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基于ZigBee的自动抄表系统的设计

作　者: 张少虎
导　师: 孙龙杰
学　校: 西安科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 自动抄表系统 ZigBee CC2430 ADE7755
分类号: TP212.9;TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 244次
引　用: 7次
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内容摘要


ZigBee自动抄表系统是一种无需工作人员到现场就能完成抄录用户电表数据的自动化管理系统,采用现代通信技术和计算机技术自动读取和处理电表数据,解决了传统抄表模式功能单一、实时性差、结构简单、准确率低、费时费力等难题,并且大大降低了人力资源的消耗。这对于电力系统的经济效益、信息化水平、甚至管理决策都具有十分重要的意义。ZigBee技术具有近距离、低功耗、低速率、低复杂度、低成本的特点,正是这些优点使ZigBee技术为自动抄表系统的发展提供了更好的选择。本文具体工作主要包括如下:首先,介绍课题背景,讨论国内外研究现状,明确无线抄表系统的的巨大发展空间,并概括描述了ZigBee技术的主要特点和技术指标。其次,研究ZigBee协议栈,由浅及深的详细说明ZigBee物理层、MAC层、网络层及应用层的功能,ZigBee协议栈的分析是对后面软件设计的基础。然后,深入研究系统设计过程中的难点问题,ZigBee网络的拓扑结构和路由选择,通过对几种路由方式的分析,结合实际当中的应用,本文选择了Cluster-Tree+Z-AODV的路由方式。最后,给出ZigBee自动抄表系统的总体设计方案,硬件电路设计包括CC2430外围电路的设计,电能计量芯片ADE7755电路设计,电源转换电路设计,RS-232接口电路设计等,软件设计包括介绍采集节点电能表的通信规约、ZigBee协议栈关键概念以及协调器、路由器、采集终端的程序设计流程。在明确了各节点的功能并完善了节点程序之后,对ZigBee自动抄表系统进行了现场调试,在楼内最大传输距离到达了85m,收发成功率到达了99.5%,实现了对违规用电宿舍自动断电功能等,达到了预期的目标。

全文目录


摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
1 绪论  7-12
  1.1 研究背景及意义  7-8
  1.2 国内外无线抄表技术研究概况  8-10
    1.2.1 国内外的动态及趋势  8-9
    1.2.2 现有的各种抄表方式  9-10
  1.3 论文的主要工作  10-12
2 ZigBee 技术  12-24
  2.1 ZigBee 技术基础  12-14
    2.1.1 ZigBee 技术特点  12-13
    2.1.2 ZigBee 技术的应用领域  13-14
  2.2 ZigBee 设备  14-15
    2.2.1 ZigBee 协调器  14-15
    2.2.2 ZigBee 路由器  15
    2.2.3 ZigBee 采集终端  15
  2.3 ZigBee 协议栈  15-23
    2.3.1 物理层（PHY）  16-17
    2.3.2 介质访问控制层（MAC）  17-20
    2.3.3 网络层（NWK）  20-22
    2.3.4 应用层（APL）  22-23
  2.5 本章小结  23-24
3 ZigBee 网络拓扑和路由分析  24-31
  3.1 ZigBee 网络拓扑结构  24-25
    3.1.1 星型网络  24
    3.1.2 树型网络  24-25
    3.1.3 网状网络  25
  3.2 ZigBee 网络路由分析  25-30
    3.2.1 AODV 路由协议  26
    3.2.2 Z-AODV 能量平衡路由  26-28
    3.2.3 树型路由（Cluster-Tree）  28-29
    3.2.4 Cluster-Tree+Z-AODV 路由算法的分析  29-30
  3.3 本章小结  30-31
4 ZigBee 自动抄表系统的硬件设计  31-43
  4.1 系统总体设计方案  31-32
  4.2 系统硬件电路设计  32-39
    4.2.1 射频芯片CC2430  33-36
    4.2.2 电能计量芯片ADE7755  36-37
    4.2.3 电源转换电路  37-38
    4.2.4 RS-232 接口设计  38
    4.2.5 采集节点电路图  38-39
  4.3 PCB 设计  39-42
  4.4 本章小结  42-43
5 ZigBee 自动抄表系统的软件设计  43-56
  5.1 终端采集节点电能表的通信规约  43-46
  5.2 ZigBee 协议栈中的关键概念  46-49
    5.2.1 通信原语  46-47
    5.2.2 任务调度  47-48
    5.2.3 时间管理  48-49
  5.3 ZigBee 网络节点的软件设计  49-55
    5.3.1 协调器的软件设计  49-52
    5.3.2 采集节点软件设计  52-54
    5.3.3 路由节点软件设计  54-55
  5.4 本章小结  55-56
6 ZigBee 自动抄表系统实现  56-59
  6.1 ZigBee 自动抄表系统调试  56-57
  6.2 ZigBee 自动抄表系统现场测试  57-58
  6.3 本章小结  58-59
7 结论  59-60
致谢  60-61
参考文献  61-63

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统
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