ZigBee远程无线抄表系统的设计

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目前,我国的供热系统还主要是粗放式模式管理,以供暖面积进行结算,这种方式不仅造成了能源大量的浪费,也不利于节能环保。按热量分户计量的智能供热系统正在兴起,其核心是远程抄表系统。本文提出了基于ZigBee无线通信技术的远程抄表系统,ZigBee作为一种新兴的无线网络技术,具有低功耗、低速率、低成本等特点,适用于通信数据量不大,数据传输速率相对较低的工业自动化监控、无线抄表等物联网领域。首先,对ZigBee协议栈中的物理层、MAC层、网络层、应用层等各层协议进行了研究分析,并对ZigBee网络的三种基本的拓扑结构以及树型路由协议进行了详细的阐述,在此基础上,设计了“一区多网”的网络拓扑方案,对传统的抄表系统进行了改进,在无需更换原有热表的基础上,利用现有仪表总线,完成无线抄表,取代了以往一表一ZigBee模块和一总线一GPRS模块的抄表方案,简化了网络结构,提高了系统运行的稳定性,大大节约了使用成本。其次,进行了数据采集器、区域集中器以及电磁阀控制电路的硬件设计,并对传统ZigBee无线模块进行了优化,增加了CC2591射频前端,扩大了通信距离。在区域集中器中采用了MSP430F2618作为核心处理器,对整个区域的数据进行处理,数据采集底板上设计了M-Bus接口部分,增加了电磁阀控制电路,可以通过ZigBee无线网络控制热力管道阀门的状态。对各模块的供电部分设计了不同的方案,以满足复杂工作环境下的需要,在进行各部分电路器件的选型时,充分考虑了系统低功耗的特点,选择了低功耗的器件和芯片,设计中利用了Altium Designer10软件绘制了各个模块的原理图。最后,通过Z-Stact协议栈架构,网络的建立,节点加入以及数据传输等各阶段的研究分析,对系统各部分进行了软件设计。然后,进行了点对点数传实验,利用Packet Sniffer软件对数据包进行分析,完成网络的性能测试,测试结果表明,系统方案可行,软硬件设计合理,各项指标达到了预期的设计目标。本设计还可以应用于各类水、电、气表为终端的无线抄表系统,在物联网行业具有广泛的应用前景。
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