基于ZigBee技术的热计量远程抄表系统研究
基于ZigBee技术的热计量远程抄表系统研究
作者：刘威赵亮方何俊芬
来源：《现代电子技术》2010年第03期
摘要:目前,在集中采暖的住宅小区中,正在推行按热量计量的收费方式改革。在此背景下,
创造性地提出一种基于ZigBee技术的热计量远程抄表系统设计方案,叙述了ZigBee协议以及系统的硬件和软件流程。系统利用ZigBee芯片CC2430、温度传感器、流量传感器、热量积分仪设计出具备无线传输功能的热计量表,并采用无线自组网与GPRS相结合的方式,对集中供暖热
水流量和温度进行远程抄表。使用结果证明,该系统具备操作方便、成本低廉、功耗低等诸多
优点,因而具有广阔的应用前景。创新之处在于紧密结合当前应用实际,采用ZigBee技术组织无线自组网,对热量计量进行远程传输。
关键词:ZigBee;CC2430;无线自组网;热计量表
中图分类号:TN911 文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)03-128-03
Research of Reading System for Long-distance Heat Meter Based on ZigBee Technology
LIU Wei,ZHAO Liangfang,HE Junfen
(College of Electronic and Information,Three Gorges University,Yichang,443002,China)
Abstract:At present,the concentration of heating in the residential district is pursuing the charges by way of heat mea--distance heat meter based on ZigBee technique is proposed,ZigBee protocol and the design scheme of hardware and software for this system are introduced.System designs the heat meter with the function of wireless transmission on ZigBee chip CC2430,temperature sensors,flow sensors,heat integral instrument,and makes use of wireless ad hoc network with a combination of GPRS,reading the flow rate and temperature of centralized heating in long-distance.The results prove that the system with easy to operate,low-cost and low power consumption advantages,which have broad application prospects.Innovation of this article is the application of the close combination of the current reality,the use of ZigBee Technology building up wireless ad hoc network,for remote measurement of heat meter.
Keywords:ZigBee;CC2430;wireless ad hoc network;heat meter
0 引言
热计量表可以用来测量暖气等供热设备的热能。根据最新国际、国内标准,《城市行业标准》和《计量检定规程——热能表》,热计量表应采用一体式结构,包括流量计、供水和回水温度检测、供水阀门控制器等。该表主要用于城市集中供热上,便于实行一户一表,分户计量,按热收费[1]。
与传统的热计量表相比,无线远程热计量表具有安装布置灵活、成本低廉、自动控制、不需工作人员上门抄表等优点。ZigBee技术的低成本、低功耗、复杂度低、延时短等优点,正是组建无线网络的良好途径。本文研究的远程热计量表就是基于ZigBee技术实现无线自动抄表功能的。
1 ZigBee技术简介
ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低速率的近距离的无线网络技术。
ZigBee的基础是IEEE 802.15.4,这是IEEE无线个人区域工作组的一项标准。但IEEE 802.15.4仅处理低级MAC层和物理层协议,所以ZigBee联盟对其网络层和API进行了标准化,同时联盟还负责其安全协议、应用文档和市场推广等。ZigBee联盟成立于2001年8月,由英国Invensys、日本三菱电气、美国摩托罗拉、荷兰飞利浦半导体等公司共同组成[2]。
ZigBee协议栈由高层应用规范、应用汇聚层、网络层、数据链路层和物理层组成,网络层以上协议由ZigBee联盟负责,IEEE则制定物理层和链路层标准。应用汇聚层把不同的应用映射到ZigBee网络上,主要包括安全属性和多个业务数据流的汇聚等功能。网络层将采用基于Ad Hoc技术的路由协议,它在包含通用的网络层功能的基础上,还同底层的IEEE 802.15.4标准同样省电[3]。另外,还能实现网络的自组织和自维护,从而最大程度地方便消费者使用,降低网络的维护成本。
2 系统结构与硬件设计
无线远程热计量自动抄表系统由PC上位机、协调器、路由节点组成。协调器通过GPRS 与电脑上位机连接,可以通过PC软件显示和查看信息,同时也可以通过PC软件对系统进行设置和控制。协调器与路由节点采用ZigBee无线网络方式进行通讯。系统结构如图1所示。
图1 系统组成结构图
系统的核心是ZigBee芯片CC2430,它是TI公司推出的支持ZigBee协议的系统芯片(SoC)。它在单芯片上整合了ZigBee射频(RF)前端、内存和微控制器。其内嵌增强型8051 MCU,8 KB RAM,128 KB FLASH,包含8路ADC、3个定时器、AES128加密电路、MAC协处理器、看门狗定时器、21个可编程I/O引脚,并支持4种休眠模式[4]。
2.1 带路由功能的热计量表