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    衡器在物聯網技術中的創新應用

    2020-09-17 09:03:18

    衡器在物聯網技術中的創新應用

    侯李軍 西南交通大學電氣工程學院, 成都 610031

    摘要本文基于當今科技發展過程出現的 Wifi,路由器,Zigbee 模塊,個人電腦等物 聯網產品作為基礎,探討了衡器技術與無線通信、嵌入式系統綜合處理、信息融合等技 術在構建綜合測量控制平臺的技術可行性。

    關鍵字:物聯網、無線通信、嵌入式系統、信息融合、技術可行性

    1 引言 伴隨著 Wifi,路由器等各種通訊技術和互聯網技術的飛速發展,物聯網技術成為當 今技術領域發展最為迅速的領域。物聯網技術"的核心和基礎仍然是"互聯網技術",該 技術是在互聯網技術基礎上的延伸和擴展的一種新型網絡技術;其用戶端已經延伸和擴 展到了物品和物品之間的信息交換和通訊。 傳統衡器產品往往只作為度量器件在日常生活中的方方面面使用,普通衡器測量精 度已經達到了非常高的地步,足夠滿足人們的日常生活需要。而將各種衡器通過無線通 訊設備相互交換信息,構建統一的綜合測量平臺卻是在當今技術中所欠缺的。本文著眼 于物聯網等新技術,通過結合傳統衡器產品,力圖構建一個合理、實用、人性化的衡器 綜合測量平臺。

    2 總體方案 本文所提出的衡器綜合測量平臺是以傳統的稱重技術為基礎,多個衡器通過無線通 訊模塊進行數據信息的傳輸,最后將信息進行綜合處理,通過終端電腦對收到的數據信 息進行顯示和控制。該衡器綜合測量平臺結合了互聯網技術、物聯網技術、無線傳輸技 術于一體,具有多任務量,多功能,信息融合于一體的強大功能。方案設計中電子秤是 數據采集平臺,無線終端節點部分是數據處理和發送部分,無線協調器是數據接收和整 合部分,PC 機為數據顯示、狀態檢測以及控制實現部分。其工作原理圖如圖 1 所示。

    2 圖 1 綜合稱重平臺工作原理圖 該綜合測量平臺具有以下幾大功能:

    (1)同時對多個物體進行計重

    (2)串口通訊功能[1]

    (3)無線傳輸功能

    (4)數據顯示功能

    (5)故障檢測和報警功能

    (6)電腦終端對衡器的控制功能 3 方案設計

    3.1 電子秤部分 現在很多電子秤都留有串口,具有串口通訊功能;在沒有串口的電子秤上則只能通 過改造內部電路實現電子秤數據的采集和傳輸[2]。

    3.2 無線傳輸終端節點部分 該部分主要作用是將電子秤傳輸的數據進行整合處理,通過無線傳輸模塊發送到無 線傳輸協調器部分。在無線傳輸過程中,可以選擇的無線傳輸模塊包括藍牙、WIFI、GPRS、 Zigbee 等無線傳輸模塊。

    3 表 1:四類無線傳輸模塊參數比較表 名稱 范圍(米) 速率(bps) 功耗 成本 WIFI 10-30 11M-600M 100mW 較高 藍牙 10 1M 1-100 mW 一般 GPRS 10 400M 10Uw-50mW 較低 Zigbee 10 250K 1-3 mW 低 這些無線傳輸模塊均具有功耗小,成本低,易于實現的優點。

    在無線傳輸終端節點部分,需要構建一個能夠處理電子秤傳入信息的嵌入式系統[3], 該系統能夠對傳入數據信息進行轉換為相應格式傳輸到無線模塊進行無線傳輸。

    3.3 無線傳輸協調器部分 該部分為數據傳輸接收部分,能夠對遠程傳遞的信息進行接收和整合,以 Zigbee 為例,該無線傳輸模塊以 IEEE802.15.4 標準作為基礎,利用協議的 MAC 和 PHY 兩層 更進一步的設立了 ZigBee 堆棧(Stack)。我們接觸到的 ZigBee 設備則應包括 IEEE802.15.4 的 PHY、MAC 層和 ZigBee 堆棧層(Stack),具體劃分出來有:網絡層(NWK)、 應用支援子層(APS)、應用程式框架(AF)、安全服務提供層(Security Service Provider)、 ZigBee 裝置元件(ZDO)和制造商所定義的應用物件(Application Objects)。 ZigBee 網絡層主要負責控制上層網絡的行為,包括初始化并建立新的路由,路由 資料封包至目的地、配發網絡地址給新加入的網絡設備,并負責尋找、記錄以及維護資 料傳遞路徑,另外也負責發現并記錄臨近或是相關網絡設備的咨詢。Zigbee 工作流程如 圖 2 所示。

    應用設備1 公共借口 Zigbee設備對象 (ZDO) APS安全管理 反射器管理 端點1APSDE- SAP 端點0APSDE- SAP 安全 APS消息中轉 服務 供應 商 NWK安全 管理 網絡管 理 NWK消息 中轉 路由管理 NLDE-SAP 媒體介質訪問層(MAC) MLDE-SAP MLME-SAP 物理層(PHY) PD-SAP PLME-SAP 2.4GHz 868/915 MHz ZDO管 理面 NLM 板 E-SAP APSME- SAP 圖 2 Zigbee 模塊工作流程 4 總之,無線傳輸協調器部分的功能作用主要是接收無線傳輸終端節點發來的數據信 息,進行信息整合后向上位機上傳。

    3.4 顯示、監測、控制部分 電子秤傳輸的數據信息都需要在電腦終端顯示,這些信息除了重量信息之外,還可 以顯示電子秤的方位、工作狀態、故障檢測等信息。衡器綜合測量平臺的一大優點是能 夠對衡器進行故障檢測,并提示操作人員電子秤的工作狀態[4]。 該部分主要完成三大功能:

    1、 數據顯示功能。主要顯示的數據包括多個衡器的計量數值。

    2、 衡器工作狀態檢測功能。包括對衡器工作電壓、輸出數值對比等功能。

    3、 電腦終端向衡器發送相應指令的功能??梢韵蚝馄靼l送開關指令,輸入數據, 發出執行指令等功能。

    4 結論 綜上所述,無線傳輸技術、串口通訊技術以及互聯網技術的綜合應用,對于發展綜 合測量技術,擴展衡器相應功能,提高衡器測量品質具有非?,F實的意義[5,6]。

    本文設計 的衡器綜合測量平臺雖然沒有在現實生活中得到應用,但是該平臺構建的技術條件已然 形成,未來利用物聯網技術構建綜合衡器測量平臺,形成強大綜合測量功能必將成為未 來衡器技術發展的大趨勢。

    參考文獻 [1]馬明建,等。數據采集與處理技術[M],西安:西安交通大學出版社,2000 [2] 劉艷玲,采用 MAX232 實現 MCS-51 單片機與 PC 機的通信,天津理工學院學報 [J],2008,4(2):22-27 [3] 陸伯勤,電子稱重技術和自動稱重系統的進展.自動化博覽[J],2009(1):1-6 [4]張軍英,自動稱重系統的研究,基于 Zigbee 技術的電子稱重系統的設計[D].哈 爾濱理工大學:34-35 [5]陳志奎,李良.基于 Zigbee 的智能家庭醫保系統[J],計算機研究與發展,2010,38 (10):32-36 [6]江朝暉,周博.基于 Zigbee 的農業通用無線監測系統設計[J].安徽農業科學。 2010,112(06):3149-3151 5 作者簡介:侯李軍(1991 年 9 月 26 日),男(漢),籍貫(山西省忻州市代縣), 學位(碩士研究生),研究方向(物聯網技術),項目經歷(基于 GRPS 的遠程稱重 系統) E-mail: houlijun@my.swjtu.edu.cn

    文章來源:中國衡器網——作者:侯李軍 發表日期:2016年4月


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