一種基于多路WiFi的大功率逆變電源動(dòng)態(tài)組網(wǎng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于多路WiFi的大功率逆變電源動(dòng)態(tài)組網(wǎng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 大功率逆變電源的無(wú)線群控系統(tǒng)具有智能監(jiān)視、智能控制、智能診斷、智能決策、 智能維護(hù)等特點(diǎn)，已成為推動(dòng)現(xiàn)代制造工業(yè)快速發(fā)展，提高作業(yè)效率的重要保障，是當(dāng)前的 研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。在無(wú)線群控系統(tǒng)研發(fā)過(guò)程中，動(dòng)態(tài)組網(wǎng)技術(shù)是核心瓶頸。以煤機(jī)行業(yè)液 壓支架所使用大功率逆變電源焊接為例，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊接尺寸不易保證，易產(chǎn)生焊接 變形等特點(diǎn)，必須對(duì)焊接電流、電弧電壓、焊接速度等進(jìn)行合理匹配，才能保證焊縫質(zhì)量，減 少焊接缺陷。本發(fā)明可以對(duì)車間內(nèi)多臺(tái)焊機(jī)工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制，通過(guò)焊機(jī)管理 的信息化有利于加強(qiáng)焊接產(chǎn)品質(zhì)量管理，逆變電源群控系統(tǒng)的實(shí)施對(duì)于統(tǒng)一焊接規(guī)范，追 蹤質(zhì)量問(wèn)題有重要意義。同時(shí)逆變電源群控系統(tǒng)也增強(qiáng)了設(shè)備的故障診斷能力，一旦設(shè)備 發(fā)生故障，系統(tǒng)能夠在最短時(shí)間內(nèi)定位故障點(diǎn)。
[0003]然而，大功率逆變電源中高頻變壓器漏磁，控制系統(tǒng)振蕩，高頻引弧，功率管高 頻開(kāi)關(guān)，會(huì)使工作現(xiàn)場(chǎng)存在各種強(qiáng)烈的高頻干擾和隨機(jī)擾動(dòng)，這對(duì)無(wú)線動(dòng)態(tài)組網(wǎng)的可靠性 和實(shí)時(shí)性提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。目前，大功率逆變電源無(wú)線群控裝置，使用傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)方法， 即每個(gè)逆變電源無(wú)線終端只有一個(gè)無(wú)線模塊，當(dāng)該條無(wú)線網(wǎng)絡(luò)受到干擾時(shí)，就會(huì)與服務(wù)器 連接斷開(kāi)，需要重新根據(jù)組網(wǎng)方法建立新的連接，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性難以保證，目前常 采用增大無(wú)線信號(hào)發(fā)射功率或縮短無(wú)線傳輸距離的方法提高數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性和可靠性。
[0004]本發(fā)明使用ESP8266WiFi通信模塊以WiFi方式無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)，它支持802. llb/g/ n協(xié)議，通過(guò)內(nèi)置TCP/IP協(xié)議與其他設(shè)備建立連接，方便接入局域網(wǎng)或Internet，方便與諸 如手機(jī)等智能終端相連，極大擴(kuò)展了它的使用范圍。本發(fā)明使用多個(gè)置于不同位置的無(wú)線 中心路由器，各無(wú)線終端通過(guò)距離向量算法（DV)，分別建立網(wǎng)絡(luò)1，網(wǎng)絡(luò)2到網(wǎng)絡(luò)N的多重 網(wǎng)絡(luò)。圖1以建立兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)為例描述了總體結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)設(shè)置了兩個(gè)不同位置的無(wú)線中心路 由器1和無(wú)線中心路由器2,建立網(wǎng)絡(luò)1和網(wǎng)絡(luò)2,各無(wú)線終端通過(guò)距離向量算法分別連接 網(wǎng)絡(luò)1和網(wǎng)絡(luò)2,網(wǎng)絡(luò)1和網(wǎng)絡(luò)2結(jié)構(gòu)如圖3所示，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)在最大程度上實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)。本 專利基本實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)1和網(wǎng)絡(luò)2的無(wú)重疊，大大降低了因強(qiáng)干擾導(dǎo)致的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)異常 的可能，極大提尚了系統(tǒng)的可靠性。
[0005] 專利號(hào)為200810119675. 2基于Zigbee的雙通道無(wú)線傳感終端的組網(wǎng)方法發(fā)明專 利，使用了 CC2430芯片通過(guò)Zigbee無(wú)線方式建立兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。Zigbee是一種低速 率，低功耗的無(wú)線解決方案，其最高傳輸速率只有0. 25Mb/S，不支持802. 11協(xié)議，開(kāi)發(fā)難度 大，中心節(jié)點(diǎn)需使用Zigbee專用轉(zhuǎn)換設(shè)備，無(wú)線模塊價(jià)格和中心節(jié)點(diǎn)價(jià)格高昂。而WiFi是 目前應(yīng)用最為廣泛的無(wú)線傳輸方式，它是一種高速率高可靠性的無(wú)線傳輸解決方案，其最 高傳輸速率可達(dá)54Mb/S，可以傳輸音視頻媒體，支持802. 11協(xié)議，可以通過(guò)TCP/IP連接連 入局域網(wǎng)或因特網(wǎng)，中心節(jié)點(diǎn)使用普通路由器，價(jià)格低廉。原專利雖建立了兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)，兩個(gè) 網(wǎng)絡(luò)卻共享一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)有很大的重疊部分，當(dāng)遇到強(qiáng)干擾時(shí)，重疊的兩 個(gè)網(wǎng)絡(luò)路徑也會(huì)因相同干擾而同時(shí)斷開(kāi)，數(shù)據(jù)傳輸可靠性難以保證。原專利中心節(jié)點(diǎn)使用 Zigbee轉(zhuǎn)串口的方式連接上位機(jī)，需要鋪設(shè)專用通信線路，不能遠(yuǎn)程傳輸，使其網(wǎng)絡(luò)性能大 打折扣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，提出了基于多路WiFi的大功率逆變電源群控動(dòng)態(tài)組 網(wǎng)方法，本方法利用WiFi方式傳輸數(shù)據(jù)，中心節(jié)點(diǎn)使用無(wú)線路由器，可以方便地接入企業(yè) 局域網(wǎng)或Internet，以連接遠(yuǎn)程服務(wù)器和客戶端，極大擴(kuò)展了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)性能，無(wú)需鋪設(shè)專 用線路，在企業(yè)原有局域網(wǎng)基礎(chǔ)上就可完成升級(jí)改造。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0008] -種基于多路WiFi的大功率逆變電源群控動(dòng)態(tài)組網(wǎng)方法，包括以下步驟：
[0009] (1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工藝、成本、可靠性和實(shí)時(shí)性要求，確定WiFi網(wǎng)絡(luò)個(gè)數(shù)N;
[0010] (2)根據(jù)WiFi網(wǎng)絡(luò)個(gè)數(shù)N，每個(gè)逆變電源無(wú)線終端設(shè)置N個(gè)WiFi模塊，服務(wù)器設(shè) 置N個(gè)路由器；
[0011] (3)每個(gè)逆變電源無(wú)線終端使用對(duì)數(shù)-常態(tài)分布模型估算相鄰逆變電源無(wú)線終端 距離，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)；
[0012] (4)每個(gè)逆變電源無(wú)線終端建立一個(gè)距離矢量表，然后通過(guò)相鄰逆變電源無(wú)線終 端之間的距離矢量進(jìn)行距離矢量表的更新；
[0013] (5)根據(jù)距離矢量表的更新結(jié)果，將網(wǎng)絡(luò)中所有逆變電源無(wú)線終端所獲得的距離 矢量信息在各逆變電源無(wú)線終端上統(tǒng)一，構(gòu)建整體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使所有逆變電源無(wú)線終 端以距離不同路由器最短距離或時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)N個(gè)不同連接路徑連接服務(wù)器，形成N個(gè) WiFi網(wǎng)絡(luò)；
[0014] (6)對(duì)每個(gè)網(wǎng)絡(luò)包含的逆變電源無(wú)線終端發(fā)送心跳包，測(cè)試網(wǎng)絡(luò)是否正常，如果正 常，則傳輸數(shù)據(jù)，如果異常，則重構(gòu)該網(wǎng)絡(luò)。
[0015] (7)當(dāng)一條數(shù)據(jù)信息經(jīng)多路網(wǎng)絡(luò)到達(dá)云服務(wù)器或逆變電源無(wú)線終端后，服務(wù)器或 逆變電源無(wú)線終端將各路網(wǎng)絡(luò)得到的數(shù)據(jù)信息用校驗(yàn)算法校驗(yàn)，確認(rèn)無(wú)誤后獲得該條信息 內(nèi)容。
[0016] 所述步驟（1)中，具體方法為：具體WiFi網(wǎng)絡(luò)個(gè)數(shù)N需根據(jù)實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)和工藝、成 本、可靠性和實(shí)時(shí)性要求多因素考慮：
[0017]
其中Ki為比例系數(shù)，T i為工藝、成本、可靠性和實(shí)時(shí)性要求。
[0018] 所述步驟（2)中，每個(gè)逆變電源無(wú)線終端包括處理器和N個(gè)WiFi模塊，其中，每個(gè) WiFi模塊分別通過(guò)不同的串口連接處理器。
[0019] 所述步驟（3)中，逆變電源無(wú)線終端開(kāi)始工作時(shí)，處理器分別通過(guò)不同的串口向 各個(gè)WiFi模塊發(fā)送AT指令，查詢?cè)撃孀冸娫礋o(wú)線終端搜索到周圍的SSID及其RSSI值，通 過(guò)距離向量算法計(jì)算出距離N個(gè)無(wú)線中心路由器的最短路徑，建立不同的TCP/IP連接網(wǎng) 絡(luò)，從而連接中心服務(wù)器。
[0020] 所述步驟（4)中，WiFi模塊獲得周圍WiFi接收的信號(hào)強(qiáng)度值，使用對(duì)數(shù)-常態(tài)分 布模型估算相鄰逆變電源無(wú)線終端距離，其路徑損耗模型如下：
[0021]
[0022] PL(d)為經(jīng)過(guò)距離d后的路徑損耗，為經(jīng)過(guò)距離d。后的路徑損耗，X。為平 均值為〇的高斯分布隨機(jī)變數(shù)，其標(biāo)準(zhǔn)差范圍為2到5,式中k的范圍在2到5之間，通過(guò)上 式得到相鄰無(wú)線終端之間的距離d。
[0023] 所述步驟⑷中，每個(gè)距離矢量表項(xiàng)包括兩部分：到達(dá)目的中心路由器結(jié)點(diǎn)的最 佳路徑，和到達(dá)目的中心路由器結(jié)點(diǎn)所需時(shí)間或距離，其它每個(gè)逆變電源無(wú)線終端在表中 占據(jù)一個(gè)表項(xiàng)，并作為該表項(xiàng)的索引。
[0024] 所述步驟（5)中，每隔設(shè)定時(shí)間，路由器會(huì)向所有鄰居結(jié)點(diǎn)發(fā)送它到每個(gè)目的結(jié) 點(diǎn)的距離表，同時(shí)它也接收每個(gè)鄰居結(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的距離表，重復(fù)動(dòng)作，待運(yùn)行穩(wěn)定后，便將網(wǎng) 絡(luò)中所有無(wú)線終端所獲得的距離矢量信息在各無(wú)線終端上統(tǒng)一起來(lái)，這樣各路由器只需要 查看這個(gè)距離矢量表就能尋找距離不同中心路由器最短距離或時(shí)間，從而構(gòu)建N個(gè)WiFi網(wǎng) 絡(luò)。
[0025] 一種基于多路WiFi的大功率逆變電源動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，包括中心服務(wù)器、N個(gè)路由器和 N個(gè)逆變電源無(wú)線終端，其中，逆變電源無(wú)線終端包括了處理器和N個(gè)WiFi模塊，每個(gè)逆變 電源無(wú)線終端使用對(duì)數(shù)-常態(tài)分布模型估算相鄰逆變電源無(wú)線終端距離，將網(wǎng)絡(luò)中所有逆 變電源無(wú)線終端所獲得的距離矢量信息在各逆變電源無(wú)線終端上統(tǒng)一，構(gòu)建整體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?結(jié)構(gòu)，使所有逆變電源無(wú)線終端以距離不同路由器最短距離或時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)N個(gè)不同 連接路徑連接服務(wù)器，形成N個(gè)WiFi網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)。
[0026] 所述N多2,為整數(shù)，根據(jù)實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)和工藝、成本、可靠性和實(shí)時(shí)性計(jì)算得到，
其中I為比例系數(shù)，Ti為工藝、成本、可靠性和實(shí)時(shí)性要求。
[0027] 所述處理器為Cortex-M3 STM32, WiFi模塊為ESP8266WiFi模塊，所述服務(wù)器為云 服務(wù)器。
[0028] 本發(fā)明的有益效果為：
[0029] (1)本方法充分利用距離向量組網(wǎng)方法同時(shí)建立了多個(gè)WiFi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了逆 變電源無(wú)線終端的群控；
[0030] (2)抗干擾性強(qiáng)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)最短路徑組網(wǎng)方法建立了多個(gè)WiFi網(wǎng)絡(luò)，極大增 加了系統(tǒng)抗干擾能力；
[0031] (3)靈活性高，本方法可以實(shí)現(xiàn)大功率逆變電源動(dòng)態(tài)組網(wǎng)，相對(duì)位置變化時(shí)系統(tǒng)也 可正常工作；
[0032] (4)通用性強(qiáng)，WiFi的大規(guī)模使用，使得系統(tǒng)通用性大大增強(qiáng)，極大方便拓展和后 續(xù)開(kāi)發(fā)；
[0033] (5)實(shí)時(shí)性高，多路WiFi網(wǎng)絡(luò)比單層網(wǎng)絡(luò)傳輸速度高且穩(wěn)定，不易發(fā)生在單層網(wǎng) 絡(luò)里很常見(jiàn)的丟包、斷線后需重新連接等情況，實(shí)時(shí)性大為提高；
[0034] (6)信息化程度高，中心無(wú)線路由器直接將數(shù)據(jù)通過(guò)局域網(wǎng)或Internet傳輸?shù)饺?控服務(wù)器，管理部門通過(guò)BS/CS方式訪問(wèn)群控服務(wù)器，極大方便了信息化管理。
【附圖說(shuō)明】
[0035] 圖1為本發(fā)明的N = 2時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036] 圖2為N = 2時(shí)大功率逆變電源無(wú)線終端結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037] 圖3為N = 2時(shí)自組網(wǎng)絡(luò)1和網(wǎng)絡(luò)2結(jié)合示意圖；
[0038] 圖4為N個(gè)WiFi網(wǎng)絡(luò)建立及工作流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】：
[0039] 下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0040] 如圖1所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)了基于多路WiFi的大功率逆變電源群控動(dòng)態(tài)組網(wǎng)方法， 一個(gè)電焊機(jī)無(wú)線終端有兩個(gè)或多個(gè)WiFi模塊，并設(shè)置兩個(gè)或多個(gè)不同位置中心節(jié)點(diǎn)路由 器，每個(gè)逆變電源無(wú)線終端同時(shí)建立兩個(gè)或多個(gè)不同的連接路徑，這些路徑最大程度地保 持異構(gòu)無(wú)重疊，當(dāng)?shù)谝粔KWiFi模塊傳輸路徑因電磁干擾或障礙物導(dǎo)致與服務(wù)器連接異常 時(shí)，并不影響由該終端第二塊或其他WiFi