基于ZigBee的现场安全温度在线监控系统
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3．4 应用程序的设计
无线传感器网络一般需要解决数据碰撞及网络地址分配等问题，这样才能使整个ZigBee网络稳定工作，数据信息准确传输。特别是以ZC为终点的无线通信，很可能因在同一时间内接收多个ZR或ZED的数据而造成数据丢帧。为了使数据信息准确无丢失地在ZC、ZR和ZED之间相互传输，系统采用了“时间片轮转法”使各ZigBee设备分时发送数据。整个网络中共有11个ZigBee设备，其中ZC除了短暂的发送监控命令外，大部分时间是接收4个ZR转发的LQI值和来自6个ZED的温度采集数据。系统设定1 s为整个网络的工作周期，期间ZC需接收来自ZR和ZED共10个设备的数据来实现温度监控与空间定位的功能。因此，每个ZR或ZED各有100 ms的发送时间，均须在预定的100 ms内完成数据成功发送任务。
网络地址的分配一般以通信便捷和节省字节开销为佳。在温度监控的Star网络中，ZC须同时能够与6个ZED的任意一个或多个进行双向通信；而在空间定位的Mesh网络中，ZC采取主动的广播通信方式向各ZR发送提取LQI命令，随后4个ZR轮流在各自的100 ms内完成发送LQI的工作。针对这种情况，系统采用了以1个char(8位)类型的字节来制定网络中各设备的地址：由于各ZED需可同时工作，故用Bit0～Bit5分别对应ZEDl～ZED6；而4个ZR是轮流在各自100 ms内工作，所以采取Bit6、Bit7两位的组合0O、01、10及11来对应ZRl～ZR4。
3．5 上位机VB程序的设计
系统利用MCl3213的两组SCI接口分别设计了经SP3220E转换的RS-232真实串口和经FT232BL转换的虚拟串口(此时已不是真实意义上的USB接口了)，所以两者都需以RS-232串口通信协议与PC上位机程序进行双向通信。具体实现功能如下：
①时间同步功能。使用Timer控件来给系统运行提供时间刻度，以便记录事件发生的实时时间。在监控软件上，既可选择PC机的时间，也可自主设定起始运行时间。
②空间定位功能。主要是基于定位公式编写程序，使各ZED的空间坐标能够实时地在上位机监控界面上显示。
③温度监控功能。实现ZED的温度信息传送至ZC，被上位机提取与运算并在监控界面上显示；同时，通过监控软件配置各类控制参数，并反向发送给ZED。
④事件发生的信息记录功能。为了保存温度事件发生的现场信息，监控软件利用了CommonDiatog控件将相关信息写入一个txt文件中，并能自主选择tXt保存的目录。本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/157108.htm
4 实验数据分析及总结
为了验证性能及参数指标，选择了一栋58 m×26 m×23．5 m的生产厂房作为实验基地，将4个ZR分别放置在A(55，O，O)、B(0，25，O)、C(O，O，20)及D(O，0，O)从而建立空间坐标系，而将6个ZED移动地分别放在各个车间里进行测试采集数据。
4．1 温度监测
为了验证温度监控的准确性及有效精度，在相应车间内放置了一个精度为O．1℃的工业温度计，测量到的实际温度来作为ZED测温的参考。测量温度和实际温度的比较如表2所列。
由表2可知：温度监控系统误差小、精度高，最大绝对误差为+O．175℃，最大相对误差为O．738％，符合现场安全温度监控的要求。
表2的温度绝对误差都是正数，说明测量温度均偏高。其主要原因是，LM75A是焊接在PCB板上的，芯片要正常工作就需消耗电能，内部产生的热量难以散失；同时，板上元器件布局不合理，使得其他器件产生的热量也传向LM75A，所以实测温度比现场室温偏高。
4．2 空间定位
在监控软件上获得的各ZED坐标位置数据的同时，利用皮尺等工具测量对应的坐标长度作为空问定位的对比。空间定位与实际位置的关系如图6所示。
可见，空间定位的误差较小，最大的定位误差为ZED3的1．1045m，在工程的允许范围内，达到了系统对温度事件的定位目标。利用LQI进行空间定位，从本质上讲是基于能量法的。图5的LQI-d曲线数据是在户外理想状态下测得的，而生产现场环境恶劣，无线通信常受到障碍物影响，因此难免有所误差。另外，由于RF收发天线不是严格意义上的全向，因此在相同距离而位于不同方向时所接收的LQI值也有所差别。
结语
本文设计了基于ZigBee的生产现场安全温度在线监控系统，提出了三要素(温度监测、时间记录及空间定位)全方位设计理念，介绍了系统的硬件、软件及上位机监控程序的设计方法。测试表明，该监控系统具有精度高、功能完善、运行稳定及性价比高等优点，有一定的实用价值。若将本系统的RS-232／USB进一步扩展到GPRS或Internet，并与生产现场总控制室相连，则系统的功能和使用范围都将得到很大的拓宽。
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