原创 采用ZigBee pro自己动手设计的工业用无线传感器网络

一、 无线传感器网络是工业自动化的新热点

        无线传感器网络的出现 引起了全世界范围的广泛关注，被称为二十一世纪最具影响的技术之一。改变世界的10大新技术之一。全球未来的四大高技术产业之一。而无线传感器网络技术很快也将进入工业自动化和工业测控领域，大多数工业仪表和自动化产品都将很快嵌入无线传输功能，完成从有线到无线过渡。

         图1是一个典型的工业用无线传感器网络示意图，核心部分是低功耗的传感器节点（可以使用电池长期供电、太阳能电池供电，或风能、机械振动发电等），网络路由器 （具有网状网络路由功能）和无线网关（将信息传输到工业以太网和控制中心，或者传输通过互联网联网）。

图1 典型的工业用无线传感器网络

        由于市场巨大，许多在工业自动化领域的老牌劲旅，如GE、Honeywell等，都推出了各种工业无线传感器网络产品和系统，国内也有不少研究机构和大型公司在进行相关研究，但是，涉及无线传感器网络的技术都是高度保密的东西，我们这些普通的工程师们，很难了解其中的细节和有机会参与任何设计工作。

         那么我们作为从事自动化和工业控制的普通工程师们，能否有机会自己动手，来设计适合自己应用需要的工业用无线传感器网络产品？来开发我们自己需要的无线工业自动化项目？

         无线SoC技术的发展，将使我们的梦想，将变为现实，目前应该是一个明显的转折点和交汇点。

         回答的肯定的：我们完全可能自己动手，设计适合自己应用特点的工业用无线传感器网络。

二、选择合适的微控制器和开发平台

        工业环境中的射频通信条件较为恶劣，厂房中遍布的各种大型器械、金属管道等对信号的反射、散射造成的多径效应，以及马达、器械运转时产生的电磁噪声，都会干扰无线信号的正确接收，同时，工业环境强烈的电磁干扰，也对使用在工业无线传感器网络的核心微处理器提出了新的挑战。我们自己动手设计在这样环境中运行的工业网络系统，首先需要选择合适的微处理器和高频电路。

        图2是一个典型的工业无线传感器网络节点硬件结构示意图。

图2   工业无线传感器网络节点示意图

       目前TI公司和FREESCALE公司推出的3套最新无线单片机解决方案：MC13224, CC2530, MSP430F5437+CC2520， 都是很好的SoC 微控制器解决方案（见表1） ，这些方案的特点是，高度集成化设计，微处理器和无线收发部分在同一芯片内部，需要电路板面积小于2平方厘米，外围只小于很少零件，就有很强抗干扰能力。工业无线传感器网络的网关，路由器和传感器节点，都可以使用同一微处理器来设计。

           采用上述方案，在保证系统可靠性的前提下，最大的特点是经济和方便，因为无线单片机芯片价格很低，甚至已经低于许多类型普通单片机，设计者可以放手进行设计和调试，不必担心芯片损坏等。另外目前国内嵌入式设计的知识已经相当普及，设计工业用无线传感器网络网关，路由器，节点和设计我们熟悉的普通单片机系统，核心技术没有什么不同，而且IAR编译，调试系统是目前世界是最强大的商业化嵌入式C语言软件设计工具，配合成都无线龙通讯提供的无线单片机开发平台，样板工程设计，JTAG在线仿真器，你可以精确的将故障定位到每一行指令，将无线组网和通讯，实现慢动作式的重放，并随时捕获空中无线数据包装。整个无线通讯软件硬件设计的过程，在这些高级调试开发工具的帮助下，完全透明化，可控制化，使你像开发你的其它单片机系统一样，快捷容易的完成设计任务。