析、自动传输等功能。目前常用的数据采集系统可分为有线方式和无线方式。有线的数据采集系统需要事先人工布线进行各个节点连接，而随着生产力技术的发展，工业生产中的生产设备分布越来越分散，分布的地域也越来越广，对处于高温和高压等恶劣环境下的设备进行现场数据采集和维护是比较困难和危险的，需要投入大量的人力成本和财力资源，这些状况在很大程度上制约着企业的发展和生产效益的提高。
[0003]无线数据采集是利用无线数据采集模块或设备，将工业现场的传感器输出的电压、电流等物理量进行实时采集和处理。对于基于无线传感器网络技术ZigBee的数据采集系统，它采用了无线传输方式来构建相应的无线传感器网络，它是一种低功耗无线自组织网络，对于网络节点采用电池供电，可持续工作半年至一年之久，甚至更长时间；并且节点之间可以实现自组网功能，网络节点可随时加入或退出网络，并不影响其它节点工作。基于ZigBee分布式的数据采集系统非常适用于工业现场的分布式数据采集，能够较好地解决有线方式存在的问题。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的是提供一种基于ZigBee的分布式数据采集系统，节点分散布置于监测点，数据采集节点可实现模拟量和开关量的采集，所有节点之间通过多跳的方式进行数据传输，并通过ZigBee无线传感器网络将数据上传至汇集节点。
[0005]为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为:
[0006]基于ZigBee的分布式数据采集系统包括一个汇集节点和N个数据采集节点，N的范围为8到1024，数据采集节点分散布置于监测点，数据采集节点通过电压调理电路采集电压信号，并通过A/D转换器将电压模拟信号转换为数字信号，通过开关量隔离电路采集外部开关量，然后通过ZigBee无线传感器网络将数据上传至汇集节点。
[0007]所述的基于ZigBee的分布式数据采集系统，其特征在于:所述ZigBee无线传感器网络采用CC2530芯片构建。
[0008]所述的基于ZigBee的分布式数据采集系统，其特征在于:所述电压调理电路由集成运算放大器构成，输入电压为O?5V，输出电压为O?2.5V。
[0009]所述的基于ZigBee的分布式数据采集系统，其特征在于:所述A/D转换器采用CC2530芯片内部集成A/D转换器。
[0010]所述的基于ZigBee的分布式数据采集系统，其特征在于:所述开关量隔离电路采用光耦隔离实现。
[0011]与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在:
[0012]本实用新型采用基于ZigBee无线传感器网络实现的分布式数据采集系统，相比有线网络，基于ZigBee的分布式数据采集系统为低功耗网络，可用电池长期供电，每个数据采集节点安放位置更加灵活，无需预先布线。相比与传统轮询机制的通信方式，基于ZigBee的分布式数据采集系统每个数据采集节点可随时加入或退出网络，系统可自组网实现数据传输，且节点可通过多跳的方式进行数据传输，网络覆盖范围更大。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型的基于ZigBee的采集节点网络结构图。
[0014]图2为本实用新型的数据采集节点电路结构图。
[0015]图3为本实用新型的数据采集节点电压调理电路。
[0016]图4为本实用新型的数据采集节点光耦隔离电路。
【具体实施方式】
[0017]本实施例网络结构图如图1所示，数据采集节点电路结构如图2所示，基于ZigBee的分布式数据采集系统包括一个汇集节点I和N个数据采集节点2，N的范围为8到1024。数据采集节点2由控制模块3，电压调理电路4和光耦隔离电路5构成。数据采集节点2通过电压调理电路4将外部输入电压变换为适合A/D采样的电压范围，并通过控制模块3内部的A/D转换器将模拟电压信号转换为数字信号，通过光耦隔离电路5进行外部输入的开关量信号进行光电隔离，并通过控制模块3内部的I/O端口采集外部开关量。然后数据采集节点通过ZigBee无线传感器网络将数据上传至汇集节点。ZigBee无线传感器网络采用CC2530芯片构建，所有节点之间采用ZigBee协议通过多跳的方式进行数据传输，未进行数据采集或传输时，节点处于休眠状态以降低功耗。汇聚节点负责接收所有节点上传的数据，汇集节点可将接收到的数据通过CC2530的串口与上位机进行通信，可将数据上传到上位机。
[0018]所述控制模块3 采用 CC2530 构成，CC2530 是用于 2.4GHz、IEEE 802.15.4,ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上系统解决方案，它结合了德州仪器的业界领先的黄金单元ZigBee协议栈，提供了一个强大和完整的ZigBee解决方案，它能够以非常低的材料成本建立强大的网络节点。CC2530内部集成了 RF射频单元，业界标准的增强型8051CPU，具有8路输入和可配置分辨率的12位A/D转换器。在内部CPU的控制下，通过内部A/D可实现最多8路的外部模拟量采集，通过I/O接口可实现外部开关量采集，通过RF射频单元可将数据采用ZigBee协议上传至汇聚节点。
[0019]本实施例数据采集节点电压调理电路3如图3所示，电路由集成运算放大器TL082、电阻和电容组成一个同向比例运算放大电路，将O?5V输入电压变换为O?2.5V，然后送入CC2530的A/D输入端口进行模数转换。
[0020]本实施例数据采集节点光耦隔离电路4如图4所示，为了防止避免外部输入的脉冲电压击穿CC2530的I/O端口，系统采用光耦器件6N137进行信号的光电隔离，同时提高系统的可靠性。
【权利要求】
1.一种基于ZigBee的分布式数据采集系统，其特征在于:基于ZigBee的分布式数据采集系统包括一个汇集节点和N个数据采集节点，N的范围为8到1024，数据采集节点分散布置于监测点，数据采集节点通过电压调理电路采集电压信号，并通过A/D转换器将电压模拟信号转换为数字信号，通过开关量隔离电路采集外部开关量，然后通过ZigBee无线传感器网络将数据上传至汇集节点。
2.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee的分布式数据采集系统，其特征在于:所述ZigBee无线传感器网络采用CC2530芯片构建。
3.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee的分布式数据采集系统，其特征在于:所述电压调理电路由集成运算放大器构成，输入电压为0?5V，输出电压为O?2.5V。
4.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee的分布式数据采集系统，其特征在于:所述开关量隔离电路采用光耦隔离实现。
【文档编号】H04L29/08GK204206231SQ201420736516
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】曲立国, 肖宏德, 孙山, 时永远, 宋得名, 梁玉甜 申请人:安徽理工大学