0 导言
传统的气体监测体系是以电线和电缆作为基础传输介质组成的数据收集体系。现在常用的处理方案是在监控现场，将传感器安置在需求监测的要害方位，将各个传感器收集到的信号经过独立电缆传送到中心收集站，由中心收集站将一切衔接的信号会集处理发送到上位机，进行实时数据收集。假如需求监测的区域很大，需求许多传感器，相应的监测点涣散，这种传统的有线方法就会存在线路布设杂乱，接线繁琐，装置造价高，后期的电缆保护成木高级问题。因为有线气体监测体系木身的局限性，许多特别环境下的网络覆盖和网络支撑仍然是个难题。比如在某些工业现场，一些工业环境制止或约束运用电缆，而在其他一些工业环境要求彻底把电缆屏蔽起来以高度避免来自大多数工业设备中的机器或其它无线电操控设备的搅扰，更有一些高速旋转的设备根木无法经过电缆来传输数据信息。这种传统的串行会集式监测体系很大程度上影响体系的处理速度和体系的牢靠性和灵敏性。
鉴于上述情况，气体监测体系规划趋向于无线监测方法，用分布式的无线技能来替代传统的会集式有线技能，完结传感器和数据收集体系之间的直接通讯。无线传感器网络的呈现和开展为这一问题供给了一个新的处理途径。本文在比较了几种通讯协议后挑选了低本钱、低功耗和低速率的ZigBee协议，规划了一种根据ZigBee的无线气体监测体系。
1 体系全体规划
1.1 体系的组成与结构
整个监测体系由监测主机和ZigBee无线传感器网络组成，如图1所示。这是。个层次型网络结构，最底部为传感器终端节点（即无线气体检测变送器），向上依次是路由器，和谐器和监控主机。监控主机上运转有数据办理软件，为用户供给气体监控网络中的数据拜访界面，并可以经过和谐器拜访终端节点的丈量数据，并将数据保存，为用户供给数据查询、剖析或报表生成服务。ZigBee网络担任数据的收集，它由和谐器、路由器、终端节点和报警器组成。终端节点将监测到的数据传给路由器；路由器将终端设备上传的信息整合处理，再将数据发送给和谐器；和谐器将收集的数据上传给监控主机或许将监控主机的指令在网络中发送出去；报警器担任接纳路由器发送的数据，假如数据超限则发送报警信号。整个网络中数据的传输具有就近准则，假如和谐器间隔比路由器近，终端节点会直接传输数据到和谐器。
图1 体系总体规划
1.2 体系的特色
无线气体监测体系具有以下几方面的特色：
（1）选用ZigBee技能作为无线通讯方法
现在常用的无线通讯技能有Wi—Fi、超宽带通讯UWB、蓝牙、红外数据通讯IrDA、ZigBee等，归纳比较了以上几种无线通讯方法，zigBee技能具有省电、通讯牢靠、本钱低价、网络容量大、白安排能力强等长处 ，因而ZigBee技能可以很好的运用于无线气体监控体系。
（2）低功耗
体系的终端节点—— 无线气体检测变送器数量多，由电池供电，往往放置存无人值守的当地，不方便替换节点的电池，因而完结节点的低功耗，既是捉高节点功用的重要目标，也是延伸整个体系生命周期的重要下段。该体系的无线气体监测变送器选用一次性2号锂电池供电，存正常作业条件下的运用寿命不小于2 0000小时。
2 无线气体检测变送器的规划
2.1 无线气体检测变送器的硬件规划
无线气体检测变送器是整个体系的前端收集设各，也是体系最中心的组件 ，该变送器由中心处理单元、丈量电路、A/D转化、数字显现、RF无线通讯等单元电路组成。灵敏元件发生的信号绎线性扩大后，经A/D转化器转化，直接送往单片机进行数据处理，来完结变送器的显现、通讯等功用。其原理框图如图2所示。
图2 无线气体榆测变送器的原理框图
中心处理器选用MICROCHI P公司的带有LCD驱动器、选用纳瓦技能的64引脚8位CMOS闪存单片机P%&&&&&%16F946，此单片机可以经过软件挑选时钟来拧制功耗办理模式，即存运转时敞开C PU和外设，空闲时敞开外设但封闭CPU，休眠时则封闭CPU和外设；A/D转化单元选用的是TI公司的12位AD，采样速度在200kSPS的ADS7866，在此A/D转化单了亡中ADS7866的～作电压存1.3 V，达到了节约功耗的意图。
运算扩大器选用LTc1495，作业电流仅为1.5 uA，±2.5V稳压芯片也选用低功耗芯片，在满意功用需求的基础上，最大极限的下降功耗。其前置扩大电路如图3所示。
图3 无线气体检测变送器时置放火电路图
无线通讯模块选用Atmel公司推出的国际上首款l曲向我国无线商场、作业在780MHz频段并契合IEEE802.15.4规范的无线收发芯片AT86RF212，我围无线个域网规范经无线电委员会同意，开放了78 0MH z频段，在此频段下，空间损耗较2.4Ghz频段小，可以取得更好的传输功用。
2.2 无线气体检测变送器软件规划
变送器软件规划的各个模块组成如图4所示。
主程序处理模块用来调用其它模块完结需求完结的功用；采样处理及补偿模块担任收集并处理模数转化后的数据并做相应的线性补偿；按键查询处理模块担任按键动作办理；显尔模块用来完结液晶显现；参数办理模块担任参数的保存和处理；白检模块担任完结初始化；无线通讯模块担任检测数据的发送。
图4 无线气体检测变送器软件规划模块
无线气体检测变送器的首要功用是经过气体传感器对被测目标进行数据收集，经过无线发送模块发送至路由器（或和谐器）。在正常作业状念下，每1 5秒发送一次数据，报警状态下每8秒钟发送 次数据，其程序流程图如图5所示。
图5 无线气体柃测变送器程序流程图
3 无线和谐器的规划
3.1 无线和谐器的硬件规划
无线和谐器首要担任树立WSN嘲络，经过无线通讯模块接纳一切无线怖测节点发送的丈量数据，并将所述丈量数据传送到PC机。其结构相对简略，首要由电源模块、EMI处理模块、微摔制器模块、串口通讯模块和兀线通讯组成，其组成框图如图6所示。
图6 无线和谐器的组成框图
3.2 无线和谐器的软件规划
无线和谐器是无线气体监摔网络的建议树立者，和谐器上电后，初始化完结，树立网络，当收到其它节点参加网络的恳求时，给节点分配网络地址，接纳路由器或间隔近的终端节点传输的数据，并将数据转发给上位机。其程序流稃图如图7所示。
图7 无线协凋器程序流程图
4 结束语
根据ZigBee的无线气体监测体系具有低本钱、低功耗、动态路由、主动组网、协议免费、运用简略等长处，处理了电缆衔接时现场设备移动受限和网络结构灵敏改变的问题，使数据的传输史加灵敏和便于完结，冈此十分适用于存工业现场中运用，将会取得越来越宽广的开展和运用空间。
