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ZIGBEE无线通信抄表系统
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。
由于ZIGBEE的优越特性,基于ZIGBEE技术的无线组网是一种比较合适的下行信道的实现手段。适合应用于一些短距离的无线网络的组网,例如写字楼、办公楼、宿舍楼、工厂等无线抄表网络,适用于企业内部能耗监测及管理系统,尤其适用于一些布线困难旧楼改造的能耗管理系统中。
无线通信抄表系统单个子网,主要由上行网络工业以太网和下行网络ZIGBEE无线局域网络组成。整个子网主要由电表、ZIGBEE采集器以及ZIGBEE网络终端组成,示意图如下。
工作周期短、收发信息功耗较低,并且RFD(Reduced Function Device,简化功能器件)采用了休眠模式,不工作时都可以进入睡眠模式。
低成本。通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10),降低了对通信控制器的要求,以8051的8位微控制器测算,全功能的主节点需要32KB代码,子功能节点少至4 KB代码。
低速率、短延时。ZIGBEE的最大通信速率达到250 kb/s(工作在2.4 GHz时),满足低速率传输数据的应用需求。ZIGBEE的响应速度较快,一般从睡眠转入工作状态只需15ms,节点连接进入网络只需30ms,进一步节省了电能。相比较,蓝牙需3~10 S、Wi-Fi需3 S。
近距离,高容量。传输范围一般介于10~100 m,在增加RF发射功率后,亦可增加到1~3 km。这指的是相邻节点间的距离,若通过路由和节点间通信的接力,扩展后达到几百米甚至几公里。ZIGBEE可采用星状、片状和网状网络结构。由一个主节点管理若干子节点,最多一个主节点可管理254个子节点。
高可靠性和高安全性。ZIGBEE的媒体接入控制层(Medium Access Control,MAC)采用CSMA/CA的碰撞避免机制,同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避免了发送数据时的竞争和冲突。ZIGBEE还提供了3级安全模式,包括无安全设定、使用接人控制清单防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AdvancedEncryption Standard,AES)的对称密码,以灵活确定其安全属性。
免执照频段。采用直接序列扩频在工业科学医疗(Industrial Scientific Medical,ISM)频段,分别为2.4 GHz(全球)、915 MHz(美国)和868 MHz(欧洲)。
Zigbee技术无线抄表系统中外围电路的作用(两个晶振电路一个天线电路)
无线收发模块主要由CC2420芯片和2.4GHz射频天线以及相应的阻抗匹配电路组成。芯片外围电路包括晶振时钟电路、射频输入/输出匹配电路和单片机接口电路三个部分。本设计采用16MHz无源晶振,其负载电...
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随着人们生活水平的提高,食品的安全卫生越来越受到人们的重视。每年技术监督部门都要对全市各冷库食品进行抽检,检查后发现市民每年消费的农产品及其他易腐食品中有很大部分就是因为冷藏、冷冻未达到要求而变质的,...
工作电源
工作范围 AC220V
频率范围 2.41GHz~2.48GHz
功耗 4W
网络状态指示 绿灯
POWER指示 红灯
数据指示 绿灯
RF信道 16
接收灵敏度 -94dbm
发射功率 -27dbm~25dbm
天 线 外置SMA天线
网络拓扑 网状
寻址方式 IEEE802.15.4/ZIGBEE标准地址
网络容量 最大255个节点
通信接口
RS485接口
MODBUS-RTU协议
波特率
9600bps(默认)、4800bps、2400bps、1200bps可选
机械尺寸 89mm*76mm*74mm
安装方式
采用35mm标准导轨安装
高压重要回路或低压进线柜,可选用ACR330ELH:
ACR330ELH具有LCD显示、全电参量测量(U、I、P、Q、PF、F、S);四象限电能计量、复费率电能统计;THDu,THDi、2-31次各次谐波分量;电压波峰系数、电话波形因子、电流K系数、电压与电流不平衡度计算;电网电压电流正、负、零序分量(含负序电流)测量;4DI+3DO(DO3做过压、欠压、过流、不平衡报警);RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T645规约等功能。
低压联络柜、出线柜中,可选用ACR220EL:
ACR220EL具有LCD显示、全电参量测量(U、I、P、Q、PF、F);四象限电能计量、复费率电能统计、最大需量统计;4DI+2DO;RS485通讯接口、Modbus协议等功能。
动力柜中,可选用ACR120EL、DTSD1352(ADL3000):
ACR120EL具有LCD显示、全电参量测量(U、I、P、Q、PF、F);四象限电能计量、复费率电能统计、最大需量统计;2DI+2DO;RS485通讯接口、Modbus协议等功能。
DTSD1352(ADL3000) 具有LCD显示、全电参量测量(U、I、P、Q、PF、F、S);四象限电能计量、复费率电能统计、最大需量统计;电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选等功能,主要应用于动力柜中。
照明箱,可选用DDS1352(ADL10) DDSF1352(ADL100) DTSF1352(ADL300):
DDS1352(ADL10) 具有单相电能计量,电流规格5(30)A、电能脉冲输出、LED同步指示等功能。
DDSF1352(ADL100) 具有单相电能计量,电流、电压测量,电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选等功能。
DTSF1352(ADL300) 三相电能计量,电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选等功能。
基于ZigBee的无线抄表系统的集中器设计
采用GPRS网络和ZigBee无线通信技术,构建了一种无线抄表系统,设计了基于ZigBee无线通信的集中器。该集中器避免了长距离布线和复杂的线路干扰,可以快速抄读电表实时数据,数据传输可靠。
基于ZigBee和GPRS的远程无线抄表系统设计
针对当前抄表系统存在的实时性差、安装维护不便等缺点,采用TI公司的CC2530芯片和深圳有方公司的GPRS通信模块M590,设计了一种将ZigBee技术和GPRS技术结合起来的远程无线抄表系统。由于其上行和下行通信信道均采用无线通信的方式,无需布线,安装简便,故障易于排查。该系统既发挥了ZigBee技术自组网能力强、网络容量大的优点,解决了数量庞大的电能表管理与抄读困难的问题,又发挥了GPRS技术网络覆盖范围广、永久在线的优势,提高了系统的实时性。
图6为无线通信抄表系统网络拓扑图,整个网络主要由四部分组成:计量仪表、本地无线通信网络、远方通信网络以及数据交换设备。ZIGBEE无线通信抄表系统的体系结构也继承了无线通信抄表系统,它的结构与无线抄表系统大致一样,整个网络也由计量仪表、ZIGBEE采集器(负责与计量仪表之间的通信)、ZIGBEE网络终端(负责与上层通讯网络的对接,譬如工业太网等)、上层通信网络和数据交换存储设备。ZIGBEE无线通信抄表系统一般采用的组网方式是MESH的网状网络,MESH网络能更好得保证通信质量,保证单一节点出现故障时不影响其他节点通信状态。
《ZigBee技术及应用》围绕ZigBee技术的理论和应用作较全面的介绍。在简要介绍无线组网通信技术的基础上,第2章详细介绍了ZigBee协议栈的基础--IEEE 802.15.4无线个域网协议;第3章对ZigBee协议规范1.0版本进行了阐述。从第4章开始,分别介绍基于单片RF收发器和SoC方式的一些典型ZigBee技术实现平台,主要产品有Freescale公司的MCl3192/MCl3193,Chipcon公司(已被TI公司收购)的CC2420、CC2430和Ember公司的EM250,对其芯片的特性、功能和应用等进行了描述。第8章介绍MCl3192的一个应用实例;第9章是CC2420 ZigBee DK开发套件的介绍。
1999年,蓝牙热潮席卷全球,然而发展数年,一直受芯片价格高、厂商支持力度不够、传输距离限制及抗干扰能力差等问题的困扰。
IEEE无线个人区域网工作组的 IEEE802.15.4技术标准是 ZigBee技术的基础。 IEEE802.15.4满足国际标准组织( ISO)开放系统互连(OSI)参考模式。它定义了单一的 MAC层和多样的物理层.
802.15.4标准旨在为低能耗的简单设备提供有效覆盖范围在 10-75米的低速连接, IEEE802.15.4定义了两个物理层标准,分别是 2.4GHz物理层和 868/915GHz物理层[2]。2.4GHz波段为全球统一的无需申请的 ISM频段,有助于 ZigBee设备的推广和生产成本的降低。 2.4GHz的物理层通过采用高阶调制技术能够提供 250kbps的传输速率,有助于获得更高的吞吐量、更小的通信时延和更短的工作周期。主要适合用于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备。