基于ZigBee技術(shù)的熱計量遠程抄表系統研究
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(chuàng )造性地提出一種基于ZigBee技術(shù)的熱計量遠程抄表系統設計方案,敘述了ZigBee協(xié)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(wú)線(xiàn)傳輸功能的熱計量表,并采用無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)與GPRS相結合的方式,對集中供暖熱水流量和溫度進(jìn)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(yōu)點(diǎn),因而具有廣闊的應用前景。創(chuàng )新之處在于緊密結合當前應用實(shí)際,采用ZigBee技術(shù)組織無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng),對熱量計量進(jìn)行遠程傳輸。
關(guān)鍵詞:ZigBee;CC2430;無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng);熱計量表
0 引言
熱計量表可以用來(lái)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(yè)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(mén)控制器等。該表主要用于城市集中供熱上,便于實(shí)行一戶(hù)一表,分戶(hù)計量,按熱收費。
與傳統的熱計量表相比,無(wú)線(xiàn)遠程熱計量表具有安裝布置靈活、成本低廉、自動(dòng)控制、不需工作人員上門(mén)抄表等優(yōu)點(diǎn)。ZigBee技術(shù)的低成本、低功耗、復雜度低、延時(shí)短等優(yōu)點(diǎn),正是組建無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的良好途徑。本文研究的遠程熱計量表就是基于ZigBee技術(shù)實(shí)現無(wú)線(xiàn)自動(dòng)抄表功能的。
1 ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介
ZigBee是一種新興的短距離、低功耗、低速率的近距離的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。
ZigBee的基礎是IEEE 802.15.4,這是IEEE無(wú)線(xiàn)個(gè)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(xié)議,所以ZigBee聯(lián)盟對其網(wǎng)絡(luò )層和API進(jìn)行了標準化,同時(shí)聯(lián)盟還負責其安全協(xié)議、應用文檔和市場(chǎng)推廣等。ZigBee聯(lián)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(xié)議棧由高層應用規范、應用匯聚層、網(wǎng)絡(luò )層、數據鏈路層和物理層組成,網(wǎng)絡(luò )層以上協(xié)議由Zig-Bee聯(lián)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(wǎng)絡(luò )上,主要包括安全屬性和多個(gè)業(yè)務(wù)數據流的匯聚等功能。網(wǎng)絡(luò )層將采用基于Ad Hoc技術(shù)的路由協(xié)議,它在包含通用的網(wǎng)絡(luò )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(shí)現網(wǎng)絡(luò )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(wǎng)絡(luò )的維護成本。
2 系統結構與硬件設計
無(wú)線(xiàn)遠程熱計量自動(dòng)抄表系統由PC上位機、協(xié)調器、路由節點(diǎn)組成。協(xié)調器通過(guò)GPRS與電腦上位機連接,可以通過(guò)PC軟件顯示和查看信息,同時(shí)也可以通過(guò)PC軟件對系統進(jìn)行設置和控制。協(xié)調器與路由節點(diǎn)采用ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )方式進(jìn)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(xié)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(gè)定時(shí)器、AESl28加密電路、MAc協(xié)處理器、看門(mén)狗定時(shí)器、21個(gè)可編程I/O引腳,并支持4種休眠模式。
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