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                        基于ZigBee技术的热计量远程抄表系统研究

                        [03-27 05:28:09]   来源http://www.mkld.icu  通信电路   阅读9450

                        概要城市行业标准和计量检定规程热能表热计量表应采用一体式结构包括流量计供水和回水温度检测供水阀门控制器等该表主要用于城市集中供热上便于实行一户一表分户计量按热收费 与传统的热计量表相比无线远程热计量表具有安装布置灵活成本低廉?#36828;?#25511;制不需工作人员上门抄表等优点ZigBee技术的?#32479;?#26412;低功耗复杂度低延时短等优点正是组建无线网络的良好途径本文研究的远程热计量表就是基于ZigBee技术实现无线?#36828;?#25220;表功能的1 ZigBee技术简介 ZigBee是一?#20013;?#20852;的短距离低功耗低速率的近距离的无线网络技术 ZigBee的基础是IEEE 802154这是IEEE无线个人区域工作组的一项标准但IEEE 802154仅处理?#22270;MAC层和物理层协议所以ZigBee联盟对其网络层和API进行了标准化同时联盟还负责其安全协议应用文档和市场推广等ZigBee联盟成立于2001年8月由英国Invensys日本三菱电气美国摩?#26032;?#25289;荷兰飞利浦半导体等公司共同组成 ZigBee协议栈由高层应用规范应用汇聚层网络层数据链路层和物理层组成网络层以上协议由Zig-Bee联盟负责IEEE则制定物理层和链路层标准应用汇

                        基于ZigBee技术的热计量远程抄表系统研究,http://www.mkld.icu

                        摘要?#32791;?#21069;在集中采暖的住宅小区中正在推行按热量计量的收费方式改革在此背景下创造性地提出一种基于ZigBee技术的热计量远程抄表系统设计方案叙述了ZigBee协议以及系统的?#24067;?#21644;软件流程系统利用ZigBee芯片CC2430温度传感器流量传感器热量积分仪设计出具备无线传输功能的热计量表并采用无线自组网与GPRS相结合的方式对集中供暖热水流量和温度进行远程抄表使用结果证明该系统具备操作方便成本低廉功耗低等诸多优点因而具有广阔的应用前景创新之处在于紧密结?#31995;?#21069;应用?#23548;ʣ?#37319;用ZigBee技术组织无线自组网对热量计量进行远程传输
                        关键词ZigBeeCC2430无线自组网热计量表

                        0 引言
                            热计量表可以用来测量暖气等供热设备的热能根据最新国际国内标准城市行业标准和计量检定规程热能表热计量表应采用一体式结构包括流量计供水和回水温度检测供水阀门控制器等该表主要用于城市集中供热上便于实行一户一表分户计量按热收费
                            与传统的热计量表相比无线远程热计量表具有安装布置灵活成本低廉?#36828;?#25511;制不需工作人员上门抄表等优点ZigBee技术的?#32479;?#26412;低功耗复杂度低延时短等优点正是组建无线网络的良好途径本文研究的远程热计量表就是基于ZigBee技术实现无线?#36828;?#25220;表功能的

                        1 ZigBee技术简介
                            ZigBee是一?#20013;?#20852;的短距离低功耗低速率的近距离的无线网络技术
                            ZigBee的基础是IEEE 802154这是IEEE无线个人区域工作组的一项标准但IEEE 802154仅处理?#22270;MAC层和物理层协议所以ZigBee联盟对其网络层和API进行了标准化同时联盟还负责其安全协议应用文档和市场推广等ZigBee联盟成立于2001年8月由英国Invensys日本三菱电气美国摩?#26032;?#25289;荷兰飞利浦半导体等公司共同组成
                            ZigBee协议栈由高层应用规范应用汇聚层网络层数据链路层和物理层组成网络层以上协议由Zig-Bee联盟负责IEEE则制定物理层和链路层标准应用汇聚层把不同的应用?#25104;?#21040;ZigBee网络上主要包括安全属性和多个业务数据流的汇聚等功能网络层将采用基于Ad Hoc技术的路由协议它在包含通用的网络层功能的基础上还同底层的IEEE 802154标准同样省电另外还能实现网络的自组织和自维护从而最大程度地方便消费者使用降低网络的维护成本

                        2 系统结构与?#24067;?#35774;计
                            无线远程热计量?#36828;?#25220;表系统由PC上位机协调器路由节点组成协调器通过GPRS与电脑上位机连接可以通过PC软件显示和查看信息同时也可以通过PC软件对系统进行设置和控制协调器与路由节点采用ZigBee无线网络方式进行通讯系统结构如图1所示


                            系统的核心是ZigBee芯片CC2430它是TI公?#23601;?#20986;的支持ZigBee协议的系统芯片(SoC)它在单芯片上整合了ZigBee射频(RF)前端内存和微控制器其内?#23545;?#24378;型8051 MCU8 KB RAM128 KB FLASH包含8路ADC3个定时器AESl28?#29992;?#30005;路MAc协处理器看门狗定时器21个可编程IO引脚并支持4?#20013;?#30496;模式

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                            在数据的转发过程中会根据每个节点中所记录的父节点地址和子节点地?#26041;?#34892;双向的传递对于热计量表检测所得到的热量数据只需要封装在数据包内就可以将数据方便快速地发送到协调器在发射数据后会在?#27426;问?#38388;内回复一个确认信号当收到一个确认信号后确认数据已经传送到下一个目标则不再重送否则会?#38405;?#26631;重送数次多?#38382;?#36133;后会确认此目标有问题然后选择备用路由发送数据节点软件流程图如图4所示


                        33 热计量信息的远程传输
                            各热计量表所检测的热计量信息将通过协调器节点与GPRS模块的链接传送到远程上位机上从而实现远程抄表在协调器节点与GPRS的数据交互中应该遵循约定好的报文格式以便上位机能够更好地解析报文协调器的软件流程图如图5所示

                        4 结语
                            ZigBee技术是一门新兴的无线通讯技术随着无线通信技术飞快发展无线技术在智能住宅小区中应用是一个优势也是趋势因此设计一种有竞争力的智能住宅小区远程抄表系统显得尤为必要针?#38405;?#21069;北方住宅小区即将全部改换分户热计量的供热方式本?#33041;?#20805;分研究了ZigBee协议的基础上提出将其应用于远程无线热计量抄表系统中

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                        21 带路由功能的热计量表
                            带路由功能的热计量表由ZigBee芯片cc2430流量传感器温度传感器热量积分仪LcD显示键盘电
                        源电路等组成热量表的?#24067;?#32467;构框图如图2所示


                            仪器安装在用户的供水管上并将温度传感器分别装在供水与回水管路上通过对热水流量和供水回水温度的采样按照流量和热量公式通过热量积分仪?#36828;?#35745;算流量和热量其基本原理公式为

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