基于ZigBee的无线抄表系统设计与实现

发布时间：2017-10-20 13:46

  本文关键词：基于ZigBee的无线抄表系统设计与实现

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【摘要】：随着建设国家智能电网概念的提出,智能电表开始成为人们关注的焦点,其核心是远程自动抄表技术。本文提出了基于ZigBee技术的无线抄表解决方案,该方案能够很好地弥补传统抄表的缺陷。ZigBee作为一种新兴的短距离无线通信技术,其低成本、低功耗的独特优势,特别适用于对速率要求较低的工业控制领域。首先,论文研究了ZigBee技术,详细介绍了其协议栈、三种网络拓扑结构以及路由协议。在此基础上,对无线抄表系统进行了设计,明确论文研究的主要内容是集中器与电表之间的无线数据通信。随后着重介绍了集中器在470MHz工作频段下采用路由主动方式进行抄表的流程设计。该抄表系统可以利用现有仪表,以节约使用成本。其次,论文进行了集中器本地通信模块以及采集终端远程通信模块的硬件和软件设计。通信模块选用STM32F103系列微控制器作为核心处理器,选用CC1100E作为射频收发器,并增加了CC1190射频前端,从而提高了接收灵敏度,扩大了通信距离。在选择电路元器件时,在保证系统功能的情况下,优先选用低成本、低功耗的芯片或器件,并利用Multisim软件绘制了主要功能模块的电路设计图。同时在IAR EW开发环境下进行了软件开发,实现了通信模块组网、命令帧解析、数据采集、数据传输等功能。本设计中的电表模块具有中继功能,可以转发来自其他设备的命令。最后,对无线通信模块及ZigBee网路的性能进行了测试,并借助串口调试工具测试了抄表功能。测试结果表明,集中器能够正确抄读电表的数据,达到了设计的预期目标。本设计方案可拓展应用于各类以表头为终端的抄表系统,具有广阔的市场前景。
【关键词】：无线抄表系统 ZigBee STM32F103 CC1100E 数据采集
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN92;TM933.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 专用术语注释表8-10
• 第一章 绪论10-13
• 1.1 研究工作的背景及意义10
• 1.2 国内外研究动态和发展趋势10-12
• 1.2.1 国外自动抄表发展现状10-11
• 1.2.2 国内自动抄表发展现状11-12
• 1.3 本课题的研究内容与研究目标12-13
• 第二章 ZigBee无线通信技术的研究13-23
• 2.1 ZigBee技术13-16
• 2.1.1 ZigBee技术概述13
• 2.1.2 ZigBee技术的特点13-14
• 2.1.3 ZigBee与其他短距离无线通信技术的比较14-16
• 2.2 ZigBee协议栈16-18
• 2.2.1 ZigBee协议栈架构16-17
• 2.2.2 ZigBee协议栈OSAL17-18
• 2.3 ZigBee网络拓扑结构和路由分析18-21
• 2.3.1 ZigBee网络拓扑结构18-20
• 2.3.2 ZigBee网络建立20
• 2.3.3 ZigBee网络路由协议20-21
• 2.4 ZigBee技术应用领域21-22
• 2.5 本章小结22-23
• 第三章 无线抄表系统总体设计23-33
• 3.1 无线抄表系统设计方案23-25
• 3.1.1 系统组成23-24
• 3.1.2 技术特点与系统优势24-25
• 3.2 系统无线通信协议25-28
• 3.2.1 无线通信协议栈25-26
• 3.2.2 无线抄表网络架构26-28
• 3.3 集中器本地通信接口协议帧格式28-30
• 3.4 路由主动方式抄表流程设计30-32
• 3.4.1 识别流程30-31
• 3.4.2 档案同步流程31
• 3.4.3 抄读流程31-32
• 3.5 本章小结32-33
• 第四章 无线抄表系统硬件设计33-44
• 4.1 主要芯片介绍33-35
• 4.1.1 STM32F103系列微控制器33-34
• 4.1.2 CC1100E射频收发器34-35
• 4.2 无线通信模块硬件设计35-42
• 4.2.1 无线通信模块电路组成35
• 4.2.2 部分功能模块电路设计35-42
• 4.2.3 无线通信模块实物图42
• 4.3 本章小结42-44
• 第五章 无线抄表系统软件设计44-54
• 5.1 系统软件架构44-48
• 5.1.1 软件开发环境44
• 5.1.2 无线通信模块工程开发44-46
• 5.1.3 无线通信模块工作流程46-47
• 5.1.4 抄表系统网络47-48
• 5.2 部分功能模块程序设计48-53
• 5.2.1 集中器接口协议帧处理程序设计48-49
• 5.2.2 集中器本地通信模块程序设计49-52
• 5.2.3 采集终端远程通信模块程序设计52-53
• 5.3 本章小结53-54
• 第六章 无线抄表系统测试与分析54-62
• 6.1 模块接收灵敏度测试54-55
• 6.2 网络传输链路性能测试55-57
• 6.3 抄表功能测试57-61
• 6.4 本章小结61-62
• 第七章 总结与展望62-64
• 7.1 总结62
• 7.2 展望62-64
• 参考文献64-66
• 附录1 程序清单66-67
• 附录2 应用功能码AFN定义67-69
• 致谢69

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本文编号：1067496