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基于 Zigbee 技術(shù)的地磅砝碼檢定系統(tǒng)設(shè)計(jì)

時(shí)間:2017-04-15 03:02:42   點(diǎn)擊數(shù):

基于 Zigbee 技術(shù)的地磅砝碼檢定系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)了一種基于 Zigbee 地磅砝碼檢定系統(tǒng),包括無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、砝碼檢定數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算及數(shù)據(jù)庫(kù)等,實(shí)現(xiàn)了砝碼檢定數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸自動(dòng)處理及存貯功能。解決了地磅砝碼在檢定校準(zhǔn)工作中存在人工記錄砝碼檢定數(shù)據(jù)或采用多臺(tái)衡量?jī)x器需配備多臺(tái) PC 機(jī)連接串口處理數(shù)據(jù)效率低下等問(wèn)題。

1.引言

 

地磅砝碼計(jì)量在質(zhì)量量值傳遞中占有極其重要的地位,其檢定結(jié)果的正確與否直接關(guān)系到質(zhì)量乃至力學(xué)測(cè)量的各個(gè)領(lǐng)域而在我國(guó)的計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)中,大多仍是由檢定員對(duì)著多臺(tái)電子天平或質(zhì)量比較儀等衡量?jī)x器手工記錄檢定數(shù)據(jù),不僅效率低下,而且容易在工作強(qiáng)度高的情況下出現(xiàn)差錯(cuò),從而影響工作質(zhì)量衡器儀器的使用因受量程的限制,如檢定 F1 等級(jí)的砝碼,從常用的 1mg  20kg 的測(cè)量范圍,至少需配備 5  6 臺(tái)衡量?jī)x器,而利用無(wú)線技術(shù)通過(guò)每臺(tái)衡量?jī)x器的 S232 接口連接檢定系統(tǒng)是一個(gè)優(yōu)化選擇方案,在檢定效率和工作質(zhì)量上都會(huì)有所提高。

 

國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)基于藍(lán)牙技術(shù)的砝碼檢定系統(tǒng),但藍(lán)牙的傳輸效率及抗干擾能力在復(fù)雜條件下不甚理想,相比藍(lán)牙、GPS 等其他無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式,基于 Zigbee 的無(wú)線傳輸平臺(tái)具有穩(wěn)定性好、成本低協(xié)議簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、功耗低等優(yōu)點(diǎn)本文設(shè)計(jì)了一種基于 Zigbee 的砝碼檢定系統(tǒng),可以將多臺(tái)電子天平或質(zhì)量比較儀等衡量?jī)x器組成無(wú)線網(wǎng)絡(luò),完成砝碼的檢定校準(zhǔn)工作。

 

2.系統(tǒng)工作原理及結(jié)構(gòu)

 系統(tǒng)1.jpg

如圖 1 所示,該系統(tǒng)由若干臺(tái)衡器儀器及一個(gè)無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)平臺(tái)組成衡量?jī)x器在檢定過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)通過(guò) S232 接口連接到無(wú)線發(fā)送裝置,再由無(wú)線接收終端將信號(hào)接收,再通過(guò) S232 接口傳輸?shù)娇刂破脚_(tái),由控制平臺(tái)將信號(hào)進(jìn)一步處理。

 

該無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)基于 IEEE802. 15. 4 規(guī)范的無(wú)線技術(shù),采用了基于 Zigbee 技術(shù)的 CC2530 芯片,該芯片功耗低,發(fā)送狀態(tài)工作電流為 29mA,接收狀態(tài)工作電流為 24mA,該芯片工作頻率為 2. 4GHzCC2530 使用 EMXDO、EM TXDO、EM CTSO  EM TSO 四個(gè)引腳表示收發(fā)數(shù)據(jù)的狀態(tài); 串口有五個(gè)功能引腳,分別是 GNDT10UT、R1IN、T20UT  2IN在訪問(wèn)過(guò)程中,CC2530接收指定的時(shí)鐘信號(hào)和片選信號(hào),并在處理器的控制下執(zhí)行輸入輸出操作。衡量?jī)x器為電子天平或質(zhì)量比較儀,在砝碼檢定時(shí)能夠通過(guò) S232 接口發(fā)出實(shí)時(shí)示值的數(shù)字信號(hào),將無(wú)線收發(fā)模塊與 S232 接口連接,構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)子節(jié)點(diǎn)。在接收端,利用 PC 機(jī)的串口與無(wú)線接收端連接,使用基于 VC + + 語(yǔ)言開發(fā)的檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

3 .基于 Zigbee 的數(shù)據(jù)通信平臺(tái)設(shè)計(jì)

由于 Zigbee 技術(shù)具有強(qiáng)大的無(wú)線組網(wǎng)能力,可以組成星型、樹型和網(wǎng)狀網(wǎng),本設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn),選用了組網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),即點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信方式

心節(jié)點(diǎn)為 Zigbee 協(xié)調(diào)器,子節(jié)點(diǎn)為 Zigbee 終端設(shè)備,所有數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)中心節(jié)點(diǎn)。Zigbee 聯(lián)盟為每個(gè)獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)定義了一個(gè)唯一的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符(  Personal Area Network Identi-Fair : PANID ) ,以標(biāo)識(shí)自己的網(wǎng)絡(luò)。設(shè)備間通信時(shí),根據(jù) PANID 選擇合適的設(shè)備。

Beige 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)起和新設(shè)備的加入也是根據(jù) PANID進(jìn)行的。當(dāng)一個(gè)具有完整功能的設(shè)備上電之后,它會(huì)建立一個(gè)自己的網(wǎng)絡(luò),并將自身設(shè)置成協(xié)調(diào)器,然后選定一個(gè)區(qū)別于其它網(wǎng)絡(luò)的 PANID協(xié)調(diào)器在確定 PANID 后,就會(huì)允許其它從設(shè)備的加入,從設(shè)備可以根據(jù)自己選定 PANID 加入到相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)。無(wú)論是完整功能設(shè)備,還是簡(jiǎn)化功能設(shè)備都可以加入到這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中。本項(xiàng)目中采用了使用 IEEE 地址作為參數(shù)調(diào)用適當(dāng)?shù)?/span> API 來(lái)實(shí)現(xiàn)通信,這種方法需要通過(guò)協(xié)調(diào)器轉(zhuǎn)發(fā)。

由于協(xié)議棧紛繁復(fù)雜,為了做到層次清楚,采用狀態(tài)機(jī)的方式對(duì)協(xié)議棧的各個(gè)動(dòng)作進(jìn)行轉(zhuǎn)換。使用服務(wù)調(diào)用的方式為協(xié)議棧傳達(dá)指令,每一次的服務(wù)調(diào)用都會(huì)引起協(xié)議棧自頂而下的服務(wù)響應(yīng),但是每次協(xié)議棧只能進(jìn)行一項(xiàng)服務(wù),協(xié)議棧通過(guò) aPsBusy(  ) 函數(shù)判斷當(dāng)前服務(wù)是否結(jié)束。

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換方式為半雙工方式,為了避免同頻干擾的問(wèn)題,且在檢定校準(zhǔn)時(shí)通常只有一臺(tái)衡量?jī)x器在工作,其他的處于非工作狀態(tài),故通信采用時(shí)分復(fù)用技術(shù),檢測(cè)主機(jī)通過(guò)掃描的方式與各個(gè)發(fā)送端進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)雙向通信。檢測(cè)主機(jī)收到上位機(jī)發(fā)出的檢測(cè)命令后向系統(tǒng)中某一遠(yuǎn)程檢測(cè)分機(jī)發(fā)出分機(jī)地址代碼,每個(gè)分機(jī)收到地址代碼后被尋址的分機(jī)返回本機(jī)地址給主機(jī),其他分機(jī)進(jìn)入休眠狀態(tài)。在判斷地址相符后主機(jī)給被尋址的分機(jī)再發(fā)送請(qǐng)求數(shù)據(jù)控制命令,被尋址分機(jī)根據(jù)其命令進(jìn)行檢測(cè)數(shù)據(jù),并將檢測(cè)數(shù)據(jù)向主機(jī)發(fā)送,檢測(cè)和數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后發(fā)出結(jié)束代碼。主機(jī)接收數(shù)據(jù)包后進(jìn)行校驗(yàn),若校驗(yàn)正確 則發(fā)送握手信號(hào) 否則重新請(qǐng)求數(shù)據(jù) 直到數(shù)據(jù)全部正確為止。一臺(tái)分機(jī)檢測(cè)結(jié)束后主機(jī)把扭矩?cái)?shù)據(jù)通過(guò) S232 接口傳送到計(jì)算機(jī),然后進(jìn)行下一個(gè)分機(jī)檢測(cè),直到所有分機(jī)掃描一遍。在掃描過(guò)程中某一個(gè)分機(jī)規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有應(yīng)答,則重新發(fā)送該機(jī)地址代碼,仍無(wú)應(yīng)答信號(hào),就顯示通信失敗或分機(jī)故障報(bào)警采集完畢后由系統(tǒng)上的 Zigbee 終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送請(qǐng)求,等待協(xié)調(diào)器接受采集到的信號(hào),接受完畢后,協(xié)調(diào)器將數(shù)據(jù)上傳給計(jì)算機(jī)

4 .砝碼檢定系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

砝碼檢定系統(tǒng)與無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)傳輸數(shù)據(jù)時(shí),首先對(duì)設(shè)備進(jìn)行初始化,尋找網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線傳輸平臺(tái)聯(lián)網(wǎng)成功后,登陸到系統(tǒng)界面,通過(guò)按鍵觸發(fā)進(jìn)行扭矩信息在無(wú)線傳輸平臺(tái)上的傳送。當(dāng)各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的示值通過(guò)平臺(tái)傳送到終端之后,終端通過(guò)串口將接收的數(shù)據(jù)傳送給PC 機(jī)處理設(shè)計(jì)選擇的數(shù)據(jù)庫(kù)為 Access2003,程序開發(fā)工具為 VC ++ 6. 0。系統(tǒng)使用 VisualC ++ 6. 0  MSComm控件進(jìn)行串口數(shù)據(jù)接收,并且使用事件驅(qū)動(dòng)法進(jìn)行程序設(shè)計(jì)利用 MSComm 控件引發(fā) OnComm 事件,應(yīng)用程序在捕獲該事件后,通過(guò)檢查 MSComm 控件的 COmmEveni屬性若為接收屬性則接收數(shù)據(jù),并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

數(shù)據(jù)處理則是按 JJG99  2006砝碼檢定規(guī)程寫,具備數(shù)據(jù)處理功能。在檢定時(shí),檢定員根據(jù)砝碼的等級(jí)、標(biāo)稱值選擇的相應(yīng)的砝碼檢定測(cè)量循環(huán)模式,系統(tǒng)自動(dòng)選擇相應(yīng)的衡量?jī)x器,隨后根據(jù)實(shí)際檢定的示值自動(dòng)記錄數(shù)據(jù),并在全部所需測(cè)量數(shù)據(jù)記錄完成后自動(dòng)計(jì)算砝碼的折算質(zhì)量修正值,并與相應(yīng)等級(jí)的砝碼允差進(jìn)行比較,判斷是否在相應(yīng)等級(jí)誤差范圍內(nèi),并給出判斷結(jié)果,原始記錄可打印、存為 word 文檔及存于數(shù)據(jù)庫(kù)中,方便查看或及出具檢定校準(zhǔn)證書。

5 .結(jié)論

Beige 技術(shù)是一種短距離低功耗低成本的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)本系統(tǒng)將 Zigbee 技術(shù)與砝碼檢定結(jié)合起來(lái),最終實(shí)現(xiàn)了多臺(tái)衡量?jī)x器使用一臺(tái) PC 機(jī)實(shí)時(shí)處理檢定數(shù)據(jù)的工作,降低了人為因素在檢定校準(zhǔn)工作中粗大誤差產(chǎn)生的概率,并大大提高了工作效率。


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