目前，許多領域都需要對水位、油罐液位、鍋爐液位等進行監控。然而，傳統的液位控制系統中工業現場和控制室之間都是通過有線模式進行信號傳輸，缺陷非常明顯，其安裝、調試成本高，鋪設線纜麻煩，其他干擾因素繁雜。

　　為了解決傳統液位控制系統中有線模式帶來的麻煩，采用基于ZigBee短距離無線通信方式的液位過程控制實驗平臺，可以克服目前有線模式的不足，降低安裝、調試、維護的成本，因此，它必將成為未來過程控制實驗平臺市場中的主流。

　　ZigBee核心技術可以歸結為無線傳感器網絡技術，該技術具有低成本、低功耗、方便擴展等優點，它的網絡結構靈活多變，傳感監測范圍廣，無需接線即可隨時增加監測點。因此，無線傳感網絡在軍事、農業、工業、醫學、家居生活及娛樂方而有著廣闊的應用前景。

　　本系統是在基于ZigBee的無線傳感器網絡技術的基礎上設計的無線液位過程控制裝置，符合傳感器智能化、無線化、網絡化的發展趨勢。

　　1 系統總體設計

　　本系統通過ZigBee無線技術將CS—E型液位過程控制裝置的信息傳輸到數據庫中。一方面，操控人員和用戶可以通過PC機應用程序或者網頁形式訪問數據庫，從而實時監測液位傳感器信息。另一方面，操作人員還可以通過PC機發送控制指令，控制指令通過ZigBee網絡到達液位控制節點，然后通過執行器達到液位控制之目的。其液位過程控制裝置結構圖如圖1所示。

　　
圖1 液位過程控制裝置結構圖

　　圖2　系統框圖

　　2 系統硬件集成設計

　　無線液位過程控制系統主要由液位傳感器、控制執行機構、無線數據傳輸（終端節點）、中心控制、上位機液位顯示等部分組成，其系統框圖如圖2所示。

　　液位傳感器采集的液位數據可通過串口傳送給終端節點，終端節點再通過無線數據傳輸方式發送給中心控制，中心控制結合上位機應用程序來實時顯示液位數據。

　　根據功能劃分，本系統主要由終端節點和中心控制組成。終端節點主要完成液位數據的采集、控制執行和無線傳輸功能。中心控制主要完成數據處理、液位顯示、控制命令生成及發布等功能。

　　終端節點主要由ZigBee節點、閥門、電源、天線、液位傳感器等部分組成。本系統選用CS—E型壓力液位變送器，由液位傳感器采集的液位數據經終端節點通過無線傳輸的方式發送給中心節點。系統從中心節點接收控制信號并經上位機判斷處理后，可發送相應的控制指令對閥門進行相關控制。

　　中心控制主要由ZigBee協調器、路由器、電源、天線、上位機液位顯示等部分組成。ZigBee協調器負責將所有ZigBee節點組網，路由器用于擴展無線傳輸距離。終端節點將采集到的液位數據，經路由節點轉發送給ZigBee協調器，協調器再通過串口方式傳送到后臺數據庫，最后利用上位機對數據進行判斷處理后顯示液位數據，同時生成相應控制指令并將其發送給終端節點。

　　ZigBee節點和協調器芯片均選用CC2530。CC2530是一個兼容IEEE 802.15.4的真正的片上系統，可支持專有的802.15A以及ZigBee、ZigBee PRO和ZigBeeRF4CE標準。

 　　3 系統軟件設計與開發

　　根據液位監控的要求，可分別設計基于C/S、B/S模式的監控程序，實時顯示液位值、閥門開度等參數。系統總程序流程圖如圖3所示，監控程序效果圖如圖4和圖5所示。

　　
圖3 程序流程圖

圖4 C/S模式上位機監控軟件

　　圖5　B/S模式網頁監控中心

　　4 結語

　　本設計的最大意義和亮點在于將ZigBee無線傳感技術引入到傳統的有線模式液位過程控制實驗平臺，從而克服了目前有線模式的一些弊端，同時降低了安裝、調試、維護的成本。這是國內首次將ZigBee無線傳感技術運用到液位過程的控制實驗平臺，本設計可以說是過程控制領域一個重要的模式變革，必將對過程控制領域產生一定的影響。