基于ZigBee协议无线抄表智能电网终端设计
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。
基于ZigBee的电能无线抄表系统的设计
关键词：ZigBee技术；无线抄表；GPRS；智能电表
中图分类号：TN92
文献标识码：A
文章编号：2095-1302（2015）11-0026-02
0引言 随着无线通信技术和计算机网络技术的发展，特别是智
能电网国家战略的推进，基于无线传输的自动抄表方式已逐步 成为电能抄表的主要发展趋势。目前，无线自动抄表系统有基 于 GSM、GPRS 和红外线、蓝牙、ZigBee 技术等无线通讯手段， 建立在 IEEE802.15.4 无线通信标准上的 ZigBee 技术，使用国 际通用免费频段，具有自组织网、开发使用简单、功耗成本低、 网络容量大、可靠性高等特点 [1]。本文设计了一种基于嵌入式 技术、ZigBee 技术和 GPRS 技术的电能无线自动抄表系统， 并采用低成本低功耗的 ZigBee 芯片 CC2530 完成抄表功能。 1 系统总体设计方案
集抄中心 GPRS网络
数据集中器
ZigBee采集器l … ZigBee网络
ZigBee 网络 ZigBee采集器 …
ZigBee网络
ZigBee采集器 ZigBee网络
智
智
能
能
电
电
表
表
智
智
能
能
电
电
表
表
智
智
能
能电Leabharlann 电表表l l l
图 1 基于 ZigBee 的电能无线抄表系统原理图
LCD显示电路
电流采样 电压采样
数据集中器软件设计流程如图 6 所示。
本系统智能电表主要由 CC2530 主控芯片、RN8209 电能
———————————————— 收稿日期：2015-10-14
２６ 物联网技术 ２０１５年 ／ 第１１期
基于ZIGBEE无线电表集抄系统设计
基于ZIGBEE无线电表集抄系统设计
ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术。
主要用于近距离无线连接。
它依据802.15.4标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。
这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。
在楼宇自动化、工业监控领域具有广阔的市场空间。
ZigBee技术在户用计量仪表组网、建立无线自动抄表系统的应用中，具有很好的市场前景，但是还友很多具有挑战性的问题需要解决。
其中包括ZIGBEE协议栈的实现问题、网络的组织模式的设定，各层协议的节能机制等问题。
本文着重于整个网络的实现，对优化网络的性能问题不作进一步的研究。
GPRS无线网络技术是目前成熟的技术，由于无需布线、使用安装方便、成本低、监控不受距离、地域、时间的限制，适合批量小数据量的传输，所以广泛的用于远程的无线抄表领域。
利用ZIGBEE做为局部的无线组网方式，而利用GPRS作为远程的无线数据传输方式，这样就实现了局部无线到远程无线的连接。
在这种背景下，本文选择了基于ZIGBEE网络无线电表集抄系统设计为主要研究方向，归纳起来，主要的研究工作包括： ZIGBEE网络无线电表集抄系统设计中硬件方案的选择及主要硬件电路的实现；应用层数据传输格式应该遵守的规约；ZIGBEE协议中数据结构的组织和组网技术；讨论了一些网络路由算法的可用性、面临的问题和改进；给出了终端设备的程序流程和网关设备的程序流程。
总结并讨论后继的研究工作。
基于Zigbee技术的无线抄表系统的设计
混 合信 号 系 统 级 ＭＣ Ｕ芯 片 ，具 有 ３ ２个 数 字 Ｉ ／ Ｏ 引脚 ， 由于其 具有 高 速 的 ５ １内核 、４ Ｋ 字 节 ６ Ｆ Ａ Ｈ存 储器 和 硬件 实现 的 Ｓ Ｉ Ｅ ，所 以非 常 ＬＳ Ｐ接ｌ
第 ３ ３卷 第 ２ ２期 ３
．
电
力
系
统
通
信
Ｖｏ ．３ １３ ＮＯ２３ ． ２ Ｆ ｂ．０ ， ０１ ｅ １ ２ ２
６ ． ０
２ ２年 ２月 ｌ 日 ０１ ０
Ｔｅ ｅ ｏ ｌ ｃ ｍｍ ｕ ｃ ｔｏ ｓ ｏ Ｅｌ ｃｒｃ ｏ ｒ ｙ ｔｍ ｎｉａ ｉｎ ｆｒ ｅ ｔｉ Ｐ ｗｅ Ｓ ｓｅ
为输 出低 电平 。 ８ ５ Ｆ ２ 和 Ｃ ２ ２ Ｃ ０ １０ １ Ｃ ４ ０的电路 连接 如 图 ２所 示 Ｓ Ｉ 口由 Ｃ Ｎ．ＩＳ Ｐ 接 Ｓ Ｓ ．Ｏ和 Ｓ Ｌ 四个 引脚 组 ＣＫ
适合 作为 节点 的控 制芯 片 。
无线 传 输采 用 Ｃ ２ ２ 射 频芯 片 ，该 芯片 是 Ｃ４０ 某公 司 开发 的首 款符 合 Ｚｇｅ ｉ ｅ标 准 的 ２ Ｈ 射 ｂ ．Ｇ ｚ ４
频 芯 片 ，集 成 了所 有 Ｚｇ ｅ ｉ ｅ的优 点 。基 于 Ｓ ａｔ ｂ ｍｒ
据 的 远程传 送 。 网状 网络 的拓 扑结构 如 图 １ 示 。 所
２２ 无线抄 表 系统 的总体 设计 ．
本 设 计 主 要 用 于 楼 宇 电能 表 的 自动 抄 表 ． 总
体 设 计 为 首 先 在 单 元 楼 内 安 装 １个 Ｚｇ ｅ ｉｂ ｅ数 据 采 集终 端 ， 主要 负 责对 单个 电表 的数 据进 行采 集 ， 并 且将 每个 用 户 的数据 分 别存 储 ，当接 收到 集 中
以ZigBee技术为基础的台区无线抄表系统设计
以ZigBee技术为基础的台区无线抄表系统设计电能表数据是供电部门销售电能的最直接也是最原始的计量数据,获取电能表数据的及时性和准确性直接关系到供电部门的经营效益和公司的管理决策。
随着经济社会的不断发展和科学技术的不断进步,电力技术应用的信息化程度不断提高,无线抄表技术应运而生并取得了长足的发展和进步,一种既能突破原有的
电能表抄表方式,又利于供电部门对电能耗用情况监控的先进抄表方式呼之欲出。
受到供电部门行业性质的要求,对电能表数据抄录的准确性和系统自身的功耗要求极为严格,但是目前运行的以蓝牙技术、GPRS/CDMA技术和Wifi技术为基础的无线抄表技术却不能很好的满足这种高标准的需求。
随着国际社会近几年对ZigBee技术研究的不断深入,Zigbee技术逐渐成熟,应用范围不断扩展,成为无线通信技术研究的一支重要的新兴力量。
正是由于ZigBee技术在通信方面具有蓝牙技术、GPRS和WIFI等技术无法比拟的极高性价比,因此,本文提出了一种以Zigbee无线通信技术为基础的供电台区电能表无线抄录系统。
本文针对Zigbee技术的特性,在Zigbee通用协议的基础之上,使用了目前在Zigbee技术行业内获得普遍认可的CC2430芯片作为中央服务器和无线数据的收发器,并辅以相关配套子设备,形成了以Zigbee技术为基础的供电台区电能表无线抄录系统。
在软件设计方面,本系统设计使用了应用范围较广,技术较为成熟,且能够在IAR7.30环境下稳定运行的的C编程语言,系统中用到的协议栈则是ZigBee精简协议栈msstatePAN。
在系统网络正常运行后,系统中的传感器能够完成对电能表数据的采集工作,而且数据能够在网络系统中顺利的进行传输和处理,实现了对
电能表数据的无线抄录的目的。
基于ZigBee技术的无线抄表通信系统的设计
基于ZigBee技术的无线抄表通信系统的设计现行的人工抄表方法给用户和抄表人员带来很多麻烦,采用无线抄表不仅能节省人力物力,还能提高工作效率。
GSM／GPRS无线抄表系统费用过高,不能被人们广泛接受。
本文采用ZigBee技术和GPRS技术相结合的方式,提出了无线抄表系统的设计思想和总体方案,此方案能很好地解决上下行信道的数据传输问题。
采用
CC2430芯片作为数据采集器硬件系统的核心,为使通信距离更远,增设了功放电路和低噪声功放电路,着重设计了基于ZigBee技术的下行通信信道。
在分析ZigBee协议栈的基础上,设计了无线抄表系统的组网方案,给出了楼宇集中器和数据采集器的网络流程,以IAR Embedded Workbench为软件开发平台,进行了C语言编程。
通过ZigBee节点的软／硬件测试,结果表明系统具有一定的接收灵敏度和较为理想的通信距离,可以满足无线抄表系统下行信道的要求。
基于ZigBee无线网络的电力抄表系统的设计与实现
基于ZigBee无线网络的电力抄表系统的设计与实现随着电力行业的自动化程度越来越高,自动抄表技术正在改变着传统的抄表方式,自动抄表能减少抄表所需的人力、物力代价,为电力部门提供更科学的管理和决策。
本文在对几种自动抄表技术进行分析比较的基础上,提出了将ZigBee 无线通信技术应用于自动抄表中的方案。
通过对ZigBee的网络结构和协议栈的详细介绍,同时结合实际应用的要求,设计了基于ZigBee的无线抄表监控系统的总体架构。
该系统既能实现自动抄取整点电量数据的功能,同时还能通过发送指令查看电能表的实时信息。
系统采用网状结构的ZigBee网络和以太网组成混合网络,由采集终端、路由器、集中器、上位机软件、后台服务器、数据中心和Web管理系统等部分组成,论文分别对集终端、路由器和集中器进行了硬件和软件设计,其中在硬件设计时,采用AVR单片机作为核心处理器,IP-Link 1221-2264作为无线通信的ZigBee模块。
系统用VB设计了上位机软件和后台服务器,上位机软件实现了计算机和单片机之间的串口通信,同时把接收的串口数据经处理后存储在本地数据库中,由后台服务器读取处理后,写入到数据中心,用语言设计了B/S结构的前台Web管理系统,是用户操作的前台界面,可以对电量数据进行查看与分析,同时还可以发送实时监控指令对集中器和采集终端进行控制。
最后论文对系统进行了测试与分析,验证了该方案的可行性。
基于zigbee的远程无线抄表系统设计
万方数据
一２５—
系统中各部分的功能为： （１）中心节点具有建立、协调、配置整个网络 的功能。可设置定期向终端智能表发送数据采集请 求、接收数据、并存储数据，可通过ＧＰＲＳ／ＣＤＭＡ等 网络将数据传送到抄表中心。 （２）数据采集点 起数据上传下送的中继作用， 可将中心节点发出的命令转发给终端智能表、接收 终端智能表返回的数据并转发给中心节点，具有存 储转发的功能。 （３）智能表具有数据采集、存储，接收指令和 发送数据的功能。可对计量对象进行计量、存储数 据。或接收中心节点发送的指令并按照指令的要求 完成相应的动作。
送数据时．ＭＣＵ将所要发送的数据通过ＳＰＩ写入发 送缓冲嚣孛（发送数据的头搂程羧检测序列患 ＭＣｌ３１９２产生），并将ＭＣｌ３１９２置为发送状态， ＲＸＴＸＥＮ脚为高电平，即可开始发送。接收数据时。 ＭＣＵ逶过孛断线ＩＲＱ泼及寄存器中懿状态霹辩数 据从ＭＣｌ３１９２的天线接收进来，缓冲区中的数掇， 则通过ｓＰＩ读取。
中心节点主要由ＺｉｇＢｅｅ模块、３２位的嵌入式微 处理器、存储模块及外围部分等组成。如图４所示。 中心葛点定熬态诲、叁动抄写各智麓表的数据，将数 据保存在存储器中，供抄表中心定期读取。因此，中 心节点需要较大容量的存储器，一般需外扩存储器。
图４中心节点框爨
ＺｉｇＢｅｅ模块仍采用ＭＣｌ３１９２芯片，微处理器可 采用Ｓａｍｓｕｎｇ公司３２位芯片￥３Ｃ２４１０。它集成了非 常辜富懿背上资源，可以很葑楚实现鼷络葵麓、实时 数据处理等功能，便于系统集成。由于￥３Ｃ２４１０本 身不带网络接口控制器，因此，需要外接一个相应的 瓣络通信接１３用予网络的转换，跌｛ｉｉ；将数据上传给 抄液中心。
ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ出ｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍｅｔｅｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｕｎｉｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｅｎｔｒａｌ ｎｏｄｅ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．
基于ZigBee技术的无线电力抄表系统
基于ZigBee技术的无线电力抄表系统
一、应用需求在电力系统的信息化过程中，户表数据的自动抄送具有十分重要的意义，也是行业单位迫切想要解决的问题，因为电表数据抄送的准确性、及时性，直接影响电力系统的信息化水平、甚至管理决策、经济效益。
传统的手工抄表费时、费力，准确性和及时性得不到可靠的保障，这导致了相关营销和企业管理类软件不能获得足够详细和准确的原始数据；一般人工抄表都按月抄表，对于用户计量来说是可行的，但对于相关供应部门进行更深层次的分析和管理决策却不够，行业的实际需求催生着自动抄表系统的技术和应用的不断发展。
二、行业现状目前的自动抄表系统，从数据传输角度划分，可分为有线、无线两大类，这两大类抄表系统各有其适用的应用领域，但就抄表系统的投资、建设、维护等几方面而言，无线抄表系统显然具有更大优势。
无线抄表系统对无线通讯数据的传输和保存有着很高的要求，即数据可靠性要求很高；由于用电池供电，因此对功耗要求也很苛刻；无线抄表系统可以摆脱人工抄表的办法，利用数据通讯协议传输数据；基于以上原因，要求设计的自动无线远传抄表系统应该具有计量准确、通信可靠、抄表方便、功耗低等远程抄表系统的优点，以及节省人力、远程监控、远程维护的功能。
随着无线通信技术的不断发展，近年来出现了面向低成本设备无线联网要求的技术，称之为zigbee，它是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制、远程控制领域及家用设备联网，我们采用zigbee 技术和GPRS/CDMA 技术结合，可以为电表的无线抄表提供很好的解决方案。
三、Zigbee 技术简介Zigbee 是一种无线连接技术的商业化命名，。
基于Zigbee的无线抄表系统设计
２．２协议分析设计
在ｚｉｇｂｅｅ网络中。我们采用的电表为电子式单相 多费率电度表．这种表符合ＤＵＴ ６４５—１９９７多功能电 能表通信规约．该规约定义的帧格式基本和我们定义 的Ｚｉｇｂｅｅ网络和ＰＣ网络通信的协议帧格式相似。 在智能电表节点上．Ｚｉｇｂｅｅ模块通过ＵＡＲＴｌ口和 电表ＭＣＵ串Ｅｌ连接，发送指令采集电表数据和设置电 表参数。在设计ＰＣ和Ｚｉｇｂｅｅ网络之间传输协议时，我 们参照ＤＩ／Ｉ＂６４５—１９９７多功能电能表通信规约，对协 议作了以下设计：
『５１多功能电能表通信规约．ＤＩ／ｒ“５一１９９７
万方数据
现代计算机２０１０．０６
＠
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｍｅｔｅｒ Ｒｅａｄｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ
ｏｎ
Ｚｉｇｂｅｅ
ＨＵＡＮＧ Ｘｉａｏ－ｌｉｎ９１，ＬＩ Ｃｅｎ９２
（１．Ｉｎｆｏｒｇｎａｔｉｏｎ—Ｂａｓｅｄ Ｏｆｆｉｃｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｌｉｘｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｏｍｍｅｒｃｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１６２０；
装．就满足定义的帧格式。 （２）ＰＣ在向Ｚｉｇｂｅｅ网络发送指令时，ＰＣ服务器端 程序通过数据库接收到指令后．按照帧格式进行封装 发送．协调器在接收到指令后．通过解析电表地址直接 把该帧发给相应智能电表．电表上的Ｚｉｇｂｅｅ模块在收 到数据后可以直接通过ＵＡＲ口发送该指令给电表 ＭＣＵ进行相应的动作。
ｃｕｓｔｏｍｅｒ ｃａｔｅｓ
ｔｅｒｍｉｎａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｐｒｏｇｒａｍ ｗｉｌｌ ａｕｔｏｍｎ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｓｔａｒｔｕｐ，ａｎｄ ｃｏｍｍｕｎｉ．
ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
基于ZigBee的无线抄表系统设计分析
（4）稳压器电路。稳压器可以对电压进行调节，让电压 保持在电路需要的范围中，保证通信模块可以正常使用。本 设计选择稳压器芯片RP170N331B，稳压器给存储器、数字外 设以及内核提供稳定的1.8V工作电压，保证正常功耗运行。若 CC1100E中CSN引脚是低电平，启动稳压器和振荡器。CSN转 变为高电平时，停止工作。
信息化技术应用
TECHNOLOGY AND INFORMATION
基于ZigBee的无线抄表系统设计分析
高淼 中国联合网络通信有限公司北京市分公司 北京 100010
摘 要 智能电网的发展让智能电表进入每家每户，无线抄表系统受到集中重视，ZigBee技术作为一种短距离无线 通信技术，具有低功耗和低成本优势，无线抄表系统利用ZigBee技术进行设计具有巨大应用空间。基于此，本文研 究了在ZigBee技术基础上设计的无线抄表系统，借助于ZigBee技术开拓无线抄表系统的应用市场。 关键词 ZigBee技术；无线抄表系统；硬件设计；软件设计
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34 科学与信息化2019年7月中
3 软件设计 3.1 软件流程 该系统通信程序建立在ZigBee协议基础上，使用ZigBee的
OSAL系统，启动系统后，通信模块先初始化功能模块，根据 需要设置显示信息，执行系统后，进入OSAL循环[2]。
3.2 抄表网络 利用集中器建立通信ZigBee网络，电表设备收到集中器许 可进入网络，集中器将负责网络维护和管理。在NWK目录下建 立ZigBee网络，设定短地址为Ox0000。建立网络后，设备加入 网络要加入信标帧，调用函数。集中器收到电表命令，判断电 表是否存在，得到肯定结果允许电表加入。 3.3 功能模块程序 （1）集中器程序设计。集中器接口协议使用USART进行数 据的传送，每次只能传送16位数据，使用函数对数据加以处理。 向设定GWIFState参数，利用switch语句定义数组，储存受到的数 据。若GWIFState数值为0，将数据储存在对应数组中。如果数据 是协议帧初始字符，要设置在GWIF_STATE_1数组中。 （2）通信模块程序设计。使用路由主动形式抄表，集中 器模块根据节点短地址轮询，在ZigBee网络下接收数据，将数 据集中上报集中器，集中器抄读电表。主要抄读电流数值、电 压数值、正向有功、反向有功以及有功功率等数据。集中器先 抄读00014节点上数据，进入抄读流程后，若通信数据和本地信 道出现延时，集中器模块发送抄读请求，集中器按照轮询方式 发布命令，对抄读节点数据以及短地址进行抄读。
基于ZigBee的远程无线抄表系统设计
基于ZigBee 的远程无线抄表系统设计Design of Remote Wireless Meter Reading System based on ZigBee Technology连瑞红薛毓强(福州大学电气工程与自动化学院,福建福州350002)摘要:针对传统抄表技术中存在的一些问题,提出了基于ZigBee 技术的远程无线抄表系统。
结合Zig Bee 特点和系统各部分的功能,建立了系统的网络结构。
介绍了系统中各环节的数据通信方式及智能表、数据采集点和中心节点的设计。
关键词:Zig Bee ;智能表;无线网络;抄表系统Abstr act:The remo te w ireless meter reading sy stem based on Zig Bee techno log y is presented aim at reso lve the shortcoming of the technolog y of the traditional meter work structure is constructed based on the features o f the Z igBee and the functions of the unit of the system.T he communication mode betw een the units,the design of the intelligent meters and the data collectio n unit and the central node are intro duced.Keywords:Zig Bee;intellig ent meter;w ireless netw ork;meter reading system 中图分类号:TM931文献标识码:A 文章编号:1006-0170(2007)01-0025-03FUJIAN DIAN LI YU DIANG ONG第27卷第1期2007年3月IS S N 1006-0170CN 35-1174/TM水、电、气三表数据通常采用传统的手工和半手工方式抄送,存在着费时、费力、费用高等问题。
基于Zigbee的无线电表抄表系统设计的开题报告
基于Zigbee的无线电表抄表系统设计的开题报告一、问题背景及研究意义随着社会和经济的发展，电力行业也在发生着快速地变化和发展。
电力公司每个月需要对不同的地区的电表进行抄表并记录，以便计算每个用户的用电量，从而进行结算和运营管理。
传统的抄表方式主要采用人工抄表的方法，这种方式效率低下、成本高昂且容易出现误读等问题，因此需要一种更科学、更高效、更可靠的抄表方案。
无线电表抄表系统作为现代抄表的一种，其通过无线网络将电表的数据实时、准确地传输到电力公司终端，相对于传统的有线抄表，具有传输距离远、数据稳定、利于安装等优点，适用于电表数量较多的情况下。
而Zigbee技术作为一种低功耗、低成本、低速率、短距离的无线通信网络技术，其拓扑结构灵活、通信安全、数据传输稳定，且适用于复杂的无线环境，因此被广泛应用于无线传感网络中。
本项目基于Zigbee技术设计一种无线电表抄表系统，将电表与数据采集器、终端网关等设备进行无线通信联接，实现电表数据的实时抄录、传输和计量，可大幅度提高对电表数据的采集和管理效率，节约人力和物力资源，有助于推进电力行业的自动化和智能化进程。
二、研究内容及目标本项目拟基于Zigbee技术，设计一种无线电表抄表系统，通过具体的技术实现方案，实现以下目标：1. 系统硬件设计：选用适合的芯片、模块和电路，设计电表传感器、数据采集器、终端网关等硬件设备，确保其具有稳定、可靠、经济的特点。
2. 通信协议设计：设计可靠的通信协议，确保电表数据的准确传输，同时保护传输过程中数据的安全性。
3. 系统软件设计：设计合理、简便、易操作的用户界面软件，对数据进行分析和处理，提供优质的抄表和管理服务。
三、研究方法和技术路线本项目的研究方法和技术路线如下：1. 研究Zigbee无线传感网络技术原理和应用场景，了解其在无线电表抄表系统中的优势和适用性；2. 研究各种传感器和集中器的工作特点，确定合适的硬件设备，进行系统框架设计；3. 初步设计电表数据的传输协议与网络拓扑结构，实现数据传输的可靠、高效、稳定；4. 进行系统软件开发，实现数据采集、传输、处理、存储、管理与显示等功能；5. 完善系统功能，对系统进行全面测试和评估，并对实际应用场景进行测试验证。
基于ZIGBEE技术的无线抄表系统的设计【文献综述】
毕业设计开题报告电子信息工程基于ZIGBEE技术的无线抄表系统的设计1前言随着城市居民住宅建设日益发展,电能表数量迅速增多,抄表计量也日趋复杂。
在我国,对居民电表仍采用人工抄表的方法,这种原始的抄表方法不仅造成了人力、物力的浪费。
而且在抄表时会打扰居民的正常生活,甚至给居民带来安全隐患。
这种抄表方式不但费时费力,而且准确性和及时性也不理想，因此设计此系统替代原有的人工抄表。
ZigBee网络节点实现了无线抄表系统的低功耗、低成本,并具有高度的灵活性和可扩展性。
2主题发展历史Zigbee，在中国被译为“紫蜂”，它与蓝牙相类似，是一种新兴的短距离无线技术。
用于传感控制应用(sensor and control)。
此想法在IEEE 802.15工作组中提出，于是成立了TG4工作组，并制定规范IEEE 802.15.4。
2002年，zigbee Alliance成立。
2004年，zigbee V1.0诞生。
它是zigbee的第一个规范。
但由于推出仓促，存在一些错误。
2006年，推出zigbee 2006，比较完善。
2007年底，zigbee PRO推出。
zigbee的底层技术基于IEEE 802.15.4。
物理层和MAC层直接引用了IEEE 802.15.4。
在蓝牙技术的使用过程中，人们发现蓝牙技术尽管有许多优点，但仍存在许多缺陷。
对工业，家庭自动化控制和工业遥测遥控领域而言，蓝牙技术显得太复杂，功耗大，距离近，组网规模太小等，而工业自动化，对无线数据通信的需求越来越强烈，而且，对于工业现场，这种无线数据传输必须是高可靠的，并能抵抗工业现场的各种电磁干扰。
因此，经过人们长期努力，ZigBee协议在2003年正式问世。
另外，Zigbee使用了在它之前所研究过的面向家庭网络的通信协议Home RF Lite。
长期以来，低价、低传输率、短距离、低功率的无线通讯市场一直存在着。
自从Bluetooth出现以后，曾让工业控制、家用自动控制、玩具制造商等业者雀跃不已，但是Bluetooth的售价一直居高不下，严重影响了这些厂商的使用意愿。
基于ZigBee技术的无线抄表系统设计
■ 四 川大 学 电子信 息 学 院
何 毅 王 勇 蒋 鸿宇
基 于 ＺｉＢｅ ｇ ｅ技 术 的 无 线 抄 表 系 统 设 计
摘 要 ：本 文提 出 了一 种 基 于 ＺｉＢ ｅ 术 的 无线 抄 表 系 统 的设 计 方 案 。该 方 案 借 助 Ｚ ｇ ｅ ｇｅ技 ｉＢ ｅ技 术 在低 速 率 无线 通 信方 面 的优 势 ，利 用 Ｃｈｐ ｏ ｉｃ ｎ公 司 的 射 频 芯片 ＣＣ ４ ０，实现 采 集 的 电能数 据 的无 线 收发 通 信 。 ２２ 关 键 词 ：ＺｉＢ ｅ ｇ ｅ ；ＣＣ２ ２ ４ ０；ＡＤＥ７ ５ 电 能计 量 ７３
安 装 市 置 的 灵活 性 、低廉 的安 装 费 持 ３ 网络 拓扑 结 构 ， 星 形（ ｔｒ、 种 即 Ｓａ）
一
个协 调 器 节 点 和一 个 ＲＦ Ｄ节 点组
用 和 对 楼 宇 自动 化 系 统进 行 重 新 布 网状 （ ｅ ｈ 和 树 形 分 簇 （ Ｕ ｔ ｒ 成 。其 中 ，Ｚ ｇ ｅ 个节 点 的 硬件 Ｍ ） ｓ Ｃ１ ｅ Ｓ ｉＢｅ 每 置 的 可 移 动性 Ｚｇ ｅ ｉＢ ｅ技术 产 品 以 Ｔ ｅ ） ｒｅ 。星型 结 构 由一 个协 凋器 节 点 均 由两 部 分 构 成 ：电能 测 量 与 处理 其 低 功 耗 、低 成 本 以及 优 秀的 组 网 （ 设 备 ） 一 或 多 个 终 端 设 备 部 分和 无线 接 收 ／ 主 和 个 发送 部 分 。 硬件 能 力 ，被 广泛 认 为 将 在 未 来几 年 中 （ 设 备） 成 。 协 惆器 是 一 种 特 殊 具 体 实现 的功 能 则 由烧 写 入 单片机 从 组
・ 高 精 度 单相 有功 歉
、
｜
＿
基于Zigbee的无线抄表系统设计
２ ＡＭＲＳ总体 设 计
系统 采用 Ｚｇｅ ｉ ｅ无线传感 器 网络和 Ｇ Ｒ ｂ Ｐ Ｓ网络 相 结合 的混合 网络结构［］ 网络从 系统构架 上基本 分 ２． －该 ４
为 三部 分 ， 统 框 架 如 图 １所 示 。 系
基 于 Ｚｇ ｅ ｉｂ ｅ的无线抄表 系统设计
黄小玲 ． 李 庚
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（． １ 上海 立 信 会 计 学 院 信息 化 办 公 室 ， 海 ２ １２ ； ．苏 州 科 达 科技 有 限公 司 ， 海 上 ０６０ ２ 上
摘 要 ： 出一 种 利 用 Ｚｇ ｅ 技 术 进 行 无 线 抄 表 的 解 决 方 案 ；在 对 Ｚ ｇｅ 提 ｉ ｅ ｂ ｉｂｅ网络 层 和 应 用 层研 究 的 基 础 上 ， 计 并 实现 一 个 基 于 Ｚｇ ｅ 无 线抄 表 系统 Ａ 设 ｉ ｅ的 ｂ ＭＲＳ 它 能 够 满 足 多种 抄 表 模 式 要 ， 求 ， 现 无 线抄 表 功 能 。 实 关键 词 ：无 线抄 表 系统 ； ｉ ｅ 标 准 ： Ｐ Ｚｇ ｅ ｂ Ｇ ＲＳ连 接
迫 在 眉 睫
图 １系 统 框 架
１ Ｚｇ ｅ ｉｂ ｅ协 议 架 构
Ｚｇｅ 技 术 是 最 近 兴 起 的 一 种 无 线 通 信 标 准 Ⅲ 它 ｉ ｅ ｂ ． 是 一 种 短距 离 、 复 杂 度 、 功 耗 、 数据 传 输 率 、 成 低 低 低 低
在 该 框 架 中可 以看 出 系统 主 要 分 ３ 部 分 ： 个 （） 端为 具有 Ｚｇ ｅ 功能 的智 能 电表 组 成 的 Ｚ １前 ｉ ｅ ｂ ｉ ｂｅ网 络 ．智 能 电 表 作 为 Ｚｇ ｅ ｅ ｉ ｅ网 络 的 全 功 能 结 点 ｂ
基于ZigBee的自动抄表系统研究与设计
基于ZigBee的自动抄表系统研究与设计
自动抄表系统是一种不需要人工到现场就能完成抄录用户电表数据的自动化管理系统,采用现代通信技术和计算机技术自动读取和处理电表数据,解决了传统抄表模式结构简单、功能单一、实时性差、准确率低、费时费力等难题。
这对于电力系统的经济效益、信息化水平、甚至管理决策都具有十分重要的意义。
ZigBee技术是近几年兴起的一种面向自动化和无线控制的双向无线通信技术。
它具有近距离、低功耗、低数据速率、低复杂度、低成本的特点,而且网络容量大、时延短、安全、可靠。
正是以上优点使ZigBee技术为自动抄表系统的发展提供了更好的选择。
采用ZigBee无线网络协议,利用免费频段进行通讯,协同监测各用户用电情况,动态组网、自主路由的通讯,都是自动抄表领域的研究热点。
正是在此背景下,本文选择了基于ZigBee的自动抄表系统为主要研究内容,所做的具体工作主要概括如下:首先,介绍课题背景,讨论国内外研究现状,明确无线抄表系统的的巨大发展空间,并概括ZigBee技术的主要特点和技术指标。
其次,深入研究ZigBee协议,首先给出了协议中的关键概念,由浅及深的详细说明ZigBee物理层、MAC层、网络层及应用层的功能。
然后,深入研究了系统设计过程中的重点难点问题,针对抄表系统的具体应用,设计并仿真路径最短、最便捷以及网络结构简单的无线抄表路由协议;接着详细讨论了ZigBee技术的安全机制,在使用非对称加密算法应用于ZigBee存在巨大潜力的情况下,本文也对椭圆曲线加密算法做了一定的研究与仿真。
最后,给出ZigBee抄表系统的总体设计,包括网络拓扑结构,系统不同设备节点的主要功能,并从总体上介绍网络运行及数据传输机制,给出了详细的硬件、软件设计方案。
基于ZigBee与GPRS的远程无线抄表系统智能终端设计的开题报告
基于ZigBee与GPRS的远程无线抄表系统智能终
端设计的开题报告
一、课题背景和研究意义
近年来，随着信息技术的快速发展，智能化远程抄表已成为节能减排的一种有效手段。
传统抄表方法需要手动读取数据，存在数据准确性低、效率低、人工成本高等问题。
而基于ZigBee与GPRS的远程无线抄表系统可以实现智能自动抄表，具有高效、准确、自动化等优点。
二、研究目的和内容
本课题旨在设计一种基于ZigBee与GPRS的远程无线抄表系统智能终端，实现智能化自动抄表，优化能源管理，控制能源消耗，实现节能减排。
主要研究内容包括：
1.系统设计原理及相关技术研究；
2.智能终端硬件设计；
3.智能终端软件系统设计；
4.系统测试与优化。
三、研究方法和步骤
本项目采用文献调研、实验分析等方法进行研究。
具体步骤如下：
1.调研国内外相关技术和文献，熟悉基于ZigBee与GPRS的远程无线抄表系统的实现原理和常见问题。
2.设计智能终端硬件电路图和PCB板，实现数据采集和传输功能。
3.编写智能终端软件系统，并与硬件系统相结合，实现自动抄表功能。
4.通过系统测试和优化，验证系统的可行性和实用性。
四、预期结果和意义
通过本课题的研究，预期可以设计出一种基于ZigBee与GPRS的远程无线抄表系统智能终端，实现智能化自动抄表，优化能源管理，控制能源消耗，实现节能减排。
该系统具有广泛的应用前景，能够为能源管理和节能减排做出重要贡献。
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为了解决ZigBee无线抄表系统数据采集发送集成度不高、设备繁琐等问题，通过对ZigBee无线标准协议的研究和对当前无线抄表系统实现过程的分析，设计出一种基于ZigBee的电表数据收发终端。该终端主要是将MCU系统和RF CC2430无线射频芯片相结合，包括数据接收、无线数据发送和电源三个硬件电路部分，完成对电表数据的接收和无线发送，重点阐述该终端节点的硬件结构设计和软件设计流程。通过对其在无线抄表系统中检测，接收发送数据稳定可靠。实践表明，该终端可作为一个通用模块应用到其他无线收发系统中，具有很强的实用性和可移植性的特点。
3 收发终端硬件设计
该终端系统主要包括：电表数据收集电路、无线发送电路和电源电路3部分。
(1)电表数据收集电路主要是MCU控制电路，处理RS 485发送过来的数据。主要有MCU芯片，RS 485控制芯片、光耦隔离器、时钟电路、稳压电路等构成。
(2)无线发送电路主要是通过SPI接口接收MCU的处理数据，通过RF射频天线发送。 (3)电源电路主要是完成将交流220 V电压转化成直流电压，再通过稳压等完成对系统的供电。主要由小型变压器、热敏电阻、压敏电阻器、稳压芯片等构成。 系统主要器件选型： MCU：选用Ateml公司的ATmega 64L芯片，是一款基于支持实时仿真的高性能、低功耗的8位RISC结构的AVR微控制器。带有64 KB系统内可编程FLASH，4 KB的片内SRAM，64 KB可选外部存储空间，32个通用寄存器，实时计数器(RTC)，4个具有比较模式与PWM的灵活定时器／计数器(T／C)，2个USART，面向字节的两线串行接口，8路10位具有可选查分输入级可编程增益的ADC，看门狗定时器，一个SPI接口，JTAG接口，以及6个可以通过软件进行选择的省电模式，满足无线抄表系统中对可靠性和功耗的要求。 ZigBee芯片：选用TI公司的CC2430 RF，其是一颗真正的系统芯片，提倡CMOS解决方案，这种解决方案能够提高性能并能满足以ZigBee为基础的2．4GHz ISM免费波段的应用，同时满足低成本，低功耗的要求。它结合一个高性能2．4 GHz DSSS(直接序列扩频)射频收发器核心和一颗工业级小巧高效的8051控制器，收发波特率250 Kb／s。CC2430在接收和发射模式下，电流损耗分别为27 mA或25 mA。CC2430的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合无线抄表这种要求电池寿命比较长的应用。接收数据时，当CC2430全部收到帧开始定界符SFD后，IRQ_SFD(中断标志位寄存器)置1；当RXFIFO中有数据时，RFSTATUS．FIFO置1，数据为空时，置0；当RXFIFO中未读过的字节超过编程设置在IOCFG0．FIFOP_THRRF_P的阈值时，RFSTATUS．FIFOP置1，反之，置0。RF_N两个引脚显示接收和发送数据状态，RF_P引脚：接收时，正RF(射频)输入信号到LNA(低噪声放大器)；发送时，接收来自PA(功率放大器)的正RF(射频)信号。RF_N引脚：接收时，负RF(射频)输入信号到LNA(低噪声放大器)；发送时，接收来自PA(功率放大器)的负RF(射频)信号。CC2430通过SPI接口接收ATmega64L的时钟信号和片选信号，
无线抄表数据收发终端在整个抄表系统中扮演的是路由和终端的角色，是一种全功能设备FFD(Full Function Device)。该系统总体设计思路是：通过RS 485总线将电表数据收集，然后通过MCU电路处理，通过RS 232，SPI接口发送到ZigBee无线通信模，块，最后利用无线通信模块发送到路由器节点或网络协调器。系统的总体结构。
由内部集成的8051核完成数据信号的处理和输入／输出操作，从而完成电表数据的传输。
片外FLASH：用来存储电表数据，选用金士顿1 GB SD卡，由于电源电路的输出电压为5 V，而SD卡需3．3 V供电，所以要将电压转换，用SE8117T33输出3．3 V电压，接到SD卡VDD引脚上。
时钟芯片：选用Philips公司的实时时钟芯片PCF8563T，是一种低功耗CMOS时钟芯片，提供一个可编程输出、终端输出和掉电检测器，所有地址和数据都通过I2C总线接口串行传输，得到最大的总线传输速度。 光电耦合器：选用本系统选用3个PC817光电耦合器，用来隔离上下级电路，减小电路干扰，简化电路设计。PC817是一种单通道线性光耦，能够传输连续变化的模拟电压和电流信号。 稳压芯片：选用L7805CV，是电源电路设计中常用的性能很好的稳压芯片。该设计中MCU控制电路和电源电路都用到稳压芯片，是电路能得到稳定的5 V电压。电源电路原理图。
1 ZigBee协议分析
ZigBee协议栈依次从最底层开始由物理层、数据链路层、网络层和应用层组成，其中物理层和数据链路层由IEEE 802．15．4工作组制定，网络层和应用层(APL)由ZigBee联盟制定。物理层定义了3种流量等级：当频率采用868 MHz时，提供20 Kb／s的传输速率；当采用915MHz时，提供40 Kb／s的传输速率；当采用2．4 GHz时，能够提供250 Kb／s的传输速率，在我国采用的是这种免费频段。数据链路层可分为逻辑链路控制子层(LLC)和介质访问控制子层(MAC)，其功能包括数据包的分段与重组，数据包的顺序传输，无线链路的建立、维护和拆除，确认模式的帧传送和接收，信道接入控制、帧校验、预留时隙管理和广播信息管理等。网络层的功能包括拓扑管理、MAC管理、路由管理和安全管理。应用层是协议栈的最上层定义了各种类型的应用业务。该系统中主要涉及ZigBee网路中数据采集终端节点的设计，也可作为网络路由器应用。
1 ZigBee协议分析
ZigBee协议栈依次从最底层开始由物理层、数据链路层、网络层和应用层组成，其中物理层和数据链路层由IEEE 802．15．4工作组制定，网络层和应用层(APL)由ZigBee联盟制定。物理层定义了3种流量等级：当频率采用868 MHz时，提供20 Kb／s的传输速率；当采用915MHz时，提供40 Kb／s的传输速率；当采用2．4 GHz时，能够提供250 Kb／s的传输速率，在我国采用的是这种免费频段。数据链路层可分为逻辑链路控制子层(LLC)和介质访问控制子层(MAC)，其功能包括数据包的分段与重组，数据包的顺序传输，无线链路的建立、维护和拆除，确认模式的帧传送和接收，信道接入控制、帧校验、预留时隙管理和广播信息管理等。网络层的功能包括拓扑管理、MAC管理、路由管理和安全管理。应用层是协议栈的最上层定义了各种类型的应用业务。该系统中主要涉及ZigBee网路中数据采集终端节点的设计，也可作为网络路由器应用。
图2中R1电阻选用MYG 10K471压敏电阻器，主要做保护电路器件。
4 软件设计流程
该系统软件主要是MCU控制电路的初始化程序设计，ZigBee无线模块的初始化、接收和发送程序设计。 初始化程序主要是对单片机、RF芯片、SPI等进行初始化。 MCU系统所采集电表数据将通过单片机RS232接口、SPI接口送至射频发送模块，然后输出。路由设备或协调器设备接收数据并处理。 收发终端软件总体设计流程。
无线抄表数据收发终端在整个抄表系统中扮演的是路由和终端的角色，是一种全功能设备FFD(Full Function Device)。该系统总体设计思路是：通过RS 485总线将电表数据收集，然后通过MCU电路处理，通过RS 232，SPI接口发送到ZigБайду номын сангаасee无线通信模，块，最后利用无线通信模块发送到路由器节点或网络协调器。系统的总体结构。
0 引言
随着无线网络的不断兴起，由于无线网络技术极大的优越性，使得越来越多的行业有线产品和技术被无线替代，在我国，自动无线抄表技术(AMR)作为一种新型的抄表技术，具有易操作，成本低，不入户等优点，ZigBee作为一种新兴的无线网络技术，具有功耗低、速率低、可靠性高、保密性强等特点，同时工作于国际免费频段，相比其他无线技术的较高网络费用，大大降低了成本，很适合应用于自动无线抄表系统中。本文所设计终端是无线抄表中的重要一部分，数据收集主要采用RS 485总线和MCU控制模块，无线发送部分采用ZigBee无线通信模块。
0 引言
随着无线网络的不断兴起，由于无线网络技术极大的优越性，使得越来越多的行业有线产品和技术被无线替代，在我国，自动无线抄表技术(AMR)作为一种新型的抄表技术，具有易操作，成本低，不入户等优点，ZigBee作为一种新兴的无线网络技术，具有功耗低、速率低、可靠性高、保密性强等特点，同时工作于国际免费频段，相比其他无线技术的较高网络费用，大大降低了成本，很适合应用于自动无线抄表系统中。本文所设计终端是无线抄表中的重要一部分，数据收集主要采用RS 485总线和MCU控制模块，无线发送部分采用ZigBee无线通信模块。
为了解决ZigBee无线抄表系统数据采集发送集成度不高、设备繁琐等问题，通过对ZigBee无线标准协议的研究和对当前无线抄表系统实现过程的分析，设计出一种基于ZigBee的电表数据收发终端。该终端主要是将MCU系统和RF CC2430无线射频芯片相结合，包括数据接收、无线数据发送和电源三个硬件电路部分，完成对电表数据的接收和无线发送，重点阐述该终端节点的硬件结构设计和软件设计流程。通过对其在无线抄表系统中检测，接收发送数据稳定可靠。实践表明，该终端可作为一个通用模块应用到其他无线收发系统中，具有很强的实用性和可移植性的特点。
5 结语
本文采用MCU和RF射频模块设计出在ZigBee无线抄表中的电表数据采集发送终端系统，安装方便，抗干扰能力强，具有很强的实用性，可作为一个整体功能模块应用于其他无线数据传输系统中，如家用水表，智能家居等方面，在试验使用过程中抄表数据可靠，无丢数据现象，现在的无线数据传输系统都有一定的距离要求，在此模块上加上RF放大模块，可增大传输距离，但效果不明显，利用无线路由器和定向增益天线可解决这一问题，可完全满足局域距离要求，且可作为集成模块应用到其他无线传输系统中，通用性和可移植性增强。
2 无线抄表数据收发终端总体设计