悅動ZigBee模塊在無線電力抄表系統中的應用__

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應用設計

悅動ZigBee模塊在無線電力抄表系統中的應用

上海悅動電子科技有限公司

2009/7/7 14:59:00

一、應用需求

傳統的電力系統手工抄表費時、費力，準確性和及時性得不到可靠的保障，電力企業管理類軟件就不能獲得足夠詳細和準確的原始數據。行業的實際需求促進了自動抄表系統的技術和應用的不斷發展。

二、行業現狀

目前的自動抄表系統，從數據傳輸角度劃分，可分為有線(PLC)、無線兩大類，這兩大類抄表系統各有其適用的應用領域，但就抄表系統的投資、建設、維護等幾方面而言，無線抄表系統顯然具有更大優勢。

1）現有的電力線載波通信的抄表系統已經在不少地方有比較大規模的應用。但是由于PLC抄表系統的速度慢，準確率比較低，加上我們國家的電網干擾比較厲害（尤其是一些山寨手機充電器這類不符合電氣要求的開關電源的大量在線使用對整個電力線載波通信時一個很大的干擾。嚴重的已經導致電表數據不能正常的抄回。更不要講新標準里的更多業務的開展。

2）抄表系統對無線通訊數據的傳輸和保存有著很高的要求，即數據可靠性要求很高；抄表系統可以擺脫人工抄表的辦法，利用數據通訊協議傳輸數據；基于以上原因，要求設計的自動無線遠傳抄表系統應該具有計量準確、通信可靠、抄表方便、功耗低等遠程抄表系統的優點，以及節省人力、遠程監控、遠程維護的功能。隨著無線通信技術的不斷發展，近年來出現了面向低成本設備無線聯網要求的技術，稱之為zigbee，它是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術，主要適合于自動控制、遠程控制領域及家用設備聯網，我們采用zigbee技術和GPRS/CDMA技術結合，可以為電表的無線抄表提供很好的解決方案。

三、Zigbee技術簡介

zigbee是一種無線連接技術的商業化命名，該無線連接技術主要解決低成本、低功耗、低復雜度、低傳輸速率、近距離的設備聯網應用。

國際上，IEEE802.15.4工作組及zigbee聯盟共同致力于該無線連接技術的推廣工作，其中，IEEE802.15.4工作組主要負責制定zigbee物理層及MAC層的協議，其余協議主要參照和采用現有標準，以便于今后不同廠商設備的互聯互通； zigbee聯盟則負責高層應用及市場推廣工作。而于2002年成立的zigbee聯盟如今已經吸引了上百家芯片公司、無線設備公司的加入。目前，Freescale、TI等國際巨頭都已推出了比較成熟的zigbee開發平臺。

ZigBee標準基于802.15.4協議棧而建立，具備了強大的設備聯網功能，它支持三種主要的自組織無線網絡類型，即星型結構、網狀結構(Mesh)和簇狀結構(Cluster tree)，特別是網狀結構，具有很強的網絡健壯性和系統可靠性。

圖二 ZIGBEE網狀網絡結構

MESH網狀網絡結構特點

1）系統采用多跳式路由通信

2）網絡容量很大

3）可以跨越很大的物理空間，適合距離較遠比較分散的結構

MESH網狀網絡拓撲結構的網絡具有強大的功能，網絡的所有實體只有要通信范圍之內，都可以互相通信，如果沒有直接通路，還可以通過“多級跳”的方式來通信；該拓撲結構還可以組成極為復雜的網絡；除此之外，網絡還具備自組織、自愈功能。

Zigbee技術特點

1）通信可靠: zigbee采用了CSMA－CA的碰撞避免機制，同時為需要固定帶寬的通信業務預留了專用時隙，避免了發送數據時的競爭和沖突；MAC層采用了完全確認的數據傳輸機制，每個發送的數據包都必須等待接收方的確認信息；

2)網絡的自組織、自愈能力強:zigbee的自組織功能：無需人工干預，網絡節點能夠感知其他節點的存在，并確定連接關系，組成結構化的網絡； zigbee自愈功能：增加或者刪除一個節點，節點位置發生變動，節點發生故障等等，網絡都能夠自我修復，并對網絡拓撲結構進行相應地調整，無需人工干預，保證整個系統