基于无线传感网络的药厂自动化控制系统

摘要

药厂生产环境自动控制系统就是对药厂生产过程中的温度、湿度、洁净度、压力等环境参数进行自动控制使其在允许的范围内变化以达到药厂生产要求的自动化控制系统。传统上,药厂自动控制系统采用PLC技术实现,但此系统存在着布线困难、设备移动性差等缺点,针对上述问题本文设计了基于ZigBee无线通信技术的药厂自动化控制系统。利用ZigBee技术实现的无线传感网络,可以对工厂生产过程中的各参数进行监测、分析、处理,对生产过程中不符合要求的参数进行调整。本设计使用LabVIEW软件代替组态软件完成后台设计,它可以有效减少系统的开发时间,并提高效率。
　　本药厂自动化控制系统从前端系统和后台系统两方面进行设计。通过对ZigBee技术特点与协议的深入分析研究,本设计依据功能将前端系统分为终端节点功能、路由功能、协调器功能三大类,并针对这三方面内容分别做了硬件设计和软件设计。硬件部分的设计选取了具有低功耗、低成本、高可靠性等技术优势的CC2430芯片作为主芯片,并以此为核心进行了外围电路设计。而前端系统的软件部分也分别对终端节点功能、路由功能、协调器功能三方面进行了程序设计与功能实现。最终完成了整体无线网络的构建,并将前端系统置于实验室环境中做了测试,通过数据分析得出了最佳组网的方式:在默认0dBm功率下,当节点水平传输距离小于5m或楼层间垂直传输距离小于1/2楼层时,系统丢包率为零,即可最大程度保证系统的可靠性。
　　系统的后台设计基于LabVIEW软件开发平台,主要包括数据采集模块、数据分析控制模块、故障检测模块、文件管理模块和系统管理模块。数据采集模块主要是进行数据采集,数据解析以及显示。数据分析控制模块包括数据与阈值的比较,控制信号的产生,对界面、执行器的控制。故障检测模块则负责系统各节点的工作状态监测和报警处理。文件管理模块负责报警和故障列表的生成,查询与打印。最后就是系统管理模块,它包括系统登入界面,密码输入,系统复位以及系统退出四方面。
　　最后从路由算法的选择、改进与路由维护过程三方面分析了提高系统可靠性的方法。通过簇首竞争、增加标志位或邻居节点的改进方法可以有效地提高系统的性能。同时,路由维护过程也对加固系统可靠性起到重要作用。
　　综上所述,基于无线传感网络的药厂自动化控制系统是可行的。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及意义

1.2 药厂自动化控制系统的国内外现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 ZigBee网络技术

2.1 ZigBee技术特点

2.2 ZigBee协议构架

2.3 ZigBee技术拓扑结构与路由算法

2.4 ZigBee技术提高自身抗干扰性能的技术介绍

2.5 本章小结

第3章 药厂自动化系统前端设计

3.1 系统前端硬件设计

3.2 系统前端软件设计

3.3 系统最佳组网调试

3.4 本章小结

第4章 药厂自动化系统后台设计

4. 1 后台程序设计软件LabVIEW介绍

4.2 后台程序设计与界面展示

4.3 本章小结

第5章 提高系统性能方法研究

5.1 路由算法的选择与改进对系统性能的影响

5.2 路由维护过程

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果