基于ZigBee技術(shù)的無線自動抄表系統(tǒng).pdf

1、ZigBee是一個最近新出現(xiàn)的無線通信技術(shù)，在家用系統(tǒng)控制、樓宇自動化、工業(yè)監(jiān)控領(lǐng)域具有廣闊的市場空間。ZigBee的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層由IEEE 802.15.4工作組制定，高層（網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)安全性及互邊互通應(yīng)用）由ZigBee聯(lián)盟負(fù)責(zé)。藍(lán)牙、WLAN技術(shù)，由于協(xié)議復(fù)雜、成本高、耗電等，在上述應(yīng)用領(lǐng)域中的推廣應(yīng)用遇到較大的困難。 ZigBee技術(shù)在戶用計量儀表組網(wǎng)，建立無線自動抄表系統(tǒng)，具有很好的市場前景，但是還有很多具有挑戰(zhàn)

2、性的問題需要解決。其中包括電源問題、各層協(xié)議的節(jié)能機(jī)制、自組織自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)等問題。本文將在親身參加戶用計量儀表開發(fā)研究的基礎(chǔ)上，參考國外許多專家學(xué)者提出的一些協(xié)議，對該問題進(jìn)行進(jìn)一步的研究。 本文通過比較傳統(tǒng)人工抄表、IC卡預(yù)付費(fèi)表、有線抄表系統(tǒng)及無線抄表系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，認(rèn)為無線抄表系統(tǒng)以其技術(shù)先進(jìn)、易于實(shí)現(xiàn)、傳輸速率高、可靠性高、成本造價低、易于普及等特點(diǎn)，將成為未來發(fā)展的趨勢。作者對無線局域網(wǎng)(WLAN)、GSM/GPRS、

3、藍(lán)牙技術(shù)、WirelessUSB LR技術(shù)等無線通信技術(shù)作了分析，得出了ZigBee技術(shù)具有協(xié)議簡單、成本低、功耗小、組網(wǎng)容易等優(yōu)點(diǎn)，最適合應(yīng)用于無線自動抄表系統(tǒng)的結(jié)論。 作者還研究了ZigBee技術(shù)的基本原理，深入分析了物理層、媒體訪問控制層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層等各層協(xié)議。給出了無線自動抄表系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖、各部分在系統(tǒng)中的功能以及戶用計量儀表的原理框圖、基本電路圖、主要硬件選型,研究了各種自動抄表系統(tǒng)的組網(wǎng)技術(shù)，提出一種實(shí)用的組網(wǎng)

4、方案。 由于無線自動抄表系統(tǒng)中的儀表要依靠自身攜帶的電池供電，壽命需達(dá)數(shù)年且更換不方便，因此選用合適的內(nèi)置電池顯得至關(guān)重要。鋰-亞硫酰氯電池以其極低的自放電、較大的容量、出色的高低溫性能，完全能夠滿足戶用計量儀表長期使用的要求。本文研究了鋰電池有關(guān)技術(shù)及選型注意項(xiàng)，對長期困擾設(shè)計者的鋰亞硫酰氯電池的“電壓滯后”問題作了深入研究，通過大量試驗(yàn)比較了幾種解決方案的優(yōu)劣。得出了周期性小電流沖擊方法能改善“電壓滯后”問題的結(jié)論，并給出了

5、兩組可行的參數(shù)：每10天以約100mA的電流沖擊10s或每3s 以6mA的電流沖擊5ms兩種方式。 降低能量消耗、延長儀表電池存活時間涉及到ZigBee的各層協(xié)議，本文分析研究了物理層、媒體訪問控制層、網(wǎng)絡(luò)層的有效的節(jié)能問題。論文對現(xiàn)有各種節(jié)能技術(shù)在本系統(tǒng)中應(yīng)用的可能性深入研究后發(fā)現(xiàn)：物理層可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)位置、判斷RSSI值調(diào)節(jié)發(fā)射功率大小。在MAC層采用支持節(jié)點(diǎn)在不同的狀態(tài)之間切換來提高能量利用率。無線自動抄表系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)層的