柜式电子秤无线监控系统的设计

根据目前柜式无线监控系统的设计要求,采用ZigBee无线通信技术,采用C8051F320作为控制器,结合物联网的网络技术,以B/S技术作为技术核心设计了一整套远程柜式电子称无线监控系统。本文介绍了系统的构成和工作原理以及硬件的选择和软件的设计。 

国外很多称量仪器公司在对于无线组网电子秤这方面也因 为市场的需求开发出了对应市场的产品比如德国公司是计量仪器的重要厂家也开发出了关于无线组网方面的电 子秤网络，美国也在这方面开发了自己的优势产品 都是基于和蓝牙技术的。在我们国内无线电子秤行业有 很多公司而且一套设备相当昂贵利润也是十分的可观比如上海的设备是可以直接跟PDA和互联网通讯 的，苏州也是这方面产品的设备商但是 国内市场的产品大部分是基于蓝牙技术的，相对于蓝牙技术来 说优势很明显功耗小，并且组网规模大，距离更远方便 等。本文根柜式电子秤的特点，采用ZigBee技术，结合了物联 网的相应技术，实现了局部区域网络的简历，设计了柜式电子 秤无线监控系统。

2.系统的结构

此次设计的硬件设计可以分为数据节点采集端（柜式电子 称的数据采集和发送）和数据接收处理终端（接收数据并存储 数据）两个部分。数据节点采集端采用的是TI公司的CC2530的 作为无线通信模块，负责接收数据信息，并且将相应的数据通 过RS232串口发送给计算机，该计算机通过web service，将该 数据发送给服务器。管理者可以直接登录网页来监控电子秤， 通过软件读取带有不同地址的电子秤的物品的数据。

2.1C8051F320单片机

控制部分由单片机C8051F320来设计，C8051F320器件使用 Silicon Labs的专利CIF-51微控制器内核。CIF-51与MCS-51TM 指令集完全兼容，可以使用标准805x的汇编器和编译器进行软 件开发。这种器件可在工业温度范围（-45"C到+85"C)内用 2 . 7V-3. 6V的电压工作。端口 I/O和/RST引脚都容许5V的输入信 号电压。本设计中所使用的C8051F320采用32脚LQFF封装。

2.2ZigBee无线通信技术

ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低 成本、低复杂度的无线网络技术。在其他无线通信技术不断追 求高速率远距离的今天，ZigBee却向着低速率近距离的方向迈 进，其目的是为了大幅度降低无线终端的成本及功耗。另外， ZigBee还有网络容量大，延时短，网络的自组织、自愈能力 强，通信可靠，数据安全，工作频段灵活等很多其他无线通信 技术无法比拟的优势。

ZigBee网络通常由三种节点构成：Coordinator:用来创 建一个ZIGBEE网络，并为最初加入网络的节点分配地址，每个 ZigBee网络需要且只需要一个Coordinator; Router:也称为 ZigBee全功能节点，可以转发数据，起到路由的作用，也可以 收发数据，当成一个数据节点，还能保持网络，为后加入的节 点分配地址；End Device:终端节点，通常定义为电池供电的 低功耗设备，通常只周期性发送数据，不接收数据。TI公司的 CC2530, CC2530集成了51单片机内核，相比于众多的ZigBee芯 片,CC2530具有良好的特性，目前被广泛采用。CC2530是用于 2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee 和RF4CE 应用的一个真正的 片上系统（SoC)解决方案。它能够以非常低的总的材料成本 建立强大的网络节点。CC2530结合了领先的RF收发器的优良 性能，业界标准的增强型8051 CFU，系统内可编程闪存，8-KB RAM 和许多其他强大的功能。

2.3数据接收端

此次设计中数据接收终端的硬件设计，主要包括控制器 C8〇51F320单片机、基于CC2530的ZigBee无线通信模块、USB通 信模块。在本文中采用了FTBM232作为通行模块，一方面，USB 为系统提供电源，另外一个方面采用了同坐通信。

FT245BM是FTDI ( Future Technology Devices IntlLtd) 公司的多种快速USB通信接口解决方案之一。它无需编写片 内固件程序,上层FC机则使用FTDI公司提供的官方驱动程序。 FT245BM芯片的主要功能是在内部硬件逻辑的作用下实现USB串 行数据格式与并行数据格式的双向转换。FC机通过USB接口与 FT245BM进行数据交换,FT245BM则通过并行方式与下位微控制器 通信。FT245BM支持USB总线取电和系统自取电两种模式。采 用USB总线取电时的最大电流可以到500mA ,这个电流基本满足 一般系统的要求。但在本设计中，由于系统的功耗比较大，所 以采取了自取电模式保证了系统的安全。

3.系统软件设计

3.1B/S体系结构模式

本系统采用了基于B/S体系结构模式来进行系统的设计建立了三层结构，它以访问WE：B数据库为中心，HTTP为传输协 议，客户端通过浏览器(Browser)访问WE：B服务器和与其相连的 后台数据库，其具体的结构如图2所示。

图中从左到右，分为三个层次：第一层是客户端即浏览 器，主要完成客户和后台的交互及最终查询结果的输出功能， 在这里主要是柜式天平的信息。在客户端向指定的Web服务器提 出服务器请求，Web服务器用HTTF协议把所需文件资料传给用 户，客户端接受并显示在WWW浏览器上；第二层Web服务器是功 能层，完成客户的应用功能，即卩Web服务器接受客户请求，并与 后台数据库连接，进行申请处理，然后将处理结果返回Web服务 器，再传至客户端；第三层数据库服务器是数据层。数据库服 务器应客户请求独立地进行各种数据的处理。

3.2系统软件设计

系统的硬件部分采用了KeilC51单片机软件和C语言编写程 序，可以分为数据接收端和数据采集端两个部分。在基于B/S 结构的网络编程中采用Microsoft Visual Studio和Microsoft SQL Server 2005相结合，并且在整个系统地开发过程中，用了 大量控件，这些控件都来自.NET Framework类，这些类都是由 系统提供的，加快了开发的流程。

3.3信息处理模块

信息处理过程是在传感器节点的硬件检测电路检测到其 所在的环境（监测的参数）发生变化时，由传感器节点中的

Zigbee模块对信息简单处理后，主动 发起连接将处理后的信息传送给协调 器，其通信流程如图3所示。

4.结束语

本系统以C8051F320为核心部件，采用了ZigBee无线通信技术，结合物 联网的相应概念。以B/S技术作为技术 核心设计了一整套远程柜式电子称无 线监控系统。系统结构简单，操作方 便，经过测试显示，系统的可靠性已 经基本达到了实际温湿度监测应用的 设计要求，在工业生产中具有广阔的 应用前景。