基于传感器网络的远程无线抄表系统设计.doc

摘要：近年来，随着科学水平和互联网技术的不断发展革新，社会对电力的需求水平变得越来越高。传统的人工抄表与有线抄表方式已经无法满足人们的需求，为此，远程无线抄表技术应运而生。无线抄表系统区别于原有的抄表方式，它能在低功耗运行状态下，实现对电能表数据的实时、稳定、准确抄录。目前比较常见的几种短距离无线通信技术，如红外线、蓝牙、WiFi等，都不能满足这样的高要求。ZigBee作为一种较新的无线通信技术，它具有低成本、低功耗、低复杂度等诸多优点。而且，其网络容量大、高安全性和高可靠性等优点也奠定了ZigBee技术在远程无线抄表中的优势。

本文首先介绍了国内外抄表技术的发展情况，通过对新旧抄表方式的对比研究，提出了一种基于ZigBee无线传感器网络的远程无线抄表方案。然后，针对抄表系统设计所涉及到的基础理论进行阐述，其中主要介绍了ZigBee技术独特的优势和ZigBee协议栈结构，以及其无线网络的几种拓扑结构。随后针对本文提出的抄表方案，通过对系统功能进行分析，进而形成系统总体方案，再从硬件和软件角度对系统进行详细设计。硬件部分的电路设计包括电表端、中间端和集中端三个部分。先通过绘图软件对这三个部分进行电路设计，再硬件实现。其中数据的收发过程主要通过以CC2530芯片为核心的ZigBee模块来实现，GPRS通信主要通过以SIM800C为核心的GSM模块来实现。软件设计部分主要通过Z-Stack协议栈建立ZigBee无线网络，并加入相关节点。抄表系统主要实现将通过RS-485方式采集到的电表数据，使用ZigBee通信技术将数据汇集到集中端，再通过GSM通信技术将数据发送到抄表终端的功能。

关键词：无线传感器网络，无线抄表，ZigBee

目录

摘要

ABSTRACT

第1章 绪论-1

1.1 课题研究的背景及意义-1

1.2 国内外抄表技术的发展情况-2

1.2.1 国外抄表技术的发展-2

1.2.2 国内抄表技术的发展-2

1.3 课题的研究内容及论文章节安排-3

第2章 无线抄表系统基础理论-4

2.1 无线传感器网络-4

2.1.1 无线传感器网络的介绍-4

2.1.2 电量传感器-5

2.2 ZigBee无线通信技术-6

2.2.1 ZigBee技术的特点-6

2.2.2 ZigBee协议栈及其结构-7

2.2.3 ZigBee设备类型-8

2.2.4 ZigBee网络的拓扑结构-8

2.3 本章小结-10

第3章 系统总体结构及硬件设计-11

3.1 系统总体结构设计-11

3.2 系统硬件选型-11

3.2.1 无线射频方案比较和选择-11

3.2.2 CC2530芯片功能-12

3.2.3 ZigBee模块选型-13

3.2.4 RS485模块选型-14

3.3 各部分硬件电路设计-15

3.3.1 电表端电路设计-15

3.3.2 中间端电路设计-15

3.3.3 集中端电路设计-16

3.4 本章小结-17

第4章 系统软件设计-19

4.1 ZigBee模块的软件开发环境-19

4.2 ZigBee协议栈工作流程-19

4.3 ZigBee网络的组网过程-20

4.3.1 ZigBee网络的建立-20

4.3.2 ZigBee终端节点的网络加入-21

4.4单片机控制程序设计-23

4.5 本章小结-23

第5章 抄表系统的硬件实现与调试-24

5.1 抄表系统的硬件实现-24

5.1.1 电表端部分硬件-24

5.1.2 中间端部分硬件-24

5.1.3 集中端部分硬件-25

5.2 抄表系统的整体调试及其功能测试-26

5.3 本章小结-28

第6章 总结与展望-29

6.1 总结-29

6.2 展望-29

附    录-31

参考文献-34

致    谢-36