基于M2M技術(shù)實現(xiàn)從傳感器到測控中心的遠(yuǎn)程無線傳輸方案

國內(nèi)制造業(yè)的設(shè)備維修管理服務(wù)需求不斷攀升。迫切需要研發(fā)面向大型裝備的維修、維護(hù)和大修MRO（Maintenance， Repair and Overhaul）協(xié)作平臺，為裝備制造企業(yè)、裝備用戶企業(yè)和裝備服務(wù)企業(yè)提供全面的數(shù)字化解決方案和信息化集成技術(shù)，推動制造服務(wù)業(yè)跨越式發(fā)展［1］。目前，雖然對鋼鐵連鑄設(shè)備的MRO協(xié)作平臺的研究已有一定的成果，但還有一些不足：（1）由于缺少有效的信息通信機(jī)制，不能自動、實時、準(zhǔn)確、詳細(xì)地獲取連鑄設(shè)備的生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境、生產(chǎn)加工等信息，造成鋼鐵企業(yè)的連鑄生產(chǎn)線與企業(yè)信息化系統(tǒng)之間無法實現(xiàn)緊密的信息集成。（2）由于連鑄生產(chǎn)線設(shè)備構(gòu)造復(fù)雜，生產(chǎn)環(huán)境非常惡劣，設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸頻繁，從而使得難以對全部的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。
　　本文正是在這種背景下，提出M2M（Machine to Machine）技術(shù)在此協(xié)作平臺中應(yīng)用。M2M即機(jī)器與機(jī)器之間的通信，通過一些通信模塊實現(xiàn)機(jī)器與機(jī)器之間數(shù)據(jù)交換［2］。其具有以下優(yōu)點：無需人工干預(yù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動上傳，提高了信息處理效率；數(shù)據(jù)集中處理與保存，實現(xiàn)信息集中管理；數(shù)據(jù)保存時間長，存儲安全；可實現(xiàn)實時監(jiān)控和控制，時效性高；無線方式傳輸數(shù)據(jù)，監(jiān)控終端運行狀態(tài)，保障業(yè)務(wù)穩(wěn)定運行。利用M2M的關(guān)鍵技術(shù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)ZigBee技術(shù)和CDMA遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)信息傳輸技術(shù)，實現(xiàn)從傳感器到測控中心的遠(yuǎn)程無線傳輸方案，解決了鋼鐵連鑄設(shè)備的MRO協(xié)作平臺面臨的問題。
　　1 鋼鐵連鑄設(shè)備數(shù)據(jù)采集總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
　　鋼鐵連鑄設(shè)備數(shù)據(jù)采集總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要包括連鑄設(shè)備（A，…，N）采集節(jié)點模塊、傳感器及鋼鐵連鑄設(shè)備參數(shù)的局域網(wǎng)、CDMA無線通信網(wǎng)絡(luò)、鋼鐵連鑄設(shè)備遠(yuǎn)程服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫以及遠(yuǎn)程用戶終端等幾個部分。
　　
　　其中，連鑄設(shè)備采集節(jié)點模塊組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計，基于TI公司的ZigBee技術(shù)方案，即CC2430芯片結(jié)合無線ZigBee協(xié)議線實現(xiàn)的ZigBee MESH網(wǎng)［2］，如圖1所示。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中包含傳感器節(jié)點、協(xié)調(diào)器和匯聚節(jié)點3種設(shè)備。協(xié)調(diào)器通過433 MHz射頻技術(shù)組成一個星型網(wǎng)絡(luò)，ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點可以將采集到的數(shù)據(jù)通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)礁髯缘膮f(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器將數(shù)據(jù)匯總后，再通過433 MHz射頻技術(shù)傳送到星型網(wǎng)匯集器，即整個系統(tǒng)的匯聚節(jié)點，然后通過CDMA技術(shù)，將采集數(shù)據(jù)通過無線CDMA網(wǎng)絡(luò)和Internet對接，最終把數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程服務(wù)器。該系統(tǒng)的關(guān)鍵電路包括ZigBee無線傳輸模塊接口和CDMA無線通信模塊接口兩部分。
　　2 鋼鐵連鑄設(shè)備數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)計
　　鋼鐵連鑄設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心是連鑄設(shè)備傳感器節(jié)點，傳感器節(jié)點的結(jié)構(gòu)包括傳感器模塊、微處理器模塊（由嵌入式系統(tǒng)構(gòu)成，包括CPU、存儲器等）、無線通信模塊和電源模塊四個單元，如圖2所示。其中，傳感器模塊完成監(jiān)測區(qū)域內(nèi)信息的采集和信號轉(zhuǎn)換；處理器模塊負(fù)載控制整個傳感器節(jié)點的操作、存儲和處理本身采集的數(shù)據(jù)；無線通信模塊負(fù)責(zé)與其他傳感器節(jié)點進(jìn)行無線通信，交換控制信息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)；電源管理模塊為其他功能模塊單元提供正常工作所必需的能源。