基于ZigBee技術(shù)的油田示功參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控中心程序負責(zé)對整個網(wǎng)絡(luò)的管理與控制，包括無線傳感器節(jié)點的MCU、RF收發(fā)、數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)檢測、數(shù)據(jù)處理、以及對連接到節(jié)點的設(shè)備的控制(主程序如圖7所示)；ZigBee無線通信模塊程序負責(zé)數(shù)據(jù)無線收發(fā)，包括RF和基帶兩部分，前者提供數(shù)據(jù)通信的空中接口，后者提供鏈路的物理信道和數(shù)據(jù)分組；ZigBee路由器及協(xié)調(diào)器通信程序負責(zé)鏈路管理與控制，執(zhí)行基帶通信協(xié)議和相關(guān)處理過程，包括建立鏈接、頻率選擇、鏈路類型支持、媒體接入控制、功率模式和安全算法等。采集終端程序及協(xié)調(diào)器程序分別如圖8、9所示。

軟件設(shè)計分?jǐn)?shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)信息傳遞和監(jiān)控中心三個層次，其運行于數(shù)據(jù)采集和信息傳遞之間的程序采用C++Builder6．0或匯編語言實現(xiàn)控制程序語言編寫，經(jīng)過ARM編譯系統(tǒng)生成執(zhí)行程序。監(jiān)控中心軟件由Vi sualBasic6．0開發(fā)，數(shù)據(jù)采用SQLServer數(shù)據(jù)庫存儲。IEEE802．15．4／ZigBee開發(fā)系統(tǒng)采用無線谷C51RF-3-ZMD2。軟件采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計，便于完善和維護，同時做到界面美觀，操作簡便。

6 系統(tǒng)低功耗設(shè)計
在ZigBee的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中，只有考慮到MCU的功耗問題，才能真正做到節(jié)能降耗，ZigBee低功耗特點才能凸顯出來。CC2420在睡眠模式，發(fā)射功率只有10mW。發(fā)射模式下電流消耗為17mA，接收模式下為15mA，睡眠模式下為0．7 μ A。其設(shè)備可大多時間進入睡眠狀態(tài)，周期性醒來。睡眠模式下，收發(fā)電路關(guān)閉，極大限度減少功耗，醒來時通過檢查信道，與協(xié)調(diào)器同步，發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。ARM芯片支持兩種節(jié)電模式：空閑模式和掉電模式。掉電模式，振蕩器關(guān)閉，處理器狀態(tài)和寄存器、外設(shè)存器及內(nèi)部SRAM值被保持。復(fù)位或特定的不需要時鐘仍能工作的中斷，可終止掉電模式并使芯片恢復(fù)正常運行。
本文通過軟件控制，ARM芯片與CC2420間歇性地工作在接收狀態(tài)。不接收數(shù)據(jù)時，芯片CC2420處于睡眠模式，ARM芯片處于掉電模式(功耗幾乎為零)，可大大減少系統(tǒng)的功耗。MCU通過外部中斷(CC2420的32kHz晶振的休眠模式定時器產(chǎn)生的外部中斷EINT3，15引腳)退出掉電模式，繼續(xù)工作。從而延長電池壽命，達到節(jié)能目的。

7 結(jié)束語
ZigBee技術(shù)是一種結(jié)構(gòu)簡單、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本、高可靠性的雙向微功率網(wǎng)格式無線接入技術(shù)。集成了計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)、無線寬帶通信技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)等諸多學(xué)科的技術(shù)。ZigBee技術(shù)與ARM技術(shù)結(jié)合使用，實現(xiàn)了油田信號傳輸?shù)臒o線化，頻譜利用高效化，生產(chǎn)信息化。在當(dāng)今頻譜資源日益緊張，組網(wǎng)成本居高不下的情況下，深入研究ZigBee WSN具有深遠的意義。