基于RFID和Zigbee技术的生产线能耗采集系统设计与实现

摘要

作为能源消耗中的主体部分,工业能耗一直是社会所关注的重要问题,而目前工业能耗的调控更多的是政府性的政策控制,企业并无较成熟的能耗评估方案。针对这种现状本文提出了一种基于监测优化的策略来实现对生产线能耗的控制,同时在总体方案设计、硬件设计和软件设计等相关关键技术进行了系统研究与实践。
　　为了不对工厂现有布局及生产流程造成影响,在技术实现上本文提出了一种新型的无线采集传输的构架,将RFID技术和Zigbee技术相结合,利用标签托盘沿着生产线流动的特点获取生产线各个设备的能耗信息,并采用RFID读写设备读取设备能耗值;依托Zigbee网络将各生产线的能耗信息传输至电脑评估终端,同时利用Zigbee网络将评估终端的指令分发到安装于生产线末端的Zigbee节点设备,使得生产线能实时感知电脑能耗评估端的指令。这种实时性的监测方式打破了工厂的能耗只有一个结果而没有过程明细的局限。
　　针对工业现场的高干扰情况,提出了多次握手验证的方式来实现工位读写器对标签托盘的数据读写工作,完成了标签的选型以及读写器的设计,增强了通信的抗干扰能力,并在MPLAB平台开发了读写器与标签、计量模块的通讯程序。
　　在Zigbee网络的布局上采用了星型网络结构,提出指令型控制以及指令型应答的方式来实现终端评估系统与生产线终端读写器之间的数据交换,并制定了通讯指令代码集。并在IAREmbeddedWorkbench平台开发了基于CC2530芯片的Zigbee协调器代码和Zigbee终端节点代码。
　　基于上述研究工作,设计并实现了对生产线加工设备能耗采集,开发了电子计量仪、工位读写器、Zigbee网络收发模块等三款设备,并针对各独立组件的稳定性以及系统的稳定性做了性能测试。实际测试结果表明这种网络传输方式能够准确的将能耗数据传递到终端能耗评估系统,同时网络结构简单、组网容易、移植性强,具备较好的应用前景。

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1绪 论

1.1课题来源

1.2课题研究目的与意义

1.3国内外研究现状

1.4论文主要研究内容

2系统总体方案设计

2.1系统方案概述

2.2模型及组件定义

2.3系统工作流程

2.4本章小结

3能耗计量模块方案设计

3.1能耗计量模块功能分析

3.2计量方式对比分析

3.3能耗计量模块硬件设计

3.4能耗计量模块软件设计

3.5 本章小结

4工位读写器方案设计

4.1 工位读写器功能分析

4.2射频频段选择

4.3射频标签设计

4.4 工位读写器硬件设计

4.5射频模块软件设计

4.6本章小结

5终端读写器方案设计

5.1 终端读写器功能分析

5.2终端读写器硬件设计

5.3终端读写器软件设计

5.4终端读写器与网络协调器通讯

5.5本章小结

6 性能与测试

6.1 单元模块测试

6.2 系统性能测试

6.3 本章小节

7总结与展望

7.1 全文总结

7.2展望

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间发表论文目录