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随着物联网技术的发展,工业生产的信息化程度越来越高,管理者对生产状况需要随时都能掌握,要求生产装置的信息化程度更高。目前工业生产的通信网络布线主要通过RS232、CAN、以太网等传统有线方式,虽然能够满足一定的要求,但是由于生产设备的升级越来越迅速,随之带来的成本越来越高,将无线设备引入工业领域代替有线通信方式,在降低系统升级成本和使系统升级更加灵活方面具有一定的意义。目前,无线传感网络技术发展比较成熟,已经成功应用于智能交通、智能医疗以及环境监测等行业,国内对于无线传感网络以及物联网相关技术的研究近几年才在国家政策的支持下发展相对迅猛。本文采用美国德州仪器(TI)公司的CC2530芯片作为主控芯片,并结合ZigBee无线技术、低功耗设计、时间同步技术、串口通信技术等,以嵌入式软硬件协同设计思想设计并实现了一套基于ZigBee通信技术的嵌入式无线通信模块,将该模块嵌入到现有工业系统中广泛使用的控制监控设备PLC、HMI中,整合工业PC组成无线工业通信网络,实现物联网技术在工业行业的应用和推广。系统的硬件电路以CC2530芯片为核心,采用嵌入式模块化设计,设计了两类设备,分别用于监控通信和低功耗路由通信。利用RTC模块和模拟开关控制CC2530的电源,来克服ZigBee路由设备无法进入休眠的弊端,以达到降低系统整体功耗的目的。模块对外提供常用的RS232和RS485的通信接口,可以与其余工业现场设备进行连接通信。模块的下位机软件在TI的Z-Stack协议栈的基础上完成,采用多任务并行处理机制,包括协议数据转换、时间同步协议服务、无线通信、串口通信等任务,各任务之间通过设置事件标志进行同步。利用MODBUS站号和ZigBee网络地址绑定,形成地址映射表完成两个协议数据的转换,完成MODBUS网络和ZigBee无线网络的数据交互和网关功能。采用PTP精确时间同步协议完成网络节点的时间同步,在MAC层添加PTP服务的响应,并触发读取硬件时间戳信息,提高系统节点的时间同步精度。经测试表明,本文设计的模块硬件部分的发射功率达+2dBm,接收灵敏度达-98dBm,通信链路预算达100dBm,实际可靠通信距离可达100m,通过PA扩展可达1000m。低功耗模块在休眠状态实际工作电流仅为RTC芯片BL5372的400nA,模块通信速率达219kbs,通信误包率在0.1%左右,时间同步精度达+50us,且波动较小。本文设计的基于ZigBee的无线嵌入式通信模块经过量产测试,正式在市场上销售并成功应用于多种工业监控项目,市场反响良好。