OpenVINOTM,给你看得见的未来!>>
电子产品世界 » 论坛首页 » 综合技术 » 通讯及无线技术 » Zigbee无线远程三表抄表系统解决方案

共1条 1/1 1 跳转至

Zigbee无线远程三表抄表系统解决方案

菜鸟
2013-07-14 09:56:14    评分

Zigbee无线远程三表抄表系统解决方案

1.         应用背景

水、电、气三表数据通常采用传统的手工和半手工方式抄送。存在费时、费力、费用高等问题。因此,实现三表数据的远程自动抄送,具有十分重要的现实意义。Zigbee技术是近年来兴起的一种无线网络通信技术标准。它是一种低功耗、低数据传输速率、低成本、数据可靠性高的双向无线通信技术,主要用于自动、远程控制领域及家用设备联网。基于Zigbee的技术特点以及抄表系统数据传输要求,本方案提供Zigbee无线网技术实现本地数据采集,以太网网络实现与中心站数据传输的方案,有效解决传统抄表系统存在的一些问题.

2.         Zigbee介绍

   Zigbee是一种新兴的短距离、低速率的无线网络技术。主要用于近距离无线连接。它有自己的协议标准,在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量,以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,所以它们的通信效率非常高。Zigbee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台,十分类似现有的移动通信的CDMA网或GSM网,每一个Zigbee网络数传模块类似移动网络的一个基站,在整个网络范围内,它们之间可以进行相互通信;每个网络节点间的距离可以从标准的75米,到扩展后的几百米,甚至几公里;另外整个Zigbee网络还可以与现有的其它的各种网络连接。

3.      Zigbee技术特点

  功耗低:工作模式情况下,Zigbee技术传输速率低,传输数据量很小,因此信号的收发时间很短,其次在非工作模式时,Zigbee节点处于休眠模式。设备搜索时延一般为30ms,休眠激活时延为15ms,活动设备信道接入时延为15ms。由于工作时间较短、收发信息功耗较低且采用了休眠模式,使得 Zigbee节点非常省电,Zigbee节点的电池工作时间可以长达6个月到2年左右。同时,由于电池时间取决于很多因素,例如:电池种类、容量和应用场合,ZigBee技术在协议上对电池使用也作了优化。对于典型应用,碱性电池可以使用数年,对于某些工作时间和总时间(工作时间+休眠时间)之比小于1% 的情况,电池的寿命甚至可以超过10年。 
  数据传输可靠:ZigBee的媒体接入控制层(MAC层)采用talk-when- ready的碰撞避免机制。在这种完全确认的数据传输机制下,当有数据传送需求时则立刻传送,发送的每个数据包都必须等待接收方的确认信息,并进行确认信息回复,若没有得到确认信息的回复就表示发生了碰撞,将再传一次,采用这种方法可以提高系统信息传输的可靠性。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。同时ZigBee针对时延敏感的应用做了优化,通信时延和休眠状态激活的时延都非常短。 
  网络容量大:Zigbee低速率、低功耗和短距离传输的特点使它非常适宜支持简单器件。ZigBee定义了两种器件:全功能器件(FFD)和简化功能器件(RFD)。对全功能器件,要求它支持所有的49个基本参数。而对简化功能器件,在最小配置时只要求它支持38个基本参数。一个全功能器件可以与简化功能器件和其他全功能器件通话,可以按3种方式工作,分别为:个域网协调器、协调器或器件。而简化功能器件只能与全功能器件通话,仅用于非常简单的应用。一个 ZigBee的网络最多包括有255Zigbee网路节点,其中一个是主控(Master)设备,其余则是从属(Slave)设备。若是通过网络协调器(Network Coordinator),整个网络最多可以支持超过64000Zigbee网路节点,再加上各个Network Coordinator可互相连接,整个ZigBee网络节点的数目将十分可观。 

  兼容性:ZigBee技术与现有的控制网络标准无缝集成。通过网络协调器(Coordinator)自动建立网络,采用载波侦听/冲突检测(CSMA-CA)方式进行信道接入。为了可靠传递,还提供全握手协议。
  安全性:Zigbee提供了数据完整性检查和鉴权功能,在数据传输中提供了三级安全性。第一级实际是无安全方式,对于某种应用,如果安全并不重要或者上层已经提供足够的安全保护,器件就可以选择这种方式来转移数据。对于第二级安全级别,器件可以使用接入控制清单(ACL)来防止非法器件获取数据,在这一级不采取加密措施。第三级安全级别在数据转移中采用属于高级加密标准(AES)的对称密码。AES可以用来保护数据净荷和防止攻击者冒充合法器件。 
  实现成本低:模块的初始成本估计在6美元左右,很快就能降到1.5-2.5美元,且Zigbee协议免专利费用。目前低速低功率的UWB芯片组的价格至少为20美元。而ZigBee的价格目标仅为几美分。

4.         Zigbee类型

 Zigbee网关

l       它包含所有的网络信息,是3种设备中最复杂的,存储容量大、计算能力最强。它主要用于发送网络信标、建立一个网络、管理网络基站、存储网络基站信息、寻找一对基站

l间的路由信息并且不断的接收信息。一旦网络建立完成,这个网关的作用就像网络基站。

Zigbee基站

l     它的执行功能包括允许其它设备加入这个网络,跳跃基站,辅助子树下电池供电终端的通信。 通常,基站全时间处在活动状态,因此为主供电。但是在树状拓扑中,允许基站操作周期运行,因此这个情况下允许基站电池供电。

Zigbee终端设备

l    一个终端设备对于维护这个网络设备没有具体的责任,所以它可以睡眠和唤配,看它自己选择。因此它能作为电池供电节点。 一个Zigbee网络由一个网关节点、多个基站和多个终端设备节点组成。ZigBee支持三种自组织无线网络类型,即星型结构、网状结构(Mesh)和簇状结构 (Cluster tree),特别是网状结构,具有很强的网络健壮性和系统可靠性。 

l

5.     基于 ZigBee 技术的无线三表远程抄表系统解决方案


通过前面对水电煤公用事业抄表系统的技术要求分析,结合 Zigbee 技术特点和技术优势,采用 Zigbee 技术来实现水电煤三表的无线抄表是一个非常理想的解决方案。在实际应用中,我们选择了将 Zigbee 技术与 GPRS/3G 结合起来,根据抄表用户的不同分布,来灵活地构建抄表的无线网络。

l  对于每个抄表终端而言,要求超低功耗、低成本(包括设备成本、运行成本),并且数据的传输速率不高,对于居民小区的抄表,抄表终端通常分布较密集、距离较近,zigbee 技术可以很好地满足这些要求; 

l  终端采集的数据需要送到水电煤公用事业公司的集抄管理中心,这可以通过GPRS/3G 网络来实现,它无距离限制,且无需网络规划、几乎不需要维护; 

l  所构建的 zigbee 网络既可以是星形拓扑,也可以是网状网络拓扑,不论是哪种拓扑结构的zigbee 网络,根据实际的组网需要,设计合理的网络结构。且无需布线。


 


每楼层的水电煤三表通过Zigbee数据采集器采集数据,再通过自动组网方式连接到ZIGBEE远端网关,再通过GPRS/3G透传设备连接远端服务器进行数据管理。

6.         Zigbee技术方案优势

目前的自动抄表系统,从数据传输角度划分,可分为有线、无线两大类,这两大类抄表系统各有其适用的应用领域,但就抄表系统的投资、建设、维护等几方面而言,无线抄表系统显然具有更大优势

相比RFID方案来说Zigbee省去了布线的投资,无线施工自动组网。大大降低了投资成本。


7.         逖偲高科技的 Zigbee 无线数据采集模块

TS-03系列无线数据传输设备包括:TS-03-A-I-2468-RS485-HP(LP)TS-03-D-I-2468-RS485-HP(LP)TS-03-S-I-2468-RS485-HP(LP)TS-03-T-I-2468-RS485-HP(LP)、等产品以及配套底板等。TS-03系列产品是基于TI CC 2530F256芯片研制开发的,采用ZigBee协议栈的低功率无线数传模块。

产品特点:

1     设备采样精度:10AD采样;

2     设备有线接口:RS485RS232USBRJ45接口;

3     传输模式可选:无线传输或有线485232 USB RJ45传输;

4     无线功能强大:具备中继路由和终端设备功能;

5     通信距离较远:最大视距传输距离2000米;

6     抗干扰能力强:2.4G DSSS扩频技术;

7     串口应用灵活:透明方式或指令格式传输,最高波特率115200

8     发送模式灵活:广播发送或目标地址发送模式可选;

9     节点类型灵活:中心节点、路由节点、终端节点可任意设置;

10   组网能力较强:星型网、树型网、链型网、网状网;

11   网络容量大:16信道可选,65535个网络ID可任意设置。

 

 

 

 

 

规格参数

功能

特性

频率

2.405-2.480G ISM,全球免费频段

通道

11-26通道;默认为0,自动选择干扰最小的通道

调制方式

QPSK

速率

250Kbps

收发器特性

低功率发射功率:2.5dBm 接收器灵敏度:-96dBm

高功率发射功率:19dBm 接收器灵敏度:-100dBm

通讯距离

低功率可视距离100-150米,和环境以及天线增益有关系

高功率可视距离1000-1500米,和环境与天线增益有关系

协议栈

基于IEEE802.15.4底层协议栈

网络拓扑

点对点、星型网络、树状网络,链状网络

模拟量输入

2-16 12位模拟量输入,4-20mA

串口模式

1200-115200bps

配置模式

拨码开关以及串口命令配置

硬件接口

RS232RS485 USBRJ45

天线接口

SMA孔母头

天线增益

标配3dBm全向棒式天线,吸盘天线可选

电源

12-36V DC

功耗

100mA@12V DC

温度

-40 - 85

湿度

最大90%(非结露)

外壳

IP20标准

尺寸

147×103×40mm

安装方式

面板安装

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

产品选型

    

类型

输入(出)

通路

接口

功率

ST-03

A 4-20mA电流

输入

2

RS485

高功率 HP

D  0-5V电压

输出

4

RS232

低功率 LP

S   开关量

 

8

USB

 

T   温度信号

 

16

RJ45

 

如:ST-03-AI2-RS232-HP型号描述为ST-02系列 二路4-20m信号采集 RS232接口 高功率

 

 

上海逖偲高网络科技有限公司

18001875385

钱先生




关键词: zigbee     无线     抄表     网络    

共1条 1/1 1 跳转至

回复

匿名不能发帖!请先 [ 登陆 注册 ]