基于6LoWPAN和WiFi的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究.pdf

1、工業(yè)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)能為監(jiān)管人員提供反映生產(chǎn)狀況的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)有線式監(jiān)控系統(tǒng)需要鋪設(shè)線路，維護(hù)與升級(jí)成本高。傳統(tǒng)無(wú)線式監(jiān)控系統(tǒng)基本解決了上述問(wèn)題，但也存在著網(wǎng)絡(luò)連接過(guò)程繁瑣，通用性差和難以兼顧性能與功耗等缺點(diǎn)。針對(duì)上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)的6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)和WiFi網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)，能在克服傳統(tǒng)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)問(wèn)題的同時(shí)，完成對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的煙霧、液位、溫度、壓力和流量等數(shù)據(jù)的監(jiān)控，為監(jiān)管人員提供實(shí)時(shí)可靠的信

2、息。
　　本文以堿回收燃燒工段數(shù)據(jù)監(jiān)控為研究背景，根據(jù)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的需求分析，在監(jiān)控系統(tǒng)的方案制定、軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)際應(yīng)用等方面做了以下研究工作。
　　(1)基于6LoWPAN和WiFi相結(jié)合的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
　　根據(jù)工業(yè)監(jiān)控的實(shí)際要求，選用低功耗的處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以通用性強(qiáng)的6LoWPAN網(wǎng)絡(luò)和WiFi網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。6LoWPAN節(jié)點(diǎn)和WiFi節(jié)點(diǎn)分別通過(guò)邊界路由器和無(wú)線路由器與上位機(jī)

3、或云服務(wù)器進(jìn)行雙向通信。對(duì)于6LoWPAN節(jié)點(diǎn)，選擇占用內(nèi)存少、方便移植的Contiki作為其運(yùn)行環(huán)境，并以組網(wǎng)速度快的RPL協(xié)議作為其組網(wǎng)協(xié)議。對(duì)于WiFi節(jié)點(diǎn)，選用輕量級(jí)的FreeRTOS作為其運(yùn)行環(huán)境，并以組網(wǎng)方便的AirKiss協(xié)議作為其組網(wǎng)協(xié)議，在此基礎(chǔ)上最后確定了整個(gè)系統(tǒng)的方案。
　　(2)基于6LoWPAN和WiFi的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
　　針對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)裙δ?，完成?LoWPAN節(jié)點(diǎn)、邊界

4、路由器和WiFi節(jié)點(diǎn)的硬件電路的設(shè)計(jì)，選用CC2530作為6LoWPAN節(jié)點(diǎn)和邊界路由器的主控單元。WiFi節(jié)點(diǎn)采用芯片ESP8266為控制器。各節(jié)點(diǎn)外擴(kuò)了模擬量和數(shù)字量的采集接口，邊界路由器擴(kuò)展了無(wú)線和有線的通信接口和調(diào)試接口。
　　(3)基于6LoWPAN和WiFi的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
　　為了實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸?shù)墓δ埽謩e在Contiki和FreeRTOS下，設(shè)計(jì)了6LoWPAN節(jié)點(diǎn)和WiFi節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)

5、初始化程序、組網(wǎng)程序、底層驅(qū)動(dòng)程序、數(shù)據(jù)采集和處理程序、線程或任務(wù)的調(diào)度程序，數(shù)據(jù)傳輸與處理程序。在6LoWPAN節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)通信中，實(shí)現(xiàn)了邊界路由器的雙向NAT64轉(zhuǎn)換。分析了PyQt上位機(jī)的設(shè)計(jì)流程與要點(diǎn)，在上位機(jī)后臺(tái)搭建了UDP服務(wù)器，上位機(jī)可在局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)內(nèi)對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并輸出到監(jiān)控主界面，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。
　　(4)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)在堿回收燃燒工段中的應(yīng)用
　　根據(jù)堿回收燃燒工段的監(jiān)控需求及各參數(shù)變化的實(shí)際

6、情況，選取了相應(yīng)的傳感器，設(shè)計(jì)了由10個(gè)6LoWPAN節(jié)點(diǎn)和14個(gè)WiFi節(jié)點(diǎn)組成的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)。在系統(tǒng)投運(yùn)前，對(duì)6LoWPAN和WiFi節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集功能，各節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)的雙向通信等功能進(jìn)行了測(cè)試。除此之外還設(shè)計(jì)了基于PyQt的監(jiān)控軟件，通過(guò)與本地傳感器所測(cè)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了本數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。上位機(jī)除了能自動(dòng)顯示各節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)之外，也能查看歷史數(shù)據(jù)。最后對(duì)在系統(tǒng)測(cè)試與應(yīng)用過(guò)程中遇到的問(wèn)題進(jìn)行了分析和總結(jié)。
　　使用低