基于ZigBee技术的太阳能无线电表计量系统的设计与研究

发布时间：2020-05-10 22:25

【摘要】：伴随着社会的发展和人民生活水平的不断提高,水表、燃气表、电表和热表的数量都不断增加,这些计量用表所采集的数据将通过各种形式被人类收集利用。目前现有的电表计量系统存在着功耗大、成本高、线路干扰、组网规模小、自动化程度不高等缺陷,如何用最少的人力、最低的成本、最快的速度、最稳定的性能、最安全的形式将用户数据送达给管理部门,是现有电表计量系统一个迫切需要解决的问题。ZigBee是一种新的低功耗、短距离、低速率、短延时、高容量、低成本、高安全性的无线网络技术。由于其优良的性能,近几年在国内外发展极快,已经覆盖了工业控制、家庭网络、工业无线定位、汽车自动化、楼宇自动化、消费电子等领域。在世界各国能源供应日趋紧张的大背景下,太阳能作为清洁能源近年来被世界大力推广,如果能将ZigBee技术和太阳能发电技术合理应用于无线电表计量系统中,将会使电表计量系统在供电稳定和系统节能环保等性能提升方面带来质的飞跃。本文首先介绍了自动电表计量相关领域的国内外发展概况、项目背景和研究意义,分析和比较了现有自动电表计量系统的优缺点,并对目前常用的短距离无线通信技术进行了深入分析和研究,在综合对比后提出了基于ZigBee技术的太阳能无线电表计量系统的设计方案,确定系统方案后完成了硬件子系统的设计,同时遵照相关协议完成了底层通信系统软件的设计。针对系统在电源供电部分存在性能不稳定且废旧电池污染严重的问题,提出将清洁能源太阳能引入作为电源的一部分,用以提高系统电源供电的可靠性和环保性,并最后完成了系统的测试。测试结果表明该系统具有低成本、低功耗、节能环保、自组网和自适应强、安全稳定和兼容性强等特点,可见基于ZigBee技术的太阳能无线电表计量方案不仅可带来巨大的经济效益,降低管理部门在数据采集过程中物力和人力的消耗,提高他们的管理效率;而且系统的优化设计使得整体供电稳定性更强,能耗更低,更加节能环保;同时也能为大众提供更加高效便捷的公共服务,有很好的市场推广价值和应用前景。
【图文】：

框架图,协议栈,框架,层面

将来该项技术的价位将会更低，而且使用 ZigBee 协议也是免许可不(9)较小的传输速率。对于 ZigBee 装置节点来说，其数据率大概在 20~内，而 868MHz、915MHz 以及 2.4GHz 的频道段的则是 50kbps、40kbps、针对那些速率较小的掌控网络，ZigBee 装置数据率都能满足要求2.2 ZigBee 协议栈框架ZigBee 的协议栈框架主要包含四层：（1）PHY 层面;（2）MAC 层面;（层面;（4）APL 层面。并且各层均由下一层为其服务，含有管理及数据的服体。前者功能是向前面层面供应管理性服务。后者功能是将有关的数据性应给前面的层面；凭借 SPA(Serice Access Point)，各实体能供应给上一46]。实际上 ZigBee 协定栈同样是源自规定的 OSI(Open Systems Intercon七个层次的模式，不同的是，ZigBee 对每一层进行了重新规划。ZigBee 协框架如图 2.1 所示，其中，网络层以上的标准是由 ZigBee 联盟制定的，而以下的标准则是基于 IEEE802.15.4 制定的[47]。

示意图,网络结构,示意图,协调器

图 2.2 ZigBee 网络结构示意图(1) 星形最容易方便的拓扑模式就是星形拓扑，它是由 1 个协调器和很多终端装成的。其中，各装置间的通讯及信息的传送均把协调器当作核心。若是在 2 端装置间有通讯传送信息要传送，则需要先将信息自其中一个终端装置输送调器，在协调器进行判断之后，转送至想要收取信息的那个装置。但是此模有不利之处，由于节点间的信息路由只有 1 条路径，因此协调器的运行负担很(2) 树形在三种模式中繁杂性属于中等的是树形拓扑，它的构成包括 1 个协调器很多星形组织。对于许多路由器的节点而言，它们都连于协调器的节点处，，本身后面又连着许多别的节点，形成了多级别的相连模式，对于子节点来说路由器的节点不但能连很多同设备节点，而且对于终端节点而言，也可以将接。网络中的设备可以跟相连成团的父节点或者子节点之间达成通讯，同时根据树形网络与别的节点完成通讯。很明显，此模式同样具有的缺陷就是只一的路由通道进行信息传输。
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM933.4

【参考文献】