因此采用基于ZigBee数传技术的无线DCS系统是对现场工业控制领域一个有益的补充，对进行信号传输，避免布线和维护具有重要意义。

1ZigBee技术及STM32W108简介

1.1ZigBee技术

ZigBee数传技术是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率和低成本的无线网络技术。主要用于近距离无线连接，由于ZigBee无线模块的低数据速率和通信范围较小的特点，决定了ZigBee模块技术适合于承载数据流量较小的包括工业控制、工业自动化等工业领域。

1.2 STM32W108简介

STM32W108是ST公司的具有更高性能、低功耗、发射功率软件可调的系统芯片。STM32W108芯片采用硬件固化协议栈，不必移植相关的ZigBee协议栈，就可以直接利用协议栈提供的API进行二次开发。其优势主要有三点：一是在保持低功耗的基础上，采用了32位ARM Cortex-M3的微处理器，并有广泛的ARM开发工具支持；二是芯片内部带有功率放大器，发射输出功率可配置至+8 dBm，无需外部功放就可以获得较大的通信距离；三是STM32W108芯片不同版本分别固化了802.15.4 MAC、ZigBee、RF4CE等协议栈，用户可以进行符合相关标准的无线网络产品开发，大大简化产品开发的技术复杂度，增加了可靠性。

2系统总体架构

DCS系统通常分为现场控制站（级）、操作监控级和综合信息管理级三个部分，而本方案侧重现场控制站的设计。采用具有Cortex-M3内核的32位微控制器STM32W108为硬件平台，以ZigBee数传模块技术为核心，通过应用程序各个任务之间的协调来共同完成数据通信与传输。工业现场监控节点结合多种传感器进行ZigBee数据采集，将收集到数据通过WSN网络送至协调器，再由RS232串口通信送到Tiny6410网关或C/S与B/S模式的客户端，完成数据库的记录、检测。也可发送控制指令，控制指令通过ZigBee数传模块网络到达被控制节点，通过执行器达到控制现场参数目的。现场控制站数据传输示意图如图1所示。

根据数据传输链路，确定了以传感器信息为数据源，以底层节点与协调器组成WSN网络和串口通信为数据链路，网关完成数据的初步整合处理，通过人机交互终端，可以完成信息的接收展示、数据库的操作以及控制指令的下发。

3硬件设计

3.1 STM32W108ZigBee数据采集节点

ZigBee数据采集节点主要由处理器模块、传感器模块、电源模块及其他外围模块组成。STM32W108处理器模块是节点的核心，用于完成数据发送，数据处理、数据存储、执行通信协议和节点调度管理等工作；传感器模块包括各种传感器和执行器，用于感知数据和执行各种控制动作（如A/D转换）；电源是所有电子系统的基础，电源模块的设计直接关系到节点的寿命；其他外围模块包括按键、LED、低电量检测电路等，也是节点不可缺少的组成部分。

STM32W108作为核心芯片，结合多种传感器构成底层的STM32W108节点对现场环境参数进行ZigBee数据采集，并自动搜索周围的协调器、加入WSN网络并将采集到的数据集中发送至STM32W108和Tiny 6410网关，将RS 232串口数据转换成网口数据然后发送到外部网络中。STM32W108ZigBee数据采集节点原理图如图2所示。

3.2 STM32W108协调器

STM32W108协调器主要功能是ZigBee无线模块通信和人机交互，主要由ZigBee模块和键盘模块、液晶模块等模块构成。STM32W108协调器原理图如图3所示。

3.3 Tiny 6410网关

Tiny 6410网关包含多种接口和传感器节点，负责数据采集、传输及下行控制。6410网关将协调器传来的底层数据反映在液晶屏上，方便用户操作；同时将实时数据通过板载的EtherNet接口发送到以太网上，用户可登录服务器实时监测工业现场的情况。Tiny 6410网关原理图如图4所示。

4软件设计

ZigBee具备强大的设备联网功能，本方案采用ZigBee模块技术来组建无线通信平台，软件部分主要包含网关与USB-WiFi模块通信、协调器与节点间通信两部分。

4.1网关程序流程

Tiny 6410与USB-Wifi模块相连接，将ZigBee协调器上的信息通过无线的方式写到数据库服务器，Tiny 6410网关在共享数据库资源中起到重要作用。

4.2协调器与节点程序流程

STM32W108节点是WSN网络的载体，是无线DCS现场控制站的核心内容，协调器节点与传感器节点的具体工作。首先将对应的程序烧写入协调器节点及传感器节点中，然后将协调器及传感器节点进行硬件设备上电初始化，协调器开始协议栈初始化、扫描传输通道并建立网络，传感器节点检查合适的网络，加入网络后将网络地址发送给协调器，协调器收到信息后，将信息接受、处理。其协调器与节点的程序流程图如图5所示。