| 标题 | 基于Zigbee和GPRS的电梯制动器实时监测系统 |
| 范文 | 程贝贝 姚娅川 张文星 摘要：电梯是人们生活中的一种便捷工具，电梯制动器是电梯的主要安全装置，对电梯制动器进行实时监测非常重要。设计了一种基于Zigbee无线传感器网络和GPRS技术的实时监测系统。该系统通过布置在电梯制动器上的多个传感器节点进行数据采集，通过Zigbee网络传送给中心节点进行存储和处理，使用GPRS无线通信模块将处理好的数据传送给监控中心，达到实时监测的目的。 关键词：电梯制动器；无线传感器网络； Zigbee； GPRS DOIDOI：10.11907/rjdk.151847 中图分类号：TP303 文献标识码：A 文章编号文章编号：16727800（2015）008013802 0 引言 当前，电梯的安全性和可靠性成为社会非常关注的问题，即使电梯控制系统采取了预防和保护措施，但电梯事故还是频频发生。 电梯在运行中如果突然停电或者供电线路发生故障，电梯制动器就会制动电梯停止。因此，电梯制动器的正常运行非常重要。当前，国内还没有预防措施，只有当制动器出现问题后，才进行人工修理，这样就增加了电梯的安全隐患。本文提出了一种通过Zigbee和GPRS技术对电梯制动器进行实时监测的系统[1]，无线传感器节点通过Zigbee无线网络进行数据采集，把采集到的数据传送给中心节点进行处理分析，通过GPRS网络将数据发送给监控中心进行实时监测，以预测电梯制动器的故障并及时排除故障。 1 系统总体设计 电梯制动器监测系统主要由无线传感器采集节点、GPRS网络和监控中心组成。总体设计见图1。 2 系统硬件设计 2.1 传感器终端节点硬件设计 本文的传感器节点采用最简单的星型网络拓扑结构，传感器终端节点是监测系统的重要组成部分，用来监测电梯制动器的振动状态、温度、制动器电机电流以及噪声等状况。该节点主要由4个模块构成：传感器模块、微处理器模块、射频收发模块、电源供给与管理模块。该设计选用了TI公司生产的无线通信模块CC2530作为微处理器模块及射频收发模块，结构设计见图2。 图1 系统总体设计框架 图2 传感器终端节点硬件结设计构 2.1.1 传感器模块 传感器模块主要进行数据采集，当电梯制动器在运行时，对其相关参数因子进行采集，采集到的物理量经过调理电路后进入CC2530模块进行分析处理。本文采用的传感器型号有PT100温度传感器、SAT9200振动传感器、LEMHAS100S电流传感器、CN61M BRZS1噪声传感器。 2.1.2 微处理器和射频收发模块CC2530 CC2530是用于2.4GHzIEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE标准上的。它具有成本低、功耗低、领先的RF性能（选择性和业界标准）等优越性，这些优点增强了8051MCU内核，给传感器节点之间的网络传输带来了很大的便捷性。CC2530能够配备并兼容TI的标准网络，能够完成一般低功耗无线通信，还可以配备专门的网络协议栈使开发变得简化。该芯片的MCU是有优良性能和代码预取功能的8051微控制器内核，它是一种运用在低功耗系统中的芯片，以工作和休眠之间的转换工作方式来确保低能源消耗。 2.2 传感器中心（网关）节点硬件设计 中心节点是数据汇集和融合中心，把多个端节点传输来的数据信息进行汇集，分析处理和存储，然后通过GPRS网络发送给监控中心。传感器中心节点的结构除了射频收发模块和CC2530处理模块外，还需要GPRS模块与远程服务器链接。 本系统GPRS模块采用华为公司EM310GSM的GPRS通信模块。EM310是一款双频兼容型GSM/GPRS通信模块，工作频段为EGSM900/GSM1800，硬件兼容MC55，主要用于远程数据采集、无线POS机、远程测试等领域。 3 系统软件设计 系统软件设计主要有传感器节点软件设计、中心（网关）节点软件设计和监控中心软件设计3部分。传感器节点的主要功能是信息数据的采集和发送；中心节点的主要功能是数据的接收、处理、存储以及GPRS数据发送，另外还要对网络进行配置和管理；监测中心对GPRS发送来的数据进行存储、实时显示和管理。 3.1 传感器节点软件设计 本文的传感器节点软件设计基于TinyOS操作系统，使用NesC语言编程。传感器节点的主要工作分为两步：①入网；②数据的采集和发送。初始化CC2530芯片，然后与中心节点建立连接。网络建立使用App_SendAssociate.Request函数向中心节点发送网络请求，成功后就进入工作的第②步。节点进入低功耗模式，进行睡眠/唤醒交换的工作模式，传感器在采集和分析数据两个周期之间工作，进行数据的采集和分析。采集数据完毕后，对需要上传的数据经过ZigBee无线网络进行数据的打包传送，流程见图3。 3.2 中心节点软件设计 中心节点是本系统的重要组成部分。初始化CC2530协议栈，相关设备实施参数配置等工作后，中心节点多次扫描空信道，直到找到空信道，建立网络成功。网络建立成功后接收数据，而后将数据处理，在SD上存储，数据打包并发送给GPRS模块。软件流程见图4。 图3 传感器节点软件流程 图4 中心节点软件流程 中心节点选用Unix作为嵌入式系统，系统结构分为两部分：操作系统内核（最贴近硬件）、系统外壳（贴近用户）。外壳由Shell解释程序，支持程序设计的各种语言。 3.3 监控中心软件设计 监控中心上位程序设计采用C语言开发，对GPRS传送来的数据信息进行接收、处理、存储并显示。监控中心对采集来的电梯制动器相关参数进行分析处理，将处理好的有效信息以曲线图和数据表的形式显示。 4 结语 本系统可以有效解决电梯安全性和可靠性问题，对电梯安全运行最核心部件——电梯制动器进行实时监测，能有效降低电梯事故率，保证人员安全。基于Zigbee无线传感器网络和GPRS技术的系统设计，体现了实时监测这一优势。 参考文献： [1] 王洁，张连凯.基于无线网络的电梯运行状态监测系统设计[J].传感器世界，2012，18（6）：3134. [2] SLIJEPEEVIE S，POTKONJAK.Power efficient organization of wireless sensor networks，communications[C].Proceedings of IEEE CPMT Electronic Packaging Technology Conf.New York，USA，2001：472476. [3] 纪阳，张平.无线传感器网络节点自定位技术[J].中兴通讯技术，2005，16（4）：5156. [4] F AKYILDIZ，W SU Y.A survey，computer networks[J].IEEE Sensors Journal， 2002，38（4）：393422. [5] 华为有限公司.EM310使用说明书[Z].华为GPRS模块技术，2010：14. [6] 原羿，苏鸿根.基于Zigbee技术的无线传感器网络应用研究[J].计算机应用与软件，2004，21（6）：3640. （责任编辑：杜能钢） |
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