【優(yōu)秀論文下載】基于zigbee的遠(yuǎn)程無(wú)線抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、第27卷第1期趲?kù)o霉3胃韶怠電力|島電工FUJIANDIANLIYUDIANGONGlSSN1006一0170CN35—1174／TM基于ZigBee的遠(yuǎn)程無(wú)線抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)DesignofRemoteWirelessMeterReadingSystembasedonZigBeeTechnology連瑞紅薛毓強(qiáng)(福州大學(xué)電氣工程與肉動(dòng)化學(xué)院，福建福州350002)摘要：針對(duì)傳統(tǒng)抄表技術(shù)中存在的一些問(wèn)題，提出了基于ZigBee技術(shù)的遠(yuǎn)程無(wú)線

2、抄表系統(tǒng)。結(jié)合ZigBee特點(diǎn)和系統(tǒng)各部分的功能，建立了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。介紹了系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)通信方式及智能表、數(shù)據(jù)采集點(diǎn)務(wù)中心節(jié)點(diǎn)秘設(shè)事。關(guān)鍵詞：ZigBee；智能表；無(wú)線網(wǎng)絡(luò)；抄表系統(tǒng)Abstract：TheremotewirelessmeterreadingsystembasedonZigBeetechnologyispresentedaimatresolvetheshortcomingofthetechnologyofthet

3、raditionalmeterreadingnetworkstructureisconstructedbasedonthefeaturesoftheZigBeeandthefunctionsoftheunitofthesystemThecommunicationmodebetweentheunitsthedesignof出eintelligentmetemandthedatacollectionunitandthecentralnode

4、areintroducedKeywords：ZigBee；intelligentmeter；wirelessnetwork；meterreadingsystem中圖分類(lèi)號(hào)：TM931文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006—0170(2007)01—0025—03水、電、氣三表數(shù)據(jù)通常采用傳統(tǒng)的手工和半乎工方式抄送。存在蓿費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)用高等問(wèn)題。因此，實(shí)現(xiàn)三表數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄送，具有分重要盼現(xiàn)實(shí)意義。ZigBee技術(shù)是近年來(lái)興起的一種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

5、通信技泰標(biāo)準(zhǔn)。它是一種低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低殘本盛數(shù)據(jù)可靠性高的雙向無(wú)線通信技術(shù)，主要用于自動(dòng)、遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域及家用設(shè)備聯(lián)網(wǎng)?；赯igBee的技術(shù)特點(diǎn)以及抄表系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸要求，本文提凄了采瘸ZigBee無(wú)線網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)本地?cái)?shù)據(jù)采集，并通過(guò)GPRS、CDMA、以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與中心站數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆桨?，有效解決傳統(tǒng)抄表系統(tǒng)存在酌一些聞蹶；著重介紹了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)通信方式及系統(tǒng)中各相關(guān)設(shè)備單元的設(shè)量。1基于ZigBee技術(shù)的抄表系統(tǒng)的

6、整體結(jié)構(gòu)基予ZigBee懿無(wú)線抄表系統(tǒng)主要凌終端智能表(本文把終端水表、電表、氣表統(tǒng)稱(chēng)為終端智能表)、中心節(jié)點(diǎn)、抄襲中心等構(gòu)成。由于三表系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)糯皴，因此，本文以電表為綢，說(shuō)驥單個(gè)表系統(tǒng)的整體構(gòu)架與工作原理?；赯igBee技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)有3種：隰型網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)、簇型網(wǎng)絡(luò)。通常小區(qū)中使用星塑網(wǎng)絡(luò)即可形成一個(gè)由中心節(jié)點(diǎn)和終端智能表組成的抄表系統(tǒng)無(wú)線隧絡(luò)。考慮到小醫(yī)孛鴦的智能表離中心節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)傳輸可靠性低，因此，采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。即在距

7、中心節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)的單元樓中設(shè)置一個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)。起到數(shù)據(jù)上摶下送的功麓，基數(shù)據(jù)采集點(diǎn)之聞可以互櫻通信。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)框圖一25—萬(wàn)方數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)時(shí)MCU將所要發(fā)送的數(shù)據(jù)通過(guò)SPI寫(xiě)入發(fā)送緩沖囂孛(發(fā)送數(shù)據(jù)的頭摟程羧檢測(cè)序列患MCl3192產(chǎn)生)，并將MCl3192置為發(fā)送狀態(tài)，RXTXEN腳為高電平，即可開(kāi)始發(fā)送。接收數(shù)據(jù)時(shí)。MCU逶過(guò)孛斷線IRQ潑及寄存器中懿狀態(tài)霹辯數(shù)據(jù)從MCl3192的天線接收進(jìn)來(lái)，緩沖區(qū)中的數(shù)掇，則通過(guò)s

8、PI讀取。軟俘設(shè)計(jì)可溢使用飛卡爾思配套的Codewarrior集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，MCU上需要集成的IEEE80215。4MAC層的協(xié)議和簡(jiǎn)單的ZigBee協(xié)議可直接采霜飛爾卡愚編寫(xiě)好鵑協(xié)議韁籜。應(yīng)黑層軟件設(shè)計(jì)主要完成串口的初始化和對(duì)MCl3192的參數(shù)設(shè)置。規(guī)始化時(shí)，使MCl3192處于休眠狀態(tài)，并將RXTXEN置鴦接收狀態(tài)。只有當(dāng)中心節(jié)點(diǎn)廣播信標(biāo)幀時(shí)，才被喚醒；當(dāng)接收完畢后，根據(jù)地址校驗(yàn)結(jié)果，轉(zhuǎn)相應(yīng)的服務(wù)子程序。如果校驗(yàn)結(jié)果正確，則轉(zhuǎn)發(fā)送

9、數(shù)據(jù)、巾斷子程穿，錯(cuò)誤更|j重新進(jìn)入體眠狀態(tài)，并等待下一次的激活。4基子ZigBee的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)在無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中主要充當(dāng)中繼器，將中心節(jié)點(diǎn)發(fā)送的指令轉(zhuǎn)發(fā)給終端鏹能表，或?qū)⒔K端智熊表的數(shù)據(jù)上傳給中心節(jié)點(diǎn)，從而使網(wǎng)絡(luò)具有延伸性，傳輸?shù)木嚯x更遠(yuǎn)。通信時(shí)，數(shù)據(jù)采集點(diǎn)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行勰斬。勢(shì)獒斷遺垃包含在自己的路由表中時(shí)，則為接收的數(shù)據(jù)選擇最佳路徑，并轉(zhuǎn)發(fā)出去路由算法采用AODV這些功能可通過(guò)ZigBee協(xié)議酶網(wǎng)絡(luò)層實(shí)瑗。數(shù)據(jù)采集

10、點(diǎn)主要塞ZigBee模塊、微控制器、存儲(chǔ)模塊等部分組成。ZigBee模塊仍采用MCl3192芯片，MCU可采羆16位微控裁器。數(shù)據(jù)采集點(diǎn)需要先存儲(chǔ)接收的數(shù)據(jù)，再選擇路徑將數(shù)據(jù)發(fā)出去，需要足夠的存儲(chǔ)單元。數(shù)據(jù)采集煮趣采霜ZigBee協(xié)議，MCU上集戒了ZigBee協(xié)議，腋用層軟件主要實(shí)現(xiàn)串口初始化、MCl3192的參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)的接收與轉(zhuǎn)發(fā)。5基于ZigBee的數(shù)據(jù)中心節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)中心節(jié)點(diǎn)是ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器。負(fù)責(zé)瘧動(dòng)、配置、協(xié)調(diào)整個(gè)

11、ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)以及整個(gè)小區(qū)與抄表中心的數(shù)據(jù)傳輸。中心節(jié)點(diǎn)通過(guò)以太網(wǎng)或GPRS等通信網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)上傳剄抄表中心?？梢?jiàn)。在網(wǎng)絡(luò)中，中心節(jié)點(diǎn)又相當(dāng)予一個(gè)接入點(diǎn)，需要送行ZigBee無(wú)線網(wǎng)與其它網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議轉(zhuǎn)換?？偟膩?lái)說(shuō)，中心節(jié)點(diǎn)是負(fù)責(zé)終端智能表的管理及協(xié)調(diào)ZigBee無(wú)線圈與其它闕絡(luò)之聞遺售的關(guān)鍵部件。中心節(jié)點(diǎn)主要由ZigBee模塊、32位的嵌入式微處理器、存儲(chǔ)模塊及外圍部分等組成。如圖4所示。中心葛點(diǎn)定熬態(tài)誨、叁動(dòng)抄寫(xiě)各智麓表的數(shù)據(jù)，將數(shù)

12、據(jù)保存在存儲(chǔ)器中，供抄表中心定期讀取。因此，中心節(jié)點(diǎn)需要較大容量的存儲(chǔ)器，一般需外擴(kuò)存儲(chǔ)器。圖4中心節(jié)點(diǎn)框爨ZigBee模塊仍采用MCl3192芯片，微處理器可采用Samsung公司32位芯片$3C2410。它集成了非常辜富懿背上資源，可以很葑楚實(shí)現(xiàn)鼷絡(luò)葵麓、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理等功能，便于系統(tǒng)集成。由于$3C2410本身不帶網(wǎng)絡(luò)接口控制器，因此，需要外接一個(gè)相應(yīng)的瓣絡(luò)通信接13用予網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)換，跌ii；將數(shù)據(jù)上傳給抄液中心。作為連接ZigBee

13、憑線網(wǎng)絡(luò)穰其它網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn)。數(shù)據(jù)中心節(jié)點(diǎn)主要的程序有：系統(tǒng)奎檢、對(duì)ZigBee模塊的初始化、對(duì)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換接口模塊的驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)協(xié)議的轉(zhuǎn)換等。6結(jié)論本文介纓了基予ZigBee技術(shù)的遠(yuǎn)程無(wú)線抄表系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用的ZigBee技術(shù)其有協(xié)議簡(jiǎn)單，無(wú)需布線，快速組網(wǎng)，傳輸可靠，數(shù)據(jù)安全性高等特點(diǎn)，非常適合于抄表系統(tǒng)。隨著ZigBee技術(shù)的逐步成熟及計(jì)算機(jī)通倍網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線抄表系統(tǒng)將更加成熟和實(shí)用。參考文獻(xiàn)[1]壬凱，彭瑜等?；赯igBee無(wú)線