專利名稱：一種基于Zigbee技術(shù)的開關(guān)量傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種開關(guān)量傳感器，尤其是一種基于Zigbee技術(shù)的開關(guān)量傳感器，屬于物聯(lián)網(wǎng)的感知層技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
物聯(lián)網(wǎng)是人與人、人與物、物與物全面互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。由于物沒有能夠標(biāo)識的“身份證”，因此物與信息是分離的，難以進(jìn)行管理和跟蹤。物聯(lián)網(wǎng)時代就是要使所有物都有自己的“身份證”，通過感知和識讀對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行自動采集，并通過無線傳輸實現(xiàn)信息化的智能管理。物聯(lián)網(wǎng)都擁有自身獨特的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)特征，具有創(chuàng)新性強、產(chǎn)業(yè)鏈條長、輻射面廣、 帶動力強的基本特點，是不同于其他新一代信息技術(shù)的新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)通常由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成，包括數(shù)據(jù)采集、傳感器網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)和協(xié)同信息處理、網(wǎng)絡(luò)通信傳輸、中間件、應(yīng)用集成、信息安全等技術(shù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的感知層技術(shù)，在其發(fā)展起著至關(guān)重要的作用， 因Zigbee技術(shù)特有的低功耗、低復(fù)雜度和低成本的優(yōu)勢，其無疑成為無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信的首先技術(shù)，成功地應(yīng)用到工業(yè)自動控制、智能電網(wǎng)等多個領(lǐng)域之中。Zigbee網(wǎng)絡(luò)由三種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、路由節(jié)點、終端節(jié)點。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器包含所有的網(wǎng)絡(luò)消息，存儲容量大、計算能力最強，發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)、建立一個網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、存儲網(wǎng)絡(luò)節(jié)點信息、尋找一對節(jié)點間的路由消息、不間斷地接收消息；路由節(jié)點是網(wǎng)絡(luò)中的中繼，連接網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點，延伸和擴展網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。終端節(jié)點是只能直接發(fā)消息給網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和路由節(jié)點，所有采集的數(shù)據(jù)信息都經(jīng)過該節(jié)點而進(jìn)入Zigbee 通信網(wǎng)絡(luò)，對處理能力和內(nèi)存的需求低，可進(jìn)入省電模式。在物聯(lián)網(wǎng)中，傳感器將各種物體的物理量或狀態(tài)量轉(zhuǎn)換成電氣量，然后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字量數(shù)據(jù)來進(jìn)行監(jiān)視與控制。其中對開關(guān)量設(shè)備進(jìn)行身份標(biāo)識以及狀態(tài)監(jiān)測與控制是非常重要的部分，目前，通常對外場開關(guān)量的設(shè)備都是通過電纜連入室內(nèi)的保護(hù)設(shè)備，然后通過保護(hù)設(shè)備最終連入物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理中心。該方法存在一些不足首先，開關(guān)量設(shè)備比較多時，大量的電纜將占有更多的空間，尤其是存在多個開入量來表達(dá)和控制設(shè)備的某種狀態(tài)時，合并布置不靈活，也給管理帶來較多復(fù)雜；其次，無發(fā)對開關(guān)量設(shè)備進(jìn)行身份標(biāo)識； 再者，成本上也不具備優(yōu)勢。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是，提供一種開關(guān)量傳感器，具有布置靈活、傳輸距離長、安裝調(diào)試簡單、抗干擾能力強、實用性以及性能價格比高的特點。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種基于Zigbee技術(shù)的開關(guān)量傳感器，包括開入電路和開出電路，其特征在于所述開入電路包括開入端子，開入端子通過開入模件與單片機相連，所述開出電路包括開出端子，開出端子通過開出模件與單片機相連，所述單片機與Zigbee無線射頻模塊相通信。[0008]前述的一種基于Zigbee技術(shù)的開關(guān)量傳感器，其特征在于所述Zigbee無線射頻模塊與功率放大器相連。前述的一種基于Zigbee技術(shù)的開關(guān)量傳感器，其特征在于還包括電源模塊，所述電源模塊為3. 3V電池、直流電源或太陽能電池。前述的一種基于Zigbee技術(shù)的開關(guān)量傳感器，其特征在于所述開入電路和開出電路各為4路。前述的一種基于Zigbee技術(shù)的開關(guān)量傳感器，其特征在于還包括兩個開關(guān)選擇按紐，一個用于選擇是否使用開入合并功能，一個用于選擇是否使用開出合并功能，同時包括兩個檔位選擇按紐，一個用于選擇4路開入中哪幾路用于開入合并，一個用于選擇4路開出中哪幾路用于開出合并。本實用新型的工作原理本實用新型采用Zigbee的無線射頻芯片做為射頻數(shù)據(jù)的收發(fā)處理，使用單片機作為開關(guān)量數(shù)據(jù)的處理以及Zigbee協(xié)議棧的實現(xiàn)，開入開出通用模件。根據(jù)傳輸距離的要求不同，無線射頻芯片可能需要加上功率放大器模塊來增加無線信號傳輸?shù)木嚯x。該傳感器靠近需要采集開關(guān)量信息的設(shè)備布置，在采集設(shè)備的開關(guān)量信息的同時，也提供對該設(shè)備的身份標(biāo)識以及一些附屬信息。被管理設(shè)備通過短引線將開關(guān)量接入本傳感器，由開入邏輯來判斷開關(guān)量的狀態(tài)為高電壓或低電壓，然后通過單片機的輸入引腳來讀取開關(guān)量的狀態(tài)，轉(zhuǎn)化成數(shù)字1或0， 當(dāng)開關(guān)量狀態(tài)發(fā)生變位時，將觸發(fā)單片機將開關(guān)量狀態(tài)數(shù)據(jù)以及設(shè)備的身份標(biāo)識作為應(yīng)用層數(shù)據(jù)，按照Zigbee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，將數(shù)據(jù)打包成IEEE802. 15. 4格式的物理層數(shù)據(jù)包，并驅(qū)動 Zigbee無線射頻模塊將數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼然后經(jīng)由天線發(fā)送到空中接口進(jìn)行傳輸。本開關(guān)量傳感器通過接收無線信號來獲取開出的自動控制命令，由Zigbee無線射頻模塊解碼來自空中接口的信號，解碼后將成為Zigbee物理層的幀格式，由單片機按照 Zigbee標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行解包，得到對設(shè)備的工作狀態(tài)的操作命令，然后通過開出邏輯實現(xiàn)最終的開關(guān)量控制，開關(guān)量控制的結(jié)果一般對會通過開入來反饋執(zhí)行的結(jié)果。本實用新型所達(dá)到的有益效果采用Zigbee技術(shù)來進(jìn)行開關(guān)量狀態(tài)信息的傳輸， 替代傳統(tǒng)的電纜，將采集的過程前置到靠近設(shè)備端，布置靈活可靠、成本低、效率高；同時還提供對每個開入設(shè)備的身份標(biāo)識，方便連入物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃管理；當(dāng)使用多個開入來表達(dá)設(shè)備工作狀態(tài)時，本傳感器能夠?qū)⑦@些開入信號合并成一個數(shù)字來表達(dá)設(shè)備的工作狀態(tài)，大大減少了電纜鋪設(shè)及其復(fù)雜度，同時也降低了成本。該傳感器特別適合用于任何設(shè)備的開關(guān)量狀態(tài)的監(jiān)視與控制，如對電力系統(tǒng)中的斷路器、隔離開關(guān)、變壓器檔位以及柴油發(fā)電機組燃油油箱內(nèi)液位開關(guān)量等。

圖1為本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型的開入部分的電路原理圖；圖3為本實用新型的開出部分的電路原理圖。
具體實施方式
[0020]一種基于Zigbee技術(shù)的開關(guān)量傳感器將開關(guān)量采集與Zigbee無線技術(shù)相結(jié)合， 涉及開入、開出、開入開出數(shù)據(jù)處理以及Zigbee無線信號的發(fā)送與接收。本開關(guān)量傳感器電源有三種方式采用3. 3V電池供電，可用常用的7號電池或紐扣電池，其優(yōu)勢在于電池很容易購買，一般可以使用1-2年左右；5V直流電源供電，根據(jù)不同場合需要配上不同的電源適配器，比如將220V交流轉(zhuǎn)成直流5V的適配器，該適配器可以集成在開關(guān)量傳感器設(shè)備中；如果在露天使用，利用新能源太陽能，將太陽能儲存在儲能電池中，通過儲能電池來供電，當(dāng)儲能電池電能被消耗部分，沒有飽和，則通過吸收太陽能來補充電能，器件采用5V太陽能電池板和DC 5V儲能電池。開入開出邏輯采用光電隔離器件，開入開出電壓5V由開關(guān)量傳感器本身的電源來供電，如果開出電壓5V不滿足要求，可采用開出電壓24V電源供電，同時提供4路開入與 4路開出，更多的開入開出量可以擴充該開入開出邏輯部件來實現(xiàn)，每一路開入都對應(yīng)一個身份標(biāo)識ID。因為開關(guān)量傳感器僅靠被采集的設(shè)備端，所以無需強電110V、220V或380V直流供電開出或開入。在開關(guān)量傳感器面板上提供二個開關(guān)選擇按紐來，一個用于選擇是否使用開入合并功能，一個用于選擇是否使用開出合并功能，同時提供兩個檔位選擇按紐，一個用于選擇 4路開入中，哪幾路用于開入合并，一個用于選擇4路開出中，哪幾路用于開出合并。開入合并后的設(shè)備的標(biāo)識都以第一個開入的標(biāo)識做為設(shè)備的身份標(biāo)識。Zigbee無線射頻模塊實現(xiàn)2. 4G頻段無線信號的發(fā)射與接收、將無線信號解碼成 Zigbee物理層幀數(shù)據(jù)以及將Zigbee物理層幀數(shù)據(jù)編碼成2. 4G無線信號進(jìn)行傳輸?shù)墓δ埽?其編碼解碼的方式遵循IEEE802. 15. 4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)；單片機實現(xiàn)Zigbee標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議棧；功率放大器在發(fā)射時起著功率線性放大的作用，目的是增加無線信號的覆蓋范圍，實現(xiàn)Zigbee 協(xié)議數(shù)據(jù)的更長距離的傳輸與通信。上面三者結(jié)合可以放入一塊SoC的芯片之中，市面也有些比較成熟的芯片廠商，如freescale、TI和Jermic等，本實用新型采用JermiC5148的芯片來實現(xiàn)。綜上所述，采用本實用新型后，能夠有效利用近距離無線傳輸?shù)膬?yōu)勢靈活布置、 可靠傳輸、低成本等，充分結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)，將采集前置于設(shè)備端，采用Zigbee技術(shù)來承載開關(guān)量、自動控制以及其他的狀態(tài)和身份標(biāo)識等信息，減少了對電纜采購、布置與管理的需求，同時也減少了對強電開入的需求。本發(fā)明特別適用于開關(guān)量設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測與自動控制，如斷路器、隔離開關(guān)、變壓器檔位、柴油發(fā)電機組燃油油箱內(nèi)液位開關(guān)量等。由此可見，本發(fā)明具有顯著性進(jìn)步和優(yōu)化提高的特點，其應(yīng)用前景非常廣闊。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例子而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與裝飾，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于Zigbee技術(shù)的開關(guān)量傳感器，包括開入電路和開出電路，其特征在于所述開入電路包括開入端子，開入端子通過開入模件與單片機相連，所述開出電路包括開出端子，開出端子通過開出模件與單片機相連，所述單片機與Zigbee無線射頻模塊相通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Zigbee技術(shù)的開關(guān)量傳感器，其特征在于所述 Zigbee無線射頻模塊與功率放大器相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Zigbee技術(shù)的開關(guān)量傳感器，其特征在于還包括電源模塊，所述電源模塊為3. 3V電池、直流電源或太陽能電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Zigbee技術(shù)的開關(guān)量傳感器，其特征在于所述開入電路和開出電路各為4路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于Zigbee技術(shù)的開關(guān)量傳感器，其特征在于還包括兩個開關(guān)選擇按紐，一個用于選擇是否使用開入合并功能，一個用于選擇是否使用開出合并功能，同時包括兩個檔位選擇按紐，一個用于選擇4路開入中哪幾路用于開入合并，一個用于選擇4路開出中哪幾路用于開出合并。
專利摘要本實用新型公開了一種基于Zigbee技術(shù)的開關(guān)量傳感器，包括開入電路和開出電路，其特征在于所述開入電路包括開入端子，開入端子通過開入模件與單片機相連，所述開出電路包括開出端子，開出端子通過開出模件與單片機相連，所述單片機與Zigbee無線射頻模塊相通信。本實用新型采用Zigbee技術(shù)來進(jìn)行開關(guān)量狀態(tài)信息的傳輸，替代傳統(tǒng)的電纜，將采集的過程前置到靠近設(shè)備端，布置靈活可靠、成本低、效率高。
文檔編號G01R31/327GK202166724SQ20112025911
公開日2012年3月14日 申請日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月21日
發(fā)明者劉亮, 張笑天, 張雷, 徐大可, 楊春瑜, 賴曉璐 申請人:國電南京自動化股份有限公司