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运用无线传感器网络的智能照明操控体系

   时间:2022-07-04 01:27:36   来源:环球平台app下载

  智能照明操控体系由无线传感器网络、OPC DA服务器和用户界面组成。无线传感器网络选用星型结构,由ATmega16L和nRF905组成网络节点操控LED灯。无线联接PC机中的OPC DA服务器。OPC服务器将设备状况传递给用户界面,并将接纳的操控指令下达给无线无线模块模仿组成一个智能照明操控体系,运转结果标明,体系具有杰出的可扩展性。

  智能照明操控在我国存在极大发展潜力及重要现实意义。本文将无线传感器网络、OPC通讯与照明操控技能相结合,规划一套智能照明操控体系,完成灯具主动操控,进步体系办理水平。

  本文的智能照明操控体系由无线传感器网络、OPC服务器和用户界面三部分组成。

  底层的无线网络选用星型结构,包含一个基站和多个。其间,从站与被控LED灯联接并将灯的状况信息传送给基站。基站经过RS232与PC机相连,将承受的操控指令下达给从站。体系运用ATmega16L单片机和nRF905无线MHz的无线网络节点,两者经过SPI串行口相连。

  上位机中具有专门开发的OPC DA服务器。OPC 服务器与组态软件中开发的用户界面之间选用OPC技能通讯,与无线网络中的基站之间选用RS232串行通讯。OPC服务器担任将用户下达的操控指令传送给无线网络中的基站,并将基站传输的设备状况上传至用户界面显现。

  在组态软件中开发的用户界面能实时精确的显现设备状况,并可完成对LED灯的组合操控、温度操控、PWM操控、守时操控及操作记载等功用。

  无线传感器网络是由一些低功耗、低成本、体积小的传感器节点,以无线通讯方法组成的网络,交融传感器技能、信息处理技能、嵌入式技能和网络通讯技能,完成信息的收集、处理、传输及运用,具有施工成本低、体系扩展性好、运转保护易等长处。本体系的无线网络结构规划如下:

  体系无线网络选用星型结构,有基站和从站两类节点。基站与各从站间进行双向通讯,从站互不通讯。网络中的每个节点都配有ID地址,有接纳、发送两种状况,默许处于接纳状况。

  为防止多个从站一起向基站发送信息导致信道抵触,且照明体系对操控时延性要求不高,所以网络MAC层选用非坚持CSMA/CA协议。通讯前,节点先运用nRF905的载波检测引脚CD监听信道是否闲暇,若空气中有同频信号则CD主动置高。若信道繁忙则节点随机推迟一段时刻后再从头监听。

  信道闲暇时,节点并不当即发送,而是采纳必定的退避机制,将信道抵触的概率降至最小。因为当某从站与基站通讯完毕的瞬间,或许有多个要发送数据的从站一起监听到信道闲暇,此刻信道抵触的或许性最大,所以节点随机退避一段时刻后再进行发送。

  这儿选用二进制指数退避算法BEB,设争用期(即节点宣布数据至接纳到信道抵触的时刻)为2t,各站重传次数为N,从整数调集[0,1,…,(2N-1)]中随机取数,记为R。节点重传发生的时延D为2t的R倍,即D=R×2t。

  站点在发送前若检测到信道闲暇,就当即发动退避计数器,只需信道闲暇,退避计数器就递减,若退避进程中检测到信道被占用则暂停退避计数器并坚持计数器值不变,当信道从头闲暇时在原有计数值根底上再次发动退避计数器,当计数值减到零时节点发送数据。

  CSMA/CA协议只能处理发送端的数据抵触问题,但接纳端仍存在数据抵触的或许,即“躲藏节点”问题。因而体系引进RTS/CTS/DATA/ACK握手机制。详细进程如下:

  ⑴从站向基站发送前先经过竞赛方法取得信道运用权,再向基站发送恳求联接帧RTS(Request To Send)。

  ⑵基站收到从站的RTS帧后,向从站发送联接承认帧CTS(Clear To Send),树立两者之间的通讯联接。

  ⑶从站收到基站的CTS帧后,向基站发送数据帧DATA,若没有收到CTS帧,则从头发送RTS帧。

  ⑸从站收到基站的ACK帧后,整个通讯进程完毕,若没有收到,则从头发送DATA。

  在过失操控方面,体系采纳数据重发机制与nRF905本身CRC校验相结合的方法。从站在发送RTS或DATA后,若在一守时刻内没有收到基站的CTS或ACK,则从头发送传输失利的帧,直到接纳到回复或重发次数到达设定值。

  别的,nRF905供给对CRC校验的硬件支撑,经过设置RF装备寄存器中的CRC_MODE值,采纳8位CRC校验。当接纳的数据CRC校验犯错时,nRF905会主动丢掉过错帧。

  体系有两种数据传输方法:点播和播送。点播是指基站向指定从站发送指令或某一从站向基站传输数据,是点对点通讯。播送是指基站向一切从站发送指令,此刻意图地址为一致值,是点对多点通讯。

  体系有两种帧类型,分别是操控帧RTS、CTS、ACK和数据帧DATA。其间,前导码标明帧的开端;源地址为发送的设备地址;意图地址为接纳的设备地址;帧类别阐明此帧的功用;有用数据是传输的详细内容;完毕码标明此帧的完毕。

  OPC技能是用于进程操控的目标链接与嵌入技能,其以COM/DCOM/COM+技能为根底,选用服务器/客户端方法。本体系针对智能照明操控体系的需求,开发专门的OPC DA服务器,规划如下。

  体系编写完成OPC DA服务器的定制接口,选用E方法,以OPC3.0规范为规范,向下兼容OPC2.0版。体系的OPC目标与接口包含OPC Server、OPC Group和OPC Item三种目标。

  其间,OPC Server和OPC Group为规范COM目标,服务器目标不支撑聚合,支撑联接点机制。组目标支撑聚合、联接点机制。项目标不是规范的COM目标,经过一个类进行描绘,在类中界说项目标的特点和操作方法。

  体系的服务器地址空间由OPC服务器内一切可读写的数据项组成,依据实际情况预先规划,选用树型结构。整个服务器地址空间运用一个自界说的结构体数组进行存储,其结构体成员包含:结点仅有的ID号、结点的姓名、父结点的ID号、左子女结点的ID号和右兄弟结点的ID号。最终,体系经过界说一个类对服务器地址空间进行办理。

  OPC DA服务器经过RS232串行口与无线网络中的基站联接。本体系将与串口通讯有关的API函数封装在一个类中进行办理,并界说一个归于此类的全局变量。经过对此全局变量的读操作,将无线网络基站上传的设备信息写入服务器地址空间及相应的OPC Item中。当OPC服务器接纳到操控指令后,会主动调用串口全局变量的写函数,将指令下发给无线网络中的基站,并由基站将指令传输给详细从站。

  第二个辅助线串口监测,当串口接纳到数据后,会以音讯方法告诉主线程,激起音讯处理函数对数据进行处理,最终将处理好的数据写入服务器地址空间。不同线程间选用临界区方法进行同步。

  本文因为无线网络中的基站会主动将设备最新状况上传至OPC服务器中的服务器地址空间,因而一切操作都直接读取OPC服务器中的内存数据。OPC服务器具有五种写数据方法,其间同步写操作包含:IOPCSyncIO::Write、IOPCSyncIO2::WriteVQT及IOPCItemIO::WriteVQT;异步写操作包含:IOPCAsyncIO3::WriteVQT、IOPCAsyncIO2::Write。当用户下达指令时,OPC服务器经过调用RS232串口写函数,将指令下传给无线网络中的基站。

  本文运用ATmegal6L和nRF905构成无线节点模仿组成一个智能照明操控体系,模仿完成LED灯的组合操控、PWM操控、守时操控等功用。

  最终,体系运用组态王软件开发用户界面。在操作界面上,可实时显现设备状况,对LED灯进行各种操控操作。体系会对各项操作进行历史记载,一起可运用组态王的Web功用运用户能随时随地经过Internet/Intranet完成设备的长途监控。

  本文将无线传感器网络、OPC DA服务器运用于智能照明操控体系中,完成从用户界面到无线终端的全体操控。经验证,体系装置便利、作业安稳、各部分联接杰出,满意操控要求。此外,体系还易于扩展,具有杰出的通用性和必定的可移植性,稍作修正可运用于其他操控范畴。

  本文编自《电气技能》,原文标题为“根据无线传感器网络的智能照明操控体系”,作者为刘璐、周靖林。