本發(fā)明涉及一種基于ZigBee通信的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。ZigBee技術(shù)的特點是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率。主要適合用于自動控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。
ZigBee技術(shù)采用動態(tài)路由的方式組織網(wǎng)絡(luò)。動態(tài)路由是指網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂讲⒉皇穷A(yù)先設(shè)定的，而是傳輸數(shù)據(jù)前，通過對網(wǎng)絡(luò)當(dāng)時可利用的所有路徑進(jìn)行搜索，分析它們的位置關(guān)系以及遠(yuǎn)近，然后選擇其中的一條路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。路徑的選擇可以使用“梯度法”，即先選擇路徑最近的一條通道進(jìn)行傳輸，如傳不通，再使用另外一條稍遠(yuǎn)一點的通路進(jìn)行傳輸，以此類推，直到數(shù)據(jù)送達(dá)目的地為止。在實際工業(yè)現(xiàn)場，預(yù)先確定的傳輸路徑隨時都可能發(fā)生變化，或者因各種原因路徑被中斷了，或者過于繁忙不能進(jìn)行及時傳送。動態(tài)路由結(jié)合網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，就可以很好解決這個問題，從而保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。
經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，中國實用新型專利CN 202600943 U公開了一種基于ZigBee技術(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要由數(shù)據(jù)采集終端和數(shù)據(jù)處理終端組成，數(shù)據(jù)處理終端主要由ZigBee無線接收模塊及數(shù)據(jù)管理中心電腦組成，數(shù)據(jù)采集終端通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)處理終端相連。實現(xiàn)通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
現(xiàn)有ZigBee數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)存在的問題是：系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)通常都是經(jīng)協(xié)調(diào)器中轉(zhuǎn)輸出，當(dāng)采集數(shù)據(jù)量較大時，這種單通道輸出容易造成數(shù)據(jù)阻塞。此外在通道出現(xiàn)異常時，數(shù)據(jù)傳輸將直接被中斷，容易造成數(shù)據(jù)的丟失。如果可以構(gòu)建一種多通道的，并能夠自動調(diào)整通道的ZigBee數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將可以解決上述問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提出了一種基于ZigBee通信的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
本發(fā)明提出的基于ZigBee通信的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于：包括服務(wù)器、多個中轉(zhuǎn)裝置和多個采集終端；所述服務(wù)器用于存儲各個采集終端采集的數(shù)據(jù)；
所述采集終端具有微控制器、采集模塊和ZigBee模塊；所述微控制器控制所述采集模塊進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，并通過ZigBee模塊經(jīng)ZigBee網(wǎng)絡(luò)將采集數(shù)據(jù)上傳；
所述中轉(zhuǎn)裝置包括微控制器、ZigBee模塊和以太網(wǎng)模塊；所述中轉(zhuǎn)裝置的微控制器控制所述ZigBee模塊從ZigBee網(wǎng)絡(luò)獲取采集終端上傳的采集數(shù)據(jù)，并將采集數(shù)據(jù)由以太網(wǎng)模塊經(jīng)局域網(wǎng)送至服務(wù)器；每個中轉(zhuǎn)裝置可以建立采集終端到服務(wù)器的一個數(shù)據(jù)傳輸通道。
所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法如下：
步驟一、所述采集終端在上電時，以群發(fā)方式向ZigBee網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的中轉(zhuǎn)裝置發(fā)送通道請求信息；
步驟二、所述中轉(zhuǎn)裝置在上電時或接收到通道請求信息時，以群發(fā)方式向ZigBee網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的采集終端發(fā)送通道邀請信息；
步驟三、所述采集終端在運行時，實時檢測所述通道邀請信息；如果出現(xiàn)新的通道邀請信息，則將發(fā)送該通道邀請信息的中轉(zhuǎn)裝置的ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點地址存入采集終端內(nèi)部的開放通道地址表中；
步驟四、所述采集終端在上傳采集數(shù)據(jù)時，從所述開放通道地址表中隨機(jī)選擇一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點地址作為上傳數(shù)據(jù)的接收端地址，并以點對點的傳輸方式將采集數(shù)據(jù)上傳至對應(yīng)的中轉(zhuǎn)裝置；
步驟五、所述中轉(zhuǎn)裝置在接收到采集終端上傳的采集數(shù)據(jù)后，再通過所述以太網(wǎng)模塊將采集數(shù)據(jù)經(jīng)以太網(wǎng)送至服務(wù)器保存，并以點對點的傳輸方式回送應(yīng)答信息；
步驟六、如果所述采集終端上傳數(shù)據(jù)后在設(shè)定回復(fù)時間內(nèi)收到應(yīng)答信息，則本次數(shù)據(jù)上傳成功，否則認(rèn)定接收該數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)裝置異常，將該中轉(zhuǎn)裝置的ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點地址從開放通道地址表刪除，并轉(zhuǎn)至步驟四，直至數(shù)據(jù)上傳成功；
步驟七、如果所述中轉(zhuǎn)裝置在設(shè)定采集時間內(nèi)未收到任何采集數(shù)據(jù)，則以群發(fā)方式向ZigBee網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的采集終端發(fā)送通道邀請信息。
本發(fā)明還具有如下進(jìn)一步的特征：
1、所述步驟六中，如果所述采集終端上傳數(shù)據(jù)后在設(shè)定回復(fù)時間內(nèi)未收到應(yīng)答信息，則采集終端進(jìn)行二次重發(fā)；如果二次重發(fā)后在設(shè)定回復(fù)時間內(nèi)仍未收到應(yīng)答信息，則認(rèn)定接收該數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)裝置異常，并將該中轉(zhuǎn)裝置的ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點地址從開放通道地址表刪除。
2、所述步驟五中，中轉(zhuǎn)裝置在接收到采集終端上傳的采集數(shù)據(jù)后，通過以太網(wǎng)模塊將采集數(shù)據(jù)經(jīng)以太網(wǎng)送至服務(wù)器保存并應(yīng)答后，再以點對點的傳輸方式回送采集終端應(yīng)答信息。
3、所述中轉(zhuǎn)裝置ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點地址為ZigBee模塊的短地址。
現(xiàn)有技術(shù)中，基于ZigBee通信的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的中轉(zhuǎn)裝置只有一個。本發(fā)明所提出的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中設(shè)有多個中轉(zhuǎn)裝置。各采集終端在上傳數(shù)據(jù)時，會在多個中轉(zhuǎn)裝置中隨機(jī)選擇一個傳輸，降低了數(shù)據(jù)阻塞的情況。本發(fā)明所提出的系統(tǒng)應(yīng)答機(jī)制可以解決當(dāng)某個中轉(zhuǎn)裝置出現(xiàn)故障時，自動調(diào)整至其他通道，避免了因通道故障而造成數(shù)據(jù)丟失的情況，提高了通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性和健壯性。
附圖說明
圖1為本發(fā)明基于ZigBee通信的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本發(fā)明提出的基于ZigBee通信的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括服務(wù)器、多個中轉(zhuǎn)裝置和多個采集終端。采集終端獲取外部數(shù)據(jù)，經(jīng)Zigbee網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)傳輸至中轉(zhuǎn)裝置，中轉(zhuǎn)裝置再接入局域網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)送至服務(wù)器保存。每個中轉(zhuǎn)裝置可以建立一個獨立的傳輸數(shù)據(jù)通道。
為了能夠?qū)崿F(xiàn)采集數(shù)據(jù)自動選擇中轉(zhuǎn)裝置傳輸，系統(tǒng)采用以下工作方式。
新增采集終端情況
第1步：新增采集終端在上電時，以群發(fā)方式向ZigBee網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的中轉(zhuǎn)裝置發(fā)送通道請求信息，即新節(jié)點請求信息。
第2步：中轉(zhuǎn)裝置在接收到新節(jié)點請求信息時，以群發(fā)方式向ZigBee網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的采集終端發(fā)送通道邀請信息，即新通道邀請信息。
第3步：采集終端實時檢測所述通道邀請信息；如果出現(xiàn)新的通道邀請信息，則更新終端內(nèi)部的開放通道地址表。
第4步：采集終端在上傳采集數(shù)據(jù)時，從開放通道地址表中隨機(jī)選擇一個作為上傳數(shù)據(jù)的接收端地址，并以點對點的傳輸方式將采集數(shù)據(jù)上傳至對應(yīng)的中轉(zhuǎn)裝置。
第5步：中轉(zhuǎn)裝置在接收到采集終端上傳的采集數(shù)據(jù)后，再通過以太網(wǎng)模塊將采集數(shù)據(jù)經(jīng)以太網(wǎng)送至服務(wù)器保存，并以點對點的傳輸方式回送應(yīng)答信息；
第6步：采集終端上傳數(shù)據(jù)后在設(shè)定回復(fù)時間內(nèi)收到應(yīng)答信息，則本次數(shù)據(jù)上傳成功。
新增中轉(zhuǎn)裝置情況
第1步：新增中轉(zhuǎn)裝置在上電時，以群發(fā)方式向ZigBee網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的采集終端發(fā)送通道邀請信息，即新通道邀請信息。
第2步：采集終端實時檢測所述通道邀請信息，將新增的通道邀請信息加入采集終端內(nèi)部的開放通道地址表中。
第3步：采集終端在上傳采集數(shù)據(jù)時，從開放通道地址表中隨機(jī)選擇一個作為上傳數(shù)據(jù)的接收端地址，并以點對點的傳輸方式將采集數(shù)據(jù)上傳至對應(yīng)的中轉(zhuǎn)裝置。
第4步：中轉(zhuǎn)裝置在接收到采集終端上傳的采集數(shù)據(jù)后，再通過以太網(wǎng)模塊將采集數(shù)據(jù)經(jīng)以太網(wǎng)送至服務(wù)器保存，并以點對點的傳輸方式回送應(yīng)答信息；
第5步：采集終端上傳數(shù)據(jù)后在設(shè)定回復(fù)時間內(nèi)收到應(yīng)答信息，則本次數(shù)據(jù)上傳成功。
中轉(zhuǎn)裝置故障情況
當(dāng)某個中轉(zhuǎn)裝置故障時，經(jīng)該通道傳輸數(shù)據(jù)的采集終端將在設(shè)定回復(fù)時間內(nèi)收不到應(yīng)答信息，此時采集終端將該中轉(zhuǎn)裝置的ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點地址從開放通道地址表刪除。然后從更新后的開放通道地址表中隨機(jī)選擇一個作為上傳數(shù)據(jù)的接收端地址，并以點對點的傳輸方式將采集數(shù)據(jù)重新上傳至對應(yīng)的中轉(zhuǎn)裝置。
由此可見，該發(fā)明可以在某個中轉(zhuǎn)裝置出現(xiàn)故障時，自動調(diào)整至其他通道，避免了因通道故障而造成數(shù)據(jù)丟失的情況，提高了通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性和健壯性。
作為該發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，可以在中轉(zhuǎn)裝置和服務(wù)器間也建立信息應(yīng)答機(jī)制，將中轉(zhuǎn)裝置到服務(wù)器間的通道檢測也作為整個系統(tǒng)傳輸監(jiān)測的一部分。
作為該發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化，可以設(shè)計為采集終端上傳數(shù)據(jù)后在設(shè)定回復(fù)時間內(nèi)未收到應(yīng)答信息，則進(jìn)行二次重發(fā)；如果二次重發(fā)后在設(shè)定回復(fù)時間內(nèi)仍未收到應(yīng)答信息，才認(rèn)定接收該數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)裝置異常。這種二次重發(fā)機(jī)制可以應(yīng)對一些突發(fā)干擾造成的短時間數(shù)據(jù)傳輸異常情況。
作為該發(fā)明的進(jìn)一步限定，中轉(zhuǎn)裝置ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點地址為ZigBee模塊在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中分配的短地址，系統(tǒng)可以按照ZigBee模塊的短地址直接進(jìn)行點對點通信。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于上述實施方式，凡是屬于本發(fā)明原理的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明原理的前提下進(jìn)行的若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。