基于ZigBee技术的无线自动抄表系统

基于ZigBee技术的无线自动抄表系统
ZigBee 是一个最近新出现的无线通信技术,在家用系统控制、楼宇自动化、工业监控领域具有广阔的市场空间。

ZigBee 的物理层和数据链路层由IEEE 802.15.4 工作组制定,高层(网络层、数据安全性及互边互通应用)由ZigBee 联盟负责。

蓝牙、WLAN 技术,由于协议复杂、成本高、耗电等,在上述应用领域中的推广应用遇到较大的困难。

ZigBee 技术在户用计量仪表组网,建立无线自动抄表系统,具有很好的市场前景,但是还有很多具有挑战性的问题需要解决。

其中包括电源问题、各层协议的节能机制、自组织自适应网络组网等问题。

本文将在亲身参加户用计量仪表开发研究的基础上,参考国外许多专家学者提出的一些协议,对该问题进行进一步的研究。

本文通过比较传统人工抄表、IC 卡预付费表、有线抄表系统及无线抄表系统的优缺点,认为无线抄表系统以其技术先进、易于实现、传输速率高、可靠性高、成本造价低、易于普及等特点,将成为未来发展的趋势。

作者对无线局域网(WLAN)、GSM/GPRS、蓝牙技术、WirelessUSB LR 技术等无线通信技术作了分析,得出了ZigBee 技术具有协议简单、成本低、功耗小、组网容易等优点,最适合应用于无线自动抄表系统的结论。

作者还研究了ZigBee 技术的基本原理,深入分析了物理层、媒体访问控制层、网络层、应用层等各层协议。

给出了无线自动抄表系统的结构框图、各部分在系统中的功能以及户用计量仪表的原理框图、基本电路图、主要硬件选型,研究了各种自动抄表系统的组网技术,提出一种实用的组网方案。

由于无线自动抄表系统中的仪表要依靠自身携带的电池供电,寿命需达数年
且更换不方便,因此选用合适的内置电池显得至关重要。

锂-亚硫酰氯电池以其极低的自放电、较大的容量、出色的高低温性能,完全能够满足户用计量仪表长期使用的要求。

本文研究了锂电池有关技术及选型注意项,对长期困扰设计者的锂亚硫酰氯电池的“电压滞后”问题作了深入研究,通过大量试验比较了几种解决方案的优劣。

得出了周期性小电流冲击方法能改善“电压滞后”问题的结论,并给出了两组可行的参数:每10 天以约100mA 的电流冲击10s 或每3s 以6mA 的电流冲击5ms 两种方式。

降低能量消耗、延长仪表电池存活时间涉及到ZigBee 的各层协议,本文分析研究了物理层、媒体访问控制层、网络层的有效的节能问题。

论文对现有各种节能技术在本系统中应用的可能性深入研究后发现:物理层可以根据网络节点位置、。