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辽宁快乐121024045:基于ZigBee技術的熱計量遠程抄表系統研究

辽宁快乐12有app吗 www.rjrpnh.com.cn [03-27 05:28:09]   來源://www.rjrpnh.com.cn  通信電路   閱讀:9450

 

概要:城市行業標準》和《計量檢定規程—熱能表》,熱計量表應采用一體式結構,包括流量計、供水和回水溫度檢測、供水閥門控制器等。該表主要用于城市集中供熱上,便于實行一戶一表,分戶計量,按熱收費。 與傳統的熱計量表相比,無線遠程熱計量表具有安裝布置靈活、成本低廉、自動控制、不需工作人員上門抄表等優點。ZigBee技術的低成本、低功耗、復雜度低、延時短等優點,正是組建無線網絡的良好途徑。本文研究的遠程熱計量表就是基于ZigBee技術實現無線自動抄表功能的。1 ZigBee技術簡介 ZigBee是一種新興的短距離、低功耗、低速率的近距離的無線網絡技術。 ZigBee的基礎是IEEE 802.15.4,這是IEEE無線個人區域工作組的一項標準。但IEEE 802.15.4僅處理低級MAC層和物理層協議,所以ZigBee聯盟對其網絡層和API進行了標準化,同時聯盟還負責其安全協議、應用文檔和市場推廣等。ZigBee聯盟成立于2001年8月,由英國Invensys、日本三菱電氣、美國摩托羅拉、荷蘭飛利浦半導體等公司共同組成。 ZigBee協議棧由高層應用規范、應用匯聚層、網絡層、數據鏈路層和物理層組成,網絡層以上協議由Zig-Bee聯盟負責,IEEE則制定物理層和鏈路層標準。應用匯

基于ZigBee技術的熱計量遠程抄表系統研究,//www.rjrpnh.com.cn

摘要:目前,在集中采暖的住宅小區中,正在推行按熱量計量的收費方式改革。在此背景下,創造性地提出一種基于ZigBee技術的熱計量遠程抄表系統設計方案,敘述了ZigBee協議以及系統的硬件和軟件流程。系統利用ZigBee芯片CC2430、溫度傳感器、流量傳感器、熱量積分儀設計出具備無線傳輸功能的熱計量表,并采用無線自組網與GPRS相結合的方式,對集中供暖熱水流量和溫度進行遠程抄表。使用結果證明,該系統具備操作方便、成本低廉、功耗低等諸多優點,因而具有廣闊的應用前景。創新之處在于緊密結合當前應用實際,采用ZigBee技術組織無線自組網,對熱量計量進行遠程傳輸。
關鍵詞:ZigBee;CC2430;無線自組網;熱計量表

0 引言
    熱計量表可以用來測量暖氣等供熱設備的熱能。根據最新國際、國內標準,《城市行業標準》和《計量檢定規程—熱能表》,熱計量表應采用一體式結構,包括流量計、供水和回水溫度檢測、供水閥門控制器等。該表主要用于城市集中供熱上,便于實行一戶一表,分戶計量,按熱收費。
    與傳統的熱計量表相比,無線遠程熱計量表具有安裝布置靈活、成本低廉、自動控制、不需工作人員上門抄表等優點。ZigBee技術的低成本、低功耗、復雜度低、延時短等優點,正是組建無線網絡的良好途徑。本文研究的遠程熱計量表就是基于ZigBee技術實現無線自動抄表功能的。

1 ZigBee技術簡介
    ZigBee是一種新興的短距離、低功耗、低速率的近距離的無線網絡技術。
    ZigBee的基礎是IEEE 802.15.4,這是IEEE無線個人區域工作組的一項標準。但IEEE 802.15.4僅處理低級MAC層和物理層協議,所以ZigBee聯盟對其網絡層和API進行了標準化,同時聯盟還負責其安全協議、應用文檔和市場推廣等。ZigBee聯盟成立于2001年8月,由英國Invensys、日本三菱電氣、美國摩托羅拉、荷蘭飛利浦半導體等公司共同組成。
    ZigBee協議棧由高層應用規范、應用匯聚層、網絡層、數據鏈路層和物理層組成,網絡層以上協議由Zig-Bee聯盟負責,IEEE則制定物理層和鏈路層標準。應用匯聚層把不同的應用映射到ZigBee網絡上,主要包括安全屬性和多個業務數據流的匯聚等功能。網絡層將采用基于Ad Hoc技術的路由協議,它在包含通用的網絡層功能的基礎上,還同底層的IEEE 802.15.4標準同樣省電。另外,還能實現網絡的自組織和自維護,從而最大程度地方便消費者使用,降低網絡的維護成本。

2 系統結構與硬件設計
    無線遠程熱計量自動抄表系統由PC上位機、協調器、路由節點組成。協調器通過GPRS與電腦上位機連接,可以通過PC軟件顯示和查看信息,同時也可以通過PC軟件對系統進行設置和控制。協調器與路由節點采用ZigBee無線網絡方式進行通訊。系統結構如圖1所示。


    系統的核心是ZigBee芯片CC2430,它是TI公司推出的支持ZigBee協議的系統芯片(SoC)。它在單芯片上整合了ZigBee射頻(RF)前端、內存和微控制器。其內嵌增強型8051 MCU,8 KB RAM,128 KB FLASH,包含8路ADC、3個定時器、AESl28加密電路、MAc協處理器、看門狗定時器、21個可編程I/O引腳,并支持4種休眠模式。

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    在數據的轉發過程中,會根據每個節點中所記錄的父節點地址和子節點地址進行雙向的傳遞,對于熱計量表檢測所得到的熱量數據,只需要封裝在數據包內,就可以將數據方便快速地發送到協調器。在發射數據后會在一段時間內回復一個確認信號,當收到一個確認信號后,確認數據已經傳送到下一個目標則不再重送,否則會對目標重送數次,多次失敗后會確認此目標有問題,然后選擇備用路由發送數據。節點軟件流程圖如圖4所示。


3.3 熱計量信息的遠程傳輸
    各熱計量表所檢測的熱計量信息,將通過協調器節點與GPRS??櫚牧唇?,傳送到遠程上位機上,從而實現遠程抄表。在協調器節點與GPRS的數據交互中,應該遵循約定好的報文格式,以便上位機能夠更好地解析報文。協調器的軟件流程圖如圖5所示。

4 結語
    ZigBee技術是一門新興的無線通訊技術。隨著無線通信技術飛快發展,無線技術在智能住宅小區中應用是一個優勢,也是趨勢。因此設計一種有競爭力的智能住宅小區遠程抄表系統顯得尤為必要。針對目前北方住宅小區即將全部改換分戶熱計量的供熱方式,本文在充分研究了ZigBee協議的基礎上,提出將其應用于遠程無線熱計量抄表系統中。

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2.1 帶路由功能的熱計量表
    帶路由功能的熱計量表由ZigBee芯片cc2430、流量傳感器、溫度傳感器、熱量積分儀、LcD顯示、鍵盤電
源電路等組成。熱量表的硬件結構框圖如圖2所示。


    儀器安裝在用戶的供水管上,并將溫度傳感器分別裝在供水與回水管路上。通過對熱水流量和供水、回水溫度的采樣,按照流量和熱量公式通過熱量積分儀自動計算流量和熱量。其基本原理公式為:

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