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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 802.15.4,这是IEEE无线个人区域工作组的一项标准。但IEEE 802.15.4仅处理?#22270;禡AC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;剩?#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:ZigBee;CC2430;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 802.15.4,这是IEEE无线个人区域工作组的一项标准。但IEEE 802.15.4仅处理?#22270;禡AC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 802.15.4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 MCU,8 KB RAM,128 KB FLASH,包含8路ADC、3个定时器、AESl28?#29992;?#30005;路、MAc协处理器、看门狗定时器、21个可编程I/O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。


                        3.3 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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                        2.1 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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