ZigBee是基于IEEE802.15.4[1]的無(wú)線通信協(xié)議,具有功耗低,、自組網(wǎng),、抗干擾強(qiáng)和穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，在物聯(lián)網(wǎng)和低功耗傳感網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[2-3],。谷歌公司推出的Android[4]智能手機(jī)平臺(tái)及面向應(yīng)用開(kāi)發(fā)的SDK[5]現(xiàn)已成為眾多移動(dòng)終端應(yīng)用的基礎(chǔ),。
    參考文獻(xiàn)[6]提出一種基于云設(shè)計(jì)支持平臺(tái)的體系架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了資源安全,、穩(wěn)定和高效的利用,。參考文獻(xiàn)[7]提出了一種基于ZigBee的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在病房護(hù)理呼叫系統(tǒng)中的應(yīng)用方案。參考文獻(xiàn)[8]基于ZigBee設(shè)計(jì)了模塊化無(wú)線節(jié)點(diǎn)硬件,。參考文獻(xiàn)[9-10]對(duì)ZigBee和Android技術(shù)在智能家居中的綜合應(yīng)用進(jìn)行了研究,，充分利用物聯(lián)網(wǎng)和智能終端帶來(lái)的便利，對(duì)提高企業(yè)生產(chǎn)管理效率顯得尤為重要,。本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的企業(yè)機(jī)修工作管控系統(tǒng)提高了在生產(chǎn)車(chē)間大,、設(shè)備量大、報(bào)修率較高,、部署有線網(wǎng)絡(luò)難的生產(chǎn)型企業(yè)信息化管理水平和管理效率,，從而使機(jī)修工作實(shí)現(xiàn)信息化和智能化管理控制,。
1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)
   系統(tǒng)包括三個(gè)層次，分別是用戶訪問(wèn)層,、數(shù)據(jù)服務(wù)層和ZigBee網(wǎng)絡(luò)層,。如圖1所示。

　用戶訪問(wèn)層為系統(tǒng)用戶提供系統(tǒng)訪問(wèn)服務(wù),，用戶可以通過(guò)Android智能手機(jī)終端和瀏覽器客戶端訪問(wèn)系統(tǒng),。通過(guò)Android智能手機(jī)終端的用戶主要是機(jī)修負(fù)責(zé)人和機(jī)修工人，機(jī)修負(fù)責(zé)人通過(guò)終端可以及時(shí)收到機(jī)修工作任務(wù),，并通過(guò)終端將任務(wù)分派給機(jī)修工人,。機(jī)修工人通過(guò)Android智能手機(jī)終端接收到任務(wù)后，根據(jù)上報(bào)的機(jī)修信息及時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行維修工作,，待維修結(jié)束后,，通過(guò)終端進(jìn)行確認(rèn)。整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)同步記入數(shù)據(jù)庫(kù),，管理員可以通過(guò)瀏覽器客戶端進(jìn)行任務(wù)查看,、信息維護(hù)、工作量統(tǒng)計(jì)核算等工作,。
    數(shù)據(jù)服務(wù)層對(duì)用戶訪問(wèn)層提供數(shù)據(jù)服務(wù),，借助數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)為上層提供服務(wù)，同時(shí)對(duì)下層提供接入服務(wù),。
    ZigBee網(wǎng)絡(luò)層包括ZigBee協(xié)調(diào)器,、ZigBee路由器和上報(bào)呼叫器三類設(shè)備。三者之間通過(guò)ZigBee協(xié)議進(jìn)行組網(wǎng),，信息最終通過(guò)ZigBee協(xié)調(diào)器連接接入管理服務(wù),。ZigBee路由器和上報(bào)呼叫器分布在企業(yè)的生產(chǎn)車(chē)間，便于員工通過(guò)呼叫上報(bào)器進(jìn)行任務(wù)上報(bào),。
2 ZigBee接入層設(shè)計(jì)
2.1 ZigBee模塊設(shè)計(jì)
   在ZigBee網(wǎng)絡(luò)接入層的三種設(shè)備中,，ZigBee協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)配置啟動(dòng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，是IEEE 802.15.4中定義的全功能設(shè)備,。ZigBee路由器和上報(bào)呼叫器為終端設(shè)備,。
　ZigBee模塊的芯片采用美國(guó)德州儀器T1公司的CC2530[11]芯片，相比CC2430[12]在內(nèi)存,、RF性能等方面有所改進(jìn),，該芯片集成了很好的RF收發(fā)器,同時(shí)集成了業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051 CPU,具有256 KB可編程閃存和8 KB的RAM,是一個(gè)真正符合IEEE 802.15.4規(guī)范和ZigBee RF4CE的片上系統(tǒng)解決方案。CC2530外接耦合電容,、電感,，配備天線,構(gòu)成了ZigBee無(wú)線通信模塊。
2.2 硬件設(shè)備設(shè)計(jì)
　ZigBee網(wǎng)絡(luò)接入層的硬件設(shè)備包括ZigBee協(xié)調(diào)器,、ZigBee路由器和上報(bào)呼叫器,。三種設(shè)備采用統(tǒng)一的CC2530芯片和2.4 GHz放大器,，如圖2所示。除此之外每個(gè)設(shè)備具有自己的功能模塊,。
    ZigBee協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)選擇系統(tǒng)工作通信及網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符,，建立基于ZigBee的通信網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)增加路由節(jié)點(diǎn)擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍,。協(xié)調(diào)器通過(guò)RS232串口與上位機(jī)接入管理服務(wù)器主機(jī)相連,。ZigBee協(xié)調(diào)器包括SP232芯片、CC2530芯片,、2.4 GHz放大器和供電模塊等,。采用SP3232EEA對(duì)TTL電平和RS232電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換，AC220 V通過(guò)AC/DC轉(zhuǎn)換輸出DC5 V電壓為整個(gè)模塊供電,，主要模塊組成如圖2所示,。

    ZigBee路由器負(fù)責(zé)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的組建，具有數(shù)據(jù)通信等功能,。其設(shè)計(jì)和協(xié)調(diào)器基本相同,，但不包括SP232EEA模塊，不需要串口轉(zhuǎn)接,。
    上報(bào)呼叫器是ZigBee網(wǎng)絡(luò)接入層的終端設(shè)備,，是系統(tǒng)的基本單元。將其設(shè)計(jì)成按鍵形式,，通過(guò)按下按鍵,，把信息傳輸?shù)絑igBee協(xié)調(diào)器。上報(bào)呼叫器主要包括用戶按鍵,、CC2530模塊,、2.4 GHz放大器和電源供電模塊。用戶按鍵模塊負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)按鍵狀態(tài),，分別是“呼叫”和“取消”兩個(gè)按鍵。當(dāng)生產(chǎn)員工按下按鍵時(shí),，信號(hào)傳入CC2530的輸入/輸出端口,；CC2530模塊負(fù)責(zé)與ZigBee網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線通信，采用單極子諧振天線,，長(zhǎng)度設(shè)計(jì)成電子波長(zhǎng)的1/4,，并整合到PCB板中；電源供應(yīng)模塊與路由器,、協(xié)調(diào)器設(shè)計(jì)不同,該模塊采用3.6 V的2 000 mA鋰電池供電,，借助AMS11173.3為CC2530提供工作電源，理論工作時(shí)間可以達(dá)到6年,；2.4 GHz放大器可以增加ZigBee通信距離,，空曠條件下可以達(dá)到2 000 m,。
3 軟件設(shè)計(jì)
3.1 接入管理服務(wù)
    接入管理服務(wù)主要包括兩方面功能，一是接入服務(wù),，即與ZigBee協(xié)調(diào)器的串口通信,，接收呼叫信號(hào)并與數(shù)據(jù)庫(kù)建立聯(lián)系；二是終端服務(wù),，該服務(wù)為Android智能手機(jī)提供數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù),。
    接入服務(wù)是一個(gè)后臺(tái)服務(wù)，實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)串口信號(hào),，并實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)庫(kù),。接入服務(wù)分為兩種服務(wù)模式:(1)按鍵注冊(cè)模式，該模式主要是為了完成按鍵的注冊(cè),，所有接入系統(tǒng)的按鍵在初次使用時(shí)都必須首先通過(guò)注冊(cè)登記到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中,，接入服務(wù)基本流程如圖3(a)所示。(2)按鍵服務(wù)模式,，該模式實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)按鍵的上報(bào)呼叫信息,是整個(gè)系統(tǒng)在投入實(shí)際運(yùn)行后的常態(tài),按鍵服務(wù)流程如圖3(b)所示,。

3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)
    系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的主要實(shí)體包括呼叫按鍵、機(jī)修片區(qū)(分廠),、用戶,、用戶類別、設(shè)備信息和機(jī)修記錄,。
    每一個(gè)呼叫按鍵屬于一個(gè)機(jī)修片區(qū),，每個(gè)機(jī)修片區(qū)由一個(gè)用戶（機(jī)修負(fù)責(zé)人）負(fù)責(zé)。當(dāng)一個(gè)呼叫記錄產(chǎn)生時(shí),，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)呼叫按鍵所屬片區(qū),，把報(bào)修信息報(bào)告給相應(yīng)的負(fù)責(zé)人。
3.3 用戶訪問(wèn)層
    Android智能手機(jī)客戶端的用戶角色有機(jī)修負(fù)責(zé)人和機(jī)修工人,。機(jī)修負(fù)責(zé)人可以進(jìn)行新到任務(wù)查看,、任務(wù)的派修、維修,機(jī)修工人可以進(jìn)行維修和請(qǐng)求另外派修,。
    瀏覽器客戶端提供了基于Web的信息管理和維護(hù),，通過(guò)Web頁(yè)面可以對(duì)系統(tǒng)中的用戶、設(shè)備,、機(jī)修片區(qū)等信息進(jìn)行增加,、刪除、修改和查詢等操作,，還可對(duì)系統(tǒng)的機(jī)修數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)查看分析,，如可以統(tǒng)計(jì)每個(gè)工人的機(jī)修工作量、任務(wù)相應(yīng)時(shí)間、平均維修時(shí)間等,，從而對(duì)機(jī)修工人的工作進(jìn)行績(jī)效考核,，為企業(yè)提高機(jī)修效率提供數(shù)據(jù)支持。
3.4 機(jī)修狀態(tài)轉(zhuǎn)換
    機(jī)修記錄的狀態(tài)包括新任務(wù)S,、已派修B,、維修中M、已修好Y,、另派修O,、未修好N。其中已修好和未修好屬于結(jié)束狀態(tài),。狀態(tài)轉(zhuǎn)換如圖4所示,，狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件如下：

    (1)機(jī)修負(fù)責(zé)人進(jìn)行任務(wù)分配。
    (2)機(jī)修工人通過(guò)智能終端掃描輸入或手工輸入維    修設(shè)備的設(shè)備ID,。
    (3)機(jī)修工人無(wú)法解決問(wèn)題,，請(qǐng)求負(fù)責(zé)人另外派工人處理。
    (4)機(jī)修負(fù)責(zé)人進(jìn)行任務(wù)再分配,。
    (5)機(jī)修負(fù)責(zé)人確認(rèn)機(jī)修工作無(wú)法進(jìn)行,，宣布結(jié)束任務(wù)。
    (6)機(jī)修工人確認(rèn)機(jī)修工作無(wú)法進(jìn)行,掃描確認(rèn)人(一般為報(bào)修人)條形碼標(biāo)識(shí),，宣布結(jié)束任務(wù),。
    (7)機(jī)修工人成功完成機(jī)修工作，掃描確認(rèn)人(一般為報(bào)修人)條形碼標(biāo)識(shí),，宣布結(jié)束任務(wù),。
3.5 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信協(xié)議
    用戶訪問(wèn)層和數(shù)據(jù)服務(wù)層之間的數(shù)據(jù)通信采用JSON數(shù)據(jù)格式。JSON是一種輕量級(jí)數(shù)據(jù)交換格式,，獨(dú)立于編程語(yǔ)言,，可以構(gòu)建對(duì)象和數(shù)組兩種基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。Java中的JSONObject和JSONArray類為JSON格式數(shù)據(jù)的封裝和解析提供了方便,。
    系統(tǒng)通過(guò)JSON格式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信,，比如維修記錄的JSON數(shù)組格式如下：
 　[{機(jī)修記錄1}, {機(jī)修記錄2}，...{機(jī)修記錄n}]
     每個(gè)機(jī)修記錄格式如下：
　  {"記錄ID": "131000101","呼叫時(shí)間":"2013-06-27 12:43:07","開(kāi)始時(shí)間":"2013-06-27 12:48:53","機(jī)修狀態(tài)":"M","結(jié)束時(shí)間":"故障原因":"鏈條斷裂","機(jī)修工":"10001","設(shè)備ID":"1206091000201"}
4 測(cè)試
　Android智能手機(jī)客戶端以列表形式展示任務(wù),，系統(tǒng)采用“常使用,，優(yōu)先顯示”的原則，在機(jī)修負(fù)責(zé)人主界面上設(shè)立了3個(gè)列表,，分別是未派修、未修好和全部,，如圖5(a)所示,。未派修選項(xiàng)卡下列出的是“新任務(wù)-S”的機(jī)修記錄，未修好列出的是狀態(tài)為“未修好-N”的機(jī)修記錄,，全部則顯示當(dāng)前用戶有權(quán)限查看的全部記錄,。
   當(dāng)有報(bào)修任務(wù)時(shí),，系統(tǒng)會(huì)主動(dòng)推送到Android智能手機(jī)客戶端，顯示任務(wù)提醒如圖5(a)所示,。對(duì)于新到任務(wù)機(jī)修負(fù)責(zé)人通過(guò)“查看詳情”按鈕查看詳情,，也可以通過(guò)觸摸點(diǎn)擊未派修列表中的條目進(jìn)行查看詳情，進(jìn)入任務(wù)分派界面,， 如圖5(b)所示,。機(jī)修負(fù)責(zé)人可以通過(guò)選擇機(jī)修工人后， 點(diǎn)擊“指派”按鈕把任務(wù)派給指定的機(jī)修工人,。

    與機(jī)修負(fù)責(zé)人的界面略有不同,，機(jī)修工人的Android智能手機(jī)客戶端主界面包括待維修、維修中和全部3個(gè)選項(xiàng)卡,。待維修列表列出了機(jī)修負(fù)責(zé)人指派給自己的任務(wù),，機(jī)修工人同樣可以通過(guò)查看詳情或點(diǎn)擊列表?xiàng)l目進(jìn)入準(zhǔn)備維修界面，如圖5(c)所示,。通過(guò)掃描或手工輸入設(shè)備的條碼確認(rèn)維修任務(wù)開(kāi)始,，此時(shí)機(jī)修狀態(tài)轉(zhuǎn)為維修中，待機(jī)修工人維修結(jié)束后,，通過(guò)掃描確認(rèn)人的工作條碼進(jìn)行維修工作確認(rèn),，如圖5(d)所示。
    本文把移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)機(jī)修工作管理控制過(guò)程之中,，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了企業(yè)機(jī)修工作管控系統(tǒng),。系統(tǒng)具有靈活部署特點(diǎn)，特別適用于設(shè)備量大,、報(bào)修率較高,、部署有線網(wǎng)絡(luò)難的生產(chǎn)型企業(yè)提高信息化管理水平和管理效率。測(cè)試結(jié)果表明,，系統(tǒng)運(yùn)行良好,。
參考文獻(xiàn)
[1] LAN/MAN Standards Committee of the IEEE Computer  Society. IEEE Std 802.15.4-2006 wireless medium access control(MAC) and physical layer(PHY) specifications for lowrate wireless personal area networks(LR-WPANs)[S].New York: the IEEE Inc., 2006.
[2] 瞿稻,楊繼峰,陳偉,等. ZigBee和Android的智能移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用, 2012,12(6):10-12.
[3] 許馳,李新春.基于ZigBee-WSN的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用, 2012,12(6):36-39.
[4] Android Web site[EB/OL].(2013-09-16)[2014-0110].http://www.android.com.
[5] Android SDK document [EB/OL]. (2013-09-16)[2014-01-10].http://developer.android.com/sdk/index.html.
[6] 魏軼彬,田凌．基于企業(yè)服務(wù)總線的云設(shè)計(jì)平臺(tái)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代制造工程, 2012(8):1-4.
[7] 滕志軍,屈銀龍,趙雷.ZigBee在病房護(hù)理呼叫系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2011,37(11):52-54.
[8] 石繁榮, 黃玉清, 任珍文.基于ZigBee的多傳感器物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線檢測(cè)系統(tǒng)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2013,39(3):96-99.
[9] 陳穎瑩. ZigBee+Arduino+Android圓夢(mèng)智能家庭[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2011,37(8):2-2.
[10] 劉敏,譚守標(biāo),陳軍寧.基于Android平臺(tái)和Zigbee術(shù)新型智能家居系統(tǒng)[J]. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用, 2012,21(12):133-136.
[11] 任珍文,黃玉青.基于CC2530的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺(tái)[J].電子技術(shù)應(yīng)用, 2012,38(10)122-125.
[12] 寧炳武,劉軍民.基于CC2430的ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用, 2008,34(3):95-99.