毕业论文网
该文是关于无线论文范文，为你的论文写作提供相关论文资料参考。
簇状型Zigbee网络拓扑结构在无线燃气抄表系统中的应用
簇状型Zigbee网络拓扑结构在无线燃气
抄表系统中的应用
林滔
（上海电子信息职业技术学院,上海 201411）
摘 要：文章针对老式小区的燃气无线抄表技术进行了研究,并分析了Zigbee与Wi-Fi、Bluetooth在该系统传输数据的合理性以及Zigbee技术的优缺点分析.无线燃气抄表技术与传统燃气抄表技术相比具有无需入户、无时间限制、管理成本低、快速、准确等优点,基于此设计了一种无线燃气抄表系统,该系统设计了用户终端模块与无线收发模块两部分电路.
关键词：Zigbee；无线网络；无线燃气抄表系统；用户终端模块；无线收发模块文献标识码：A
中图分类号：TP212文章编号：1009-2374（2016）02-0055-02DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.02.027
目前,楼宇的智能化在新式小区发展迅速,智能抄表和无线抄表技术也发展得比较成熟,但在老式小区发展很缓慢,老式小区的数量也非常庞大,目前在老式小区里,电表和水表都能方便地改到室外统一安装、统一抄表,燃气统一安装的困难较多,所以本文着重挑选燃气表无线抄表进行研究.随着楼宇的智能化发展,无线抄表系统越来越受到人们的青睐并逐渐取代了传统的抄表系统.传统的抄表系统大致可以分为三类：智能卡燃气表、有线自动抄表系统、无线智能燃气表,目前无线智能燃气自动抄表系统越来越受到业界的重视.
1Zigbee技术分析
1.1Zigbee技术概述
Zigbee一词源自于蜜蜂Bee,蜜蜂在空中飞行的字形的空中舞步,是把花蜜的位置信息传递给伙伴们.Zigbee技术也具备将信息通过Zigbee技术发送给其他Zigbee装置（也可以是接收）的能力.Zigbee包括两种不同的通讯规格：一种是由Zigbee Alliance所主导的标准；另一种是由IEEE所制定的IEEE802.15.4标准.Zigbee可以在国际免授权的2.4GHz、欧洲868MHz和美国915MHz三个免费频段上工作,它在2.4GHz频段上工作时,具有250kbps的最高数据传输率.Zigbee完全协议可用于32K字节的协调器,而且每个协调器同时可连接达255个节点之多,几个协调器可以自动形成一个网络.Zigbee是一种成熟的近程（10～100米）、低速率（250kbps标称速率）、低功耗的无线网络技术,主要应用于近距离数据无线收发,具备有强大自组网能力、低功耗、低速率、低成本、高可靠、超视距等多种特点,适用于远程控制和自动控制等领域.
本文选用DRF系列Zigbee模块,它是基于TI公司CC2530F256芯片的Zigbee模块,具体特点如下：（1）DRF系列Zigbee模块相当于无线的串口连接端口,在使用这个模块时,如串口电缆一样简单好用.Zigbee网络包含三种网络形态,即中心协调器、路由器、终端节点,英文标识分别是Coordinator、Router、End Device；（2）串口数据可透明传输,不必考虑Zigbee协议,每个模块都是上电即自动组网,Coordinator会自动给所有的节点分配地址,无需用户人工分配；（3）Coordinator能将从串口接收到的数据自动发送给所有其他节点,某一节点也能将从串口接收到的数据自动发送给Coordinator,通过串口便可在任意节点之间进行数据传输；（4）DRF系列Zigbee模块采用CC2530F256芯片,自带IEEE地址,不用再购买IEEE地址；（5）用户可通过串口指令自由变换模块的节点类型（Coordinator、Router、End Device）和使用的无线电频道；（6）用户可自定义Router地址,在Coordinator与Router之间传输数据,可根据自定义地址寻址,用户可自定义地址功能,方便地实现RS232设备联网功能.
1.2Zigbee网络拓扑结构
Zigbee具备强大的自组网能力,有星型、簇状型、MESH网状型三种,如图1所示网络拓扑结构.
Coordinator（网络协调器）就是网络中的中心节点,功能是组建网络和信息路由.如果要创建一个Zigbee网络,当有Router或EndDevice节点加入时,并分配地址给子节点,Coordinator一般被定义为不能掉电的设备,而且没有低功耗状态.一个Zigbee网络有且仅有一个Coordinator,不同网络的PAN ID即网络ID号也不一样,如果同时存在两个Coordinator,它们的初始PAN ID一样,那后上电的Coordinator的PAN ID会自动加1,区分两个Coordinator,以此避免PAN ID冲突.
Router（路由器）则负责寻找最适合的路由路径来转发数据包,当有节点加入网络,可自动为节点分配地址.Router一般也被定义为电源供电的设备,也不能进入低功耗状态,一个Zigbee网络一般需要多个Router,一个Router既能转发数据也可收发数据.
End Device（终端节点）加入Zigbee网络后能收发数据,但不能转发数据,End Device一般被定义为电池供电设备,能周期性地被唤醒去执行设定的任务,具有低功耗状态.
1.3三种无线通信技术的比较
燃气抄表频率较低,一般一个月一次,数据流量也很小,所以选择无线通信技术时需考虑到以下四个方面：（1）低成本：无线通信模块以及电路的成本要低；（2）低功耗：燃气抄表系统应避免外接电源,需要使用电池,低功耗模块才能使电池成本降低；（3）性能可靠：在无人维护的情况下能够正常运转；（4）扩展性强：无线通信模块间扩展性能强,扩展数量可达上千个.
选取了四种主要的短距离无线通信技术进行比较,技术指标如表1：
通过此表可看出Zigbee比较适合.
2设计方案
本系统是针对住户燃气表的自动抄表功能而设计,该系统实现后,抄表人员无需进入到各住户家中,便可将每个住户家中燃气用量数据通过收发模块读取.图2为各个住户家中的用户终端模块Zigbee与无线收发模块Zigbee的通信框图：
总体设计为：（1）以某小区的楼道为单元,在各单元底层或者中间楼层安装Zigbee无线收发模块用于抄表人员抄燃气表用量；（2）在各住户家中安装Zigbee远程用户终端模块,将读取的燃气表用量通过Zigbee的射频部分将数据发送到楼道里的Zigbee无线收发模块.无线收发总模块有一个Zigbee设置为Coordinator（网络协调器）,可以是手持设备,也可以是安装在一个固定位置,供多个楼道共用,其他无线收发分模块Zigbee设置为Router（路由器）,作用是收集用户燃气量数据并转发至Coordinator,在多层（6层以下）住宅楼道安装在一楼,在高层（10层以上）住宅楼,以10楼配置一个Router（路由器）为标准,在楼层中部安装,如20楼的住宅,在7楼和14楼各安装一个Router节点；远程用户终端模块的Zigbee设置为End Device（终端节点）,安装在各用户的燃气表上,可收发数据,但是不能转发数据,抄表频率一般一月一次,且传送距离一定在100米以内,End Device具有低功耗特征,可电池供电,周期性唤醒并执行设定的任务,能满足设计要求.
远程用户终端模块和无线收发模块设计部分实现方法很多,本文不做讨论.
3Zigbee技术应用于抄表的不确定性
Zigbee技术应用于抄表的优点不做赘述,下面阐述三个不确定因素：（1）为Zigbee提供芯片的型号主要是TI公司的CC2430、CC2480、CC2530等芯片,芯片成本基本都在3美金上下,再加上能实现基本功能的最少器件,其成本很难控制在10美金以内,燃气公司和住户可能都不愿独自承担改造费用,颇为尴尬；（2）Zigbee技术采用的频段信号其衍射能力和穿墙能力都较弱.Zigbee模块安装在住户家中,即使是一扇门或一扇窗,也会让信号衰减,一堵墙则更甚.因此,厂家选择使用射频功放,对该信号进行放大来增强它的衍射能力和穿墙能力,可这样又会增加辐射污染,与Zigbee技术低功耗的优点名不副实；（3）Zigbee技术很重要的一个亮点是它的自组网络和自恢复能力强,所以对于温湿度采集、污物采集、矿井定位等应用具有较大的吸引力.而对于无线抄表的应用中,Zigbee模块位置一旦确定,一般情况是不会变动的,强大的自组网功能也就不被应用.
4结语
虽然有很多不确定因素影响着Zigbee技术在无线自动抄燃气表系统中的应用,但是这些不确定因素并不是不可解决的,运行成本还是要比人工抄表方式或其他自动抄燃气表系统大幅降低,效率得到了提高,改造的难度也不大.本系统提出的方案,硬件和软件都能实现,只需针对不同类型的燃气表设计不同的远程终端用户模块得到准确的燃气读数,便可实现无线自动抄表功能.当然,实现该系统还需大量实验去论证和调试,调整合适Zigbee发送信号的功率,以保证无线收发模块采集到的数据更加精准.
参考文献
[1]王凯,彭瑜,郑丽国,等．基于Zigbee无线水表自动抄表系统的研究与设计[J]．自动化仪表,2006,21（1）．
[2]深圳市鼎泰克电子有限公司．ZigBee模块用户手册V6.2[S]．
（责任编辑：陈洁）
无线论文范文结:
关于本文可作为无线方面的大学硕士与本科毕业论文无线论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献下载。