專利名稱：基于ZigBee無(wú)線通信功能的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，尤其涉及一種基于ZigBee無(wú)線通信功能的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前在我國(guó)，對(duì)于耗能計(jì)量表的抄表方式還多為人工入戶抄表，且歸各個(gè)管理部分收費(fèi)，這種抄表方式工作勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，管理費(fèi)用高，入戶抄表難度大，且存在安全隱患等。針對(duì)這些問(wèn)題。在國(guó)務(wù)院《中國(guó)住宅戶年品發(fā)展綱要》中也明確提出:實(shí)現(xiàn)方便查表，不干擾住戶，使大量人工查表工作逐步過(guò)渡到數(shù)字化傳送，開(kāi)發(fā)智能化的水、電、氣、熱計(jì)量裝置及接口箱柜，從〃十一五〃中，已經(jīng)開(kāi)展了遍及全國(guó)15個(gè)省、區(qū)的47個(gè)城市己開(kāi)始試驗(yàn)工作:在集中采暖的新建居住建筑系統(tǒng)中，推行溫度調(diào)節(jié)和戶用熱量計(jì)裝置，按熱量計(jì)量收費(fèi)的系統(tǒng)。同時(shí)，我國(guó)四大家用能耗表(水表、電表、燃?xì)獗?、熱量?的抄表方式還多為人工入戶抄表和IC卡抄表，此種抄表存在入戶抄表難、繳費(fèi)不方便、綜合管理費(fèi)用高等缺點(diǎn)，而目前發(fā)達(dá)國(guó)家已多采用遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表。隨著通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展，遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表方式將逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)抄表方式，這樣可將耗能計(jì)量表的管理統(tǒng)一到物業(yè)中心，大大節(jié)省人力、物力和財(cái)力，且可實(shí)時(shí)監(jiān)控耗能表的使用情況，有利于管理部門(mén)管理，同時(shí)將物業(yè)中心的計(jì)算機(jī)和銀行管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，由銀行扣除費(fèi)用，真正實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了解決上述問(wèn)題，提供一種基于ZigBee無(wú)線通信功能的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)監(jiān)控、上傳，方便網(wǎng)絡(luò)查詢、繳費(fèi)等。本實(shí)用新型是 通過(guò)以下方案實(shí)現(xiàn)的:基于ZigBee無(wú)線通信功能的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，包括智能表、中心節(jié)點(diǎn)、傳輸單元、抄表中心，所述智能表與所述中心節(jié)點(diǎn)通過(guò)ZigBee協(xié)議進(jìn)行通信，所述中心結(jié)點(diǎn)通過(guò)傳輸系統(tǒng)與所述抄表中心進(jìn)行通信，其中:智能表具有數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)，接收指令和發(fā)送數(shù)據(jù)的功能，可對(duì)計(jì)量對(duì)象進(jìn)行計(jì)量、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，或接收中心節(jié)點(diǎn)發(fā)送的指令并按照指令的要求完成相應(yīng)的動(dòng)作；中心節(jié)點(diǎn)具有建立、協(xié)調(diào)、配置整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的功能，可設(shè)置定期向終端智能表發(fā)送數(shù)據(jù)采集請(qǐng)求、接收數(shù)據(jù)、并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，可通過(guò)GPRS/CDMA等網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送到抄表中心；傳輸單元在抄表中心和中心節(jié)點(diǎn)間建立連接橋梁，將抄表中心的指令傳送到中心節(jié)點(diǎn)，再將中心節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送到抄表中心；抄表中心通過(guò)傳輸單元向中心節(jié)點(diǎn)發(fā)出指令，對(duì)中心節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、整理、計(jì)算、顯示、打印。進(jìn)一步的，所述遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)在距中心節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)的地方還設(shè)置有數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，所述數(shù)據(jù)采集點(diǎn)起數(shù)據(jù)上傳下送的中繼作用，可將中心節(jié)點(diǎn)發(fā)出的命令轉(zhuǎn)發(fā)給智能表、接收智能表返回的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)給中心節(jié)點(diǎn)，具有存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的功能。進(jìn)一步的，所述智能表、數(shù)據(jù)采集點(diǎn)、中心節(jié)點(diǎn)之間采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。進(jìn)一步的，所述智能表包括傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、MCU、ZigBee模塊、電源模塊。進(jìn)一步的，所述中心節(jié)點(diǎn)包括ZigBee模塊、32位的嵌入式微處理器、存儲(chǔ)模塊及外圍部分。進(jìn)一步的，所述中心節(jié)點(diǎn)與智能表之間采用信標(biāo)使能方式通信。進(jìn)一步的，所述傳輸單元為GPRS。本實(shí)用新型的具有以下優(yōu)點(diǎn):(I)本實(shí)用新型采用智能表自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，無(wú)需手工抄表，大幅度地減少了人工成本和交通費(fèi)用。(2)本實(shí)用新型在距中心節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)的地方還設(shè)置有數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，所述智能表、數(shù)據(jù)采集點(diǎn)、中心節(jié)點(diǎn)之間采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，大大提高了整個(gè)抄表系統(tǒng)的可靠性。(3)本實(shí)用新型采用ZigBee技術(shù)，具有協(xié)議簡(jiǎn)單，無(wú)需布線，快速組網(wǎng)，傳輸可靠，數(shù)據(jù)安全性高等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)監(jiān)控、上傳，實(shí)現(xiàn)更加方便的遠(yuǎn)程抄表、網(wǎng)絡(luò)查詢、繳
費(fèi)。

圖1為本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的示意圖。圖2為智能表的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，基于ZigBee無(wú)線通信功能的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，包括智能表、中心節(jié)點(diǎn)、傳輸單元、抄表中心，所述智能表與所述中心節(jié)點(diǎn)相連，所述中心結(jié)點(diǎn)通過(guò)傳輸系統(tǒng)與所述抄表中心相連。如圖2所示，智能表主要由傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、MCU、ZigBee模塊、電源部分等組成，其中MCU通過(guò)傳感器、相應(yīng)的信號(hào)調(diào)理電路對(duì)計(jì)量對(duì)象的脈沖信號(hào)進(jìn)行采集、處理并存儲(chǔ)。本文重點(diǎn)介紹MCU與ZigBee模塊之間的通信，其它部分的通信可采用現(xiàn)有的脈沖表技術(shù)實(shí)現(xiàn)。智能表具有數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)，接收指令和發(fā)送數(shù)據(jù)的功能，可對(duì)計(jì)量對(duì)象進(jìn)行計(jì)量、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，或接收中心節(jié)點(diǎn)發(fā)送的指令并按照指令的要求完成相應(yīng)的動(dòng)作。ZigBee射頻模塊采用飛卡爾思開(kāi)發(fā)的MC13192芯片，符合802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，具有標(biāo)準(zhǔn)的4線SP1、可編程的時(shí)鐘、可編程的輸出功率、超低功耗、多種工作方式等特性，支持星型和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，工作于2.4GHz頻段。ZigBee模塊內(nèi)部主要集成了模擬接收發(fā)射、數(shù)字調(diào)制解調(diào)、片內(nèi)頻率合成、電源管理、接口等部件，以及33個(gè)可以通過(guò)SPl接口訪問(wèn)的16位寄存器。MCU選用飛卡爾思的MC9S08GB60芯片，此芯片與Mc 13192有良好的兼容性，可提供較穩(wěn)定的技術(shù)支持，是一款8位、低功耗、高性能的微處理器。MC9S08GB60芯片具有60kB的Flash和4kB的RAM空間，足夠存放ZigBee的協(xié)議棧，以及運(yùn)行簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序。MC9S08GB60有多種工作模式，有8個(gè)10位A/D轉(zhuǎn)換器，多個(gè)I/O數(shù)據(jù)線，2個(gè)串行通信接口(SCI)和標(biāo)準(zhǔn)的4線串行外圍接口(SPI)。[0027]在距中心節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)的地方還設(shè)置有數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，數(shù)據(jù)采集點(diǎn)在無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中主要充當(dāng)中繼器，將中心節(jié)點(diǎn)發(fā)送的指令轉(zhuǎn)發(fā)給終端智能表，或?qū)⒔K端智能表的數(shù)據(jù)上傳給中心節(jié)點(diǎn)，從而使網(wǎng)絡(luò)具有延伸性，傳輸?shù)木嚯x更遠(yuǎn)。通信時(shí)，數(shù)據(jù)采集點(diǎn)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析.并判斷地址包含在自己的路由表中時(shí)，則為接收的數(shù)據(jù)選擇最佳路徑，并轉(zhuǎn)發(fā)出去，路由算法采用A0DV，這些功能可通過(guò)ZigBee協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)采集點(diǎn)主要由ZigBee模塊、微控制器、存儲(chǔ)模塊等部分組成。數(shù)據(jù)采集點(diǎn)也采用ZigBee協(xié)議，MCU上集成了 ZigBee協(xié)議，應(yīng)用層軟件主要實(shí)現(xiàn)串口初始化、MC13192的參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)的接收與轉(zhuǎn)發(fā)?；赯igBee技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)有3種:星型網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)、簇型網(wǎng)絡(luò)。通常小區(qū)中使用星型網(wǎng)絡(luò)即可形成一個(gè)由中心節(jié)點(diǎn)和終端智能表組成的抄表系統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)?？紤]列小區(qū)中有的智能表離中心節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)傳輸可靠性低，因此，采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。智能表、數(shù)據(jù)采集點(diǎn)、中心節(jié)點(diǎn)之間采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，大大提高了整個(gè)抄表系統(tǒng)的可靠性和傳輸速度。中心節(jié)點(diǎn)是ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器，負(fù)責(zé)啟動(dòng)、配置、協(xié)調(diào)整個(gè)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)以及整個(gè)小區(qū)與抄表中心的數(shù)據(jù)傳輸。中心節(jié)點(diǎn)通過(guò)以太網(wǎng)或GPRS等通信網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)上傳到抄表中心。可見(jiàn)，在網(wǎng)絡(luò)中，中心節(jié)點(diǎn)又相當(dāng)于一個(gè)接入點(diǎn)，需要進(jìn)行ZigBee無(wú)線網(wǎng)與其它網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議轉(zhuǎn)換?？偟膩?lái)說(shuō)，中心節(jié)點(diǎn)是負(fù)責(zé)終端智能表的管理及協(xié)調(diào)ZigBee無(wú)線網(wǎng)與其它網(wǎng)絡(luò)之間通信的關(guān)鍵部件。中心節(jié)點(diǎn)主要由ZigBee模塊、32位的嵌入式微處理器、存儲(chǔ)模塊及外嗣部分等組成。中心節(jié)點(diǎn)定期查詢、自動(dòng)抄寫(xiě)各智能表的數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)保存在存儲(chǔ)器中，供抄表中心定期讀取。因此，中心節(jié)點(diǎn)需要較大容量的存儲(chǔ)器，一般需外擴(kuò)存儲(chǔ)器?？紤]到終端智能表的ZigBee模塊長(zhǎng)時(shí)間處于非工作狀態(tài)，本實(shí)用新型的中心節(jié)點(diǎn)與終端智能表之間采用信標(biāo)使能方式通信。中心節(jié)點(diǎn)定時(shí)廣播信標(biāo)幀，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備均通過(guò)中心節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信標(biāo)幀完成同步，且設(shè)備之間按基于時(shí)槽的CSMA — CA信道訪問(wèn)機(jī)制進(jìn)行通信。終端設(shè)備和數(shù)據(jù) 采集點(diǎn)的射頻模塊只在廣播信標(biāo)幀時(shí)被喚醒，并偵聽(tīng)信標(biāo)中的地址。如果沒(méi)有偵聽(tīng)到本地址，則轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)；如果含有設(shè)備本身的地址，則終端設(shè)備向中心節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)幀，中心節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)幀后即發(fā)送一個(gè)確認(rèn)幀給智能表。中心節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，若正確，則要求下一個(gè)智能表發(fā)送數(shù)據(jù)；若中心節(jié)點(diǎn)未在規(guī)定時(shí)間接收到數(shù)據(jù)、或接收到的數(shù)據(jù)校驗(yàn)錯(cuò)誤，則要求智能表重新發(fā)送數(shù)據(jù)。智能表如果未在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)接收到確認(rèn)幀，則智能表重新發(fā)送數(shù)據(jù)，直到確認(rèn)為止。中心節(jié)點(diǎn)與終端智能表之間采用信標(biāo)使能方式通信，更加節(jié)能，效率更高。傳輸單元在抄表中心和中心節(jié)點(diǎn)間建立連接橋梁，將抄表中心的指令傳送到中心節(jié)點(diǎn)，再將中心節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送到抄表中心；抄表中心通過(guò)傳輸單元向中心節(jié)點(diǎn)發(fā)出指令，對(duì)中心節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、整理、計(jì)算、顯示、打印。傳輸單元可以采用GPRS，或CDMA，或以太網(wǎng)。GPRS是目前解決移動(dòng)通信信息服務(wù)的一種較完美的業(yè)務(wù)，它是基于GPRS以數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi)、覆蓋范圍廣泛、數(shù)據(jù)傳輸速度更快。GPRS的推出，為行業(yè)和企業(yè)用戶開(kāi)展無(wú)線管理提供了基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)，為推動(dòng)移動(dòng)管理的應(yīng)用和發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。與有線網(wǎng)絡(luò)相比，GPRS網(wǎng)絡(luò)具有租用費(fèi)用低、移動(dòng)信息監(jiān)管，不受地域制約等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型采用ZigBee技術(shù)，具有協(xié)議簡(jiǎn)單，無(wú)需布線，快速組網(wǎng)，傳輸可靠，數(shù)據(jù)安全性高等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)監(jiān)控、上傳，解決了水、電、氣三表采用傳統(tǒng)的手工和半手工方式抄送存在的費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi) 用高等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)更加方便的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表、網(wǎng)絡(luò)查詢、繳費(fèi)。
權(quán)利要求1.基于ZigBee無(wú)線通信功能的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，其特征在于:它包括智能表、中心節(jié)點(diǎn)、傳輸單元、抄表中心，所述智能表與所述中心節(jié)點(diǎn)通過(guò)ZigBee協(xié)議進(jìn)行通信,所述中心結(jié)點(diǎn)通過(guò)傳輸系統(tǒng)與所述抄表中心進(jìn)行通信，其中: 智能表具有數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)，接收指令和發(fā)送數(shù)據(jù)的功能，可對(duì)計(jì)量對(duì)象進(jìn)行計(jì)量、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，或接收中心節(jié)點(diǎn)發(fā)送的指令并按照指令的要求完成相應(yīng)的動(dòng)作； 中心節(jié)點(diǎn)具有建立、協(xié)調(diào)、配置整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的功能，可設(shè)置定期向終端智能表發(fā)送數(shù)據(jù)采集請(qǐng)求、接收數(shù)據(jù)、并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，可通過(guò)GPRS/CDMA等網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送到抄表中心； 傳輸單元在抄表中心和中心節(jié)點(diǎn)間建立連接橋梁，將抄表中心的指令傳送到中心節(jié)點(diǎn)，再將中心節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送到抄表中心； 抄表中心通過(guò)傳輸單元向中心節(jié)點(diǎn)發(fā)出指令，對(duì)中心節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、整理、計(jì)算、顯示、打印。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee無(wú)線通信功能的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，其特征在于:所述遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)在距中心節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)的地方還設(shè)置有數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，所述數(shù)據(jù)采集點(diǎn)起數(shù)據(jù)上傳下送的中繼作用，可將中心節(jié)點(diǎn)發(fā)出的命令轉(zhuǎn)發(fā)給智能表、接收智能表返回的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)給中心節(jié)點(diǎn)，具有存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于ZigBee無(wú)線通信功能的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，其特征在于:所述智能表、數(shù)據(jù)采集點(diǎn)、中心節(jié)點(diǎn)之間采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3任一項(xiàng)所述的基于ZigBee無(wú)線通信功能的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，其特征在于:所述智能表包括傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、MCU、ZigBee模塊、電源模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3任一項(xiàng)所述的基于ZigBee無(wú)線通信功能的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，其特征在于:所述中心節(jié)點(diǎn)包括ZigBee模塊、32位的嵌入式微處理器、存儲(chǔ)模塊及外圍部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3任一項(xiàng)所述的基于ZigBee無(wú)線通信功能的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，其特征在于:所述中心節(jié)點(diǎn)與智能表之間采用信標(biāo)使能方式通信。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3任一項(xiàng)所述的基于ZigBee無(wú)線通信功能的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，其特征在于:所述傳輸單元為GPRS。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于ZigBee無(wú)線通信功能的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，它包括智能表、中心節(jié)點(diǎn)、傳輸單元、抄表中心，所述智能表與所述中心節(jié)點(diǎn)通過(guò)ZigBee協(xié)議進(jìn)行通信，所述中心結(jié)點(diǎn)通過(guò)傳輸系統(tǒng)與所述抄表中心進(jìn)行通信，其中智能表具有數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)，接收指令和發(fā)送數(shù)據(jù)的功能，中心節(jié)點(diǎn)具有建立、協(xié)調(diào)、配置整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的功能，可通過(guò)GPRS/CDMA等網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送到抄表中心，抄表中心通過(guò)傳輸單元向中心節(jié)點(diǎn)發(fā)出指令，對(duì)中心節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、整理、計(jì)算、顯示、打印。本實(shí)用新型采用智能表自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，無(wú)需手工抄表，大幅度地減少了人工成本和交通費(fèi)用。本實(shí)用新型采用ZigBee技術(shù)，具有協(xié)議簡(jiǎn)單，無(wú)需布線，快速組網(wǎng)，傳輸可靠，數(shù)據(jù)安全性高等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)更加方便的遠(yuǎn)程抄表、網(wǎng)絡(luò)查詢、繳費(fèi)。
文檔編號(hào)G08C17/02GK203118198SQ20132005440
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月31日
發(fā)明者李雙龍, 陳志盛, 余濤 申請(qǐng)人:長(zhǎng)沙理工大學(xué)