基于zigbee技术的无线抄表系统的研究

论文摘要

在比较了各种抄表系统之后,对于传统的抄表系统,施工周期长,存在布管、穿线等问题,这样大大的浪费了人力和物力,因此急需解决这一问题。Zigbee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术。它依据802.15.4标准,在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。所以zigbee技术在用户计量仪表组网、建立无线自动抄表系统的应用中,具有很好的市场前景。而GPRS无线网络技术由于无需布线、使用安装方便、成本低、监控不受距离、地域、时间的限制,适合批量小数据量的传输,所以广泛的用于远程的无线抄表领域。本论文结合Zigbee技术和GPRS来研究一种新型的无线抄表系统,从而有效的解决了数据的自动采集和数据的无线远传的问题,也方便了抄表中心对电表数据的采集,提高了自动化水平。根据的功能不同,将无线抄表的终端分成采集器、中继器(路由器)及集中器三部分来设计。采集器、中继器及集中器的Zigbee收发模块都是在CC2430的基础上通过扩展外围电路而设计的Zigbee模块,共同组成一个网状的Zigbee网络,完成对电能表数据的采集、传输、转发及汇总。在这一过程中,对Zigbee技术原理、Zigbee协议网络层、Zigbee网络安全等方面进行了较为全面的介绍,同时基于嵌入式uClinux系统下对CC2430进行驱动程序的开发。集中器作为外界访问Zigbee网络的网关,是抄表系统终端的核心单元。为了提高集中器运行速度及兼容性,选用32位ARM9微处理器作为系统的处理器单元,考虑到集中器处理数据量较大及今抄表方式的升级更新,集中器模块还专门设计了存储器电路。选用MC35作为GPRS模块,在这当中,本论文也系统的介绍了一下GPRS网络结构、网络安全设计,画出了GPRS的外围电路的接线图,它构成了无线抄表系统的重要组成部分。最后本论文进行了系统的总结,总结系统存在的不足,指出了以后努力的方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 现有抄表方式
• 1.2.1 人工抄表
• 1.2.2 Ic 卡预付费表
• 1.2.3 有线抄表系统
• 1.2.4 无线抄表系统
• 1.3 论文的主要内容及意义
• 第二章 ZIGBEE 无线通信技术的简介
• 2.1 ZIGBEE 技术原理
• 2.2 ZIGBEE 协议网络层
• 2.2.1 网络层数据实体（NLDE）
• 2.2.2 网络层管理实体（NLME）
• 2.2.3 网络层支持的拓朴结构
• 2.2.4 网络层帧结构
• 2.3 ZIGBEE 应用层协议
• 2.4 ZIGBEE 的工作频率与网络安全
• 2.4.1 工作频率
• 2.4.2 网络安全
• 2.5 几种无线通信技术的比较
• 2.6 ZIGBEE 技术特点
• 2.7 ZIGBEE 技术的未来前景
• 2.8 本章小结
• 第三章 无线抄表系统的GPRS 数据传输
• 3.1 GPRS 技术的介绍
• 3.2 GPRS 网络结构
• 3.3 GPRS 技术特点
• 3.4 GPRS 技术的安全性
• 3.5 本章小结
• 第四章 无线抄表系统的硬件设计
• 4.1 无线抄表系统的组成
• 4.2 ZIGBEE 模块的设计
• 4.2.1 Zigbee 模块使用芯片和芯片的特点
• 4.2.2 Zigbee 模块电路的设计
• 4.2.3 Zigbee 模块的网络构建
• 4.3 GPRS 模块的设计及外围电路
• 4.3.1 GPRS 模块的选择
• 4.3.2 GPRS 模块的外围电路设计
• 4.4 集中器硬件设计
• 4.4.1 集中器电源电路
• 4.4.2 主控制电路图
• 4.4.3 Flash 存储电路图
• 4.4.4 数据存储器
• 4.4.5 外围接口电路
• 4.4.6 JTAG 接口
• 4.4.7 GPRS 模块电路接线图
• 4.5 本章小结
• 第五章 无线抄表系统的软件设计
• 5.1 系统软件的设计
• 5.1.1 嵌入式软件开发流程
• 5.1.2 uClinux 应用过程
• 5.2 ZIGBEE 软件开发平台
• 5.2.11 AR Embedded Workbench 交叉编译器
• 5.2.2 对无线Zigbee 模块的驱动设计
• 5.2.3 Zigbee 协议栈的开发
• 5.3 系统主软件的设计
• 5.3.1 采集程序流程设计
• 5.3.2 中继器程序程流设计
• 5.3.3 集中器程序流程设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录