基于Zigbee和北斗卫星导航技术的航标灯远程监控系统.docx

基于Zigbee和北斗卫星导航技术的航标灯远程监控系统吴建勇苏建欢张成研【摘要】本文通过ZigBee（CC2530模块）构建无线传感网络系统，通过传感器采集航标灯工作情况，使用北斗卫星导航系统的定位功能（UM220模块）实现定位数据的采集，并使用STC89C52单片机系统处理导航定位数据，所有数据通过北斗短报文（GYM2003B）发送到陆地控制中心。【关键词】无线传感网络系统；数据采集；北斗卫星导航系统随着全球经济的发展，航标灯对船舶的指引作用越发重要。而随着科技的不断进步，航标灯已经从原始的天然航标发展为人工航标，对航标灯的维修检测也从定期排查发展成远程航标监控，实现远程无人监控，大大缩减的人力的消耗。目前，大部分的系统使用的是“GSM+GPS+微处理器”的模式，此系统能够完成远程监控系统的功能，却也存在着一些缺点：GSM系统在海洋领域存在着信号无法覆盖的盲区，导致通信无法实现；GPS系统是美国军方产品，在我国使用有着诸多限制。本文的设计则是基于我国自主研发的北斗卫星导航系统的基础上，通过北斗系统所特有的短报文发送功能实现远程无线通信，而且在海洋领域也不存在信号盲区，而使用ZigBee系统则可以大大减少系统的成本。1系统总体设计系统的网络结构体系可以分为3种类型：星状结构、片状结构、网状结构。主要有ZigBee协调器节点、路由器节点和终端节点构成。无线传感网络系统一般主要由一个主节点和多个节点组成，主节点主要负责ZigBee网络的组网和网内设备的管理，同时主节点上接有GYM2003B模块，负责北斗短报文通信功能，而所有节点都接有UM220模块实现定位功能。如图1系统结构图所示，系统结构图分为两个部分。其中路由或终端节点部分结构相同，由UM220模块采集定位数据，通过微处理器进行处理，ZigBee模块接收微处理器发来的数据以及传感器采集的数据，通过ZigBee网络发送给协调器节点部分，协调器节点部分将所收集的信息通过北斗短报文模块（GYM2003B）将信息发送给地面控制中心进行处理。图1系统结构图2终端硬件设计本系统是基于ZigBee的短距离无线传感网络系统的基础上，在一个ZigBee网络中拥有一个协调器节点和多个路由、终端节点，节点会将它所采集的信息通过ZigBee无线网络发送给协调器节点，协调器节点则通过北斗短报文发送功能将信息发送到地面控制中心。2.1ZigBee模块设计ZigBee模块是构建底层无线网络的核心。主要负责构建无线传感网络，将各航标联系在一起，使各个节点能够与汇聚节点通信。ZigBee模块选择TI公司的CC2530模块，它具有低成本、高性能且能够建立强大的网络节点的特点，它在空旷地带不使用增加发射功率的情况下，通信距离能够达到100m，而示两航标灯之间的距离可适当增加发射功率，其最远通信距离可达到1000m，在ZigBee网络中也可以通过增加路由器使得通信距离无线增加。并且CC2530内嵌增强型8051MCU系统，可在其IO口接传感器用于接收采集到的信息。本系统中，通过CC2530模块实现无线通信需要遵循以下步骤：调用协议栈提供的组网函数、加入网络函数，实现网络的建立与节点的加入；发送设备调用协议栈提供的无线数据发送函数，实现数据的发送发送数据的函数：afStatus_tAF_DataRequest（afAddrType_t*dstAddr，endPointDesc_t*srcEP，uint16cID，uint16len，uint8*buf，uint8*transID，uint8options，uint8radius）此函数最重要的核心参数是：uint16len--发送数据的长度；uint8*buf--指向存放发送数据的缓冲区的指针。cID为每一个消息的消息ID，用于消息识别并作相应处理。其在接收消息时使用osal_msg_receive函数从消息队列中接收一个消息，如果消息ID是AF_INCOMING_MSG_CMD（协议栈中所定义的新消息的ID）再使用switch语句对消息ID判断，并进行相应的数据处理。2.2北斗定位模块北斗定位模块选用和芯星通公司的UM220型号，和芯星通UM220-ⅢN双系统高性能GNSS模块，能够同时支持BD2B1、GPSL1两个频点，定位精度为2.5m，首次定位时间为32s，并且具有两个串口，串口1为主串口，支持数据传输、固件升级功能，信号类型为LVTTL电平；串口2仅支持数据传输，不支持固件升级。其上电之后会通过串口把接收到的消息发送出去，其消息的基本格式如下：$MSGNAME，data1，data2，data3，…[*CC]＼r＼n。每条消息均为全ASCII字符组成的字符串，所有的消息都以‘$（0x24）开始，后面紧跟着的是消息名，之后跟有不定数目的参数或数据，消息名与数据