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基于ZigBee在能耗评估系统中的应用

作　者: 彭继刚
导　师: 宋刚；任玉文
学　校: 山东大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: ZigBee技术节能评估 MSP430 CC2430
分类号: TP274.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着我国经济的快速发展,建筑的高耗能问题日益突出,特别是国家机关办公建筑和大型公共建筑,建筑节能成为智能建筑未来发展的重点。建筑中的能耗主要来源于电能的使用,其中空调、照明、暖通等系统占据了电能使用的绝大部分。如何对建筑用电情况进行监测,找出不合理的用电能耗,并想办法降低下来,已成为解决高能耗问题的关键。由于建筑内部不宜重新布线,而且在监测过程不能引起人们工作的不便,基于多方面综合考虑,具有无线化、微型化、低能耗的传感器网络成为理想的选择。ZigBee作为一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术,符合IEEE802.15.4协议,利用系统与其它符合标准的产品的互联,具有良好的通用性和可扩展性。主要应用领域包括工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、农业自动化和医用设备控制等。相比较蓝牙、Wi-Fi、Z-Wave等技术,Zigbee技术更适合在环境监控方面的应用。本文的目的是在建筑物内构建一个ZigBee无线网络,设计一套能耗评估系统,它可以对空调电能使用情况、现场有无人员情况和现场温度信息进行信息采集、处理和传输,通过网关统一调度,最终将信息汇集到主机并进行信息存储,主机可以实现信息的查询、管理和评估工作。通过信息的处理及评估,用户可以根据不同的使用情况进行相应的处理,尽可能降低不合理的用电能耗,以达到节能降耗的效果。本文从ZigBee技术及其特点研究开始,介绍了Zigbee协议栈、网络配置和拓扑结构,在比较了蓝牙、Wi-Fi、Z-Wave等不同的无线传输技术的优缺点后,确定ZigBee技术在环境监控方面有很强的优势,构建Zigbee无线传感器网络进行空调能耗数据信息采集符合本文的实际要求。通过对几种流行的Zigbee方案的比较,本设计根据采集信息的需要,选择了合适的传感器及节点管理发射芯片CC2430,网关的设计是基于MSP430系列低功耗单片机和CC2420无线通信模块的平台,并在此基础上构建了基于ZigBee协议的无线传感器网络,实现了无线传感器节点低功耗、低成本的目标。在软件方面,首先对工作模式进行了基于任务的管理设计,根据优先级别进行任务调度和管理。其次是对Zigbee网络组网的设计,主要是系统初始化和网络拓扑的更新及维护。最后设计了评估软件,包括通信、数据库及操作界面等方面。通过对系统的调试和工作,达到了预期的目的和效果,为系统今后的扩展奠定良好的基础。

全文目录

摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
第一章绪论  12-15
  1.1 前言  12
  1.2 选题的目的和意义  12-14
  1.3 本文研究的主要内容  14-15
第二章 ZigBee技术综述  15-21
  2.1 ZigBee技术介绍  15
  2.2 ZigBee技术的特点  15-16
  2.3 ZigBee协议栈  16-17
  2.4 ZigBee技术的网络配置和拓扑结构  17-19
    2.4.1 ZigBee技术的网络配置  17-18
    2.4.2 ZigBee技术的网络拓扑结构  18-19
  2.5 ZigBee与其它无线传输协议的比较  19-21
    2.5.1 蓝牙技术  19
    2.5.2 Wi-Fi技术  19-20
    2.5.3 Z-WAVE技术  20-21
第三章能耗评估系统  21-24
  3.1 能耗理论研究  21-22
  3.2 系统总体设计  22-24
    3.2.1 系统设计思路  22
    3.2.2 系统功能要求  22-23
    3.2.3 系统设计内容  23-24
第四章系统的硬件设计  24-39
  4.1 系统硬件设计思路  24-27
  4.2 温度采集节点的设计  27-29
  4.3 红外探测节点的设计  29-30
  4.4 电能采集节点的设计  30-32
    4.4.1 CC2430存储器模块的设计  30-31
    4.4.2 节点与电表通信设计  31-32
  4.5 网关设计与实现  32-36
    4.5.1 网关节点的构架  32-33
    4.5.2 网关节点的设计  33-36
  4.6 能量管理模块  36-37
  4.7 串口设计  37-39
第五章系统软件的设计  39-55
  5.1 硬件系统管理设计  39-41
  5.2 Zigbee网络的组建  41-44
    5.2.1 系统初始化  41-42
    5.2.2 网络拓扑更新及维护  42
    5.2.3 节点通信设计  42-44
  5.3 评估系统的设计  44-55
    5.3.1 串行通信设计  44-46
    5.3.2 数据库的设计  46-50
    5.3.3 界面设计  50-55
第六章系统测试  55-57
总结  57-59
参考文献  59-62
致谢  62-63
学位论文评阅及答辩情况表  63

基于ZigBee在能耗评估系统中的应用

内容摘要

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