论文题目: 基于ZigBee技术的无线自动抄表系统
论文类型: 硕士论文
论文专业: 控制理论与控制工程
作者: 朱洲
导师: 曹长修
关键词: 自动抄表,锂亚硫酰氯,低速率,无线网络
文献来源: 重庆大学
发表年度: 2005
论文摘要: ZigBee 是一个最近新出现的无线通信技术,在家用系统控制、楼宇自动化、工业监控领域具有广阔的市场空间。ZigBee 的物理层和数据链路层由IEEE 802.15.4 工作组制定,高层(网络层、数据安全性及互边互通应用)由ZigBee 联盟负责。蓝牙、WLAN 技术,由于协议复杂、成本高、耗电等,在上述应用领域中的推广应用遇到较大的困难。ZigBee 技术在户用计量仪表组网,建立无线自动抄表系统,具有很好的市场前景,但是还有很多具有挑战性的问题需要解决。其中包括电源问题、各层协议的节能机制、自组织自适应网络组网等问题。本文将在亲身参加户用计量仪表开发研究的基础上,参考国外许多专家学者提出的一些协议,对该问题进行进一步的研究。本文通过比较传统人工抄表、IC 卡预付费表、有线抄表系统及无线抄表系统的优缺点,认为无线抄表系统以其技术先进、易于实现、传输速率高、可靠性高、成本造价低、易于普及等特点,将成为未来发展的趋势。作者对无线局域网(WLAN)、GSM/GPRS、蓝牙技术、WirelessUSB LR 技术等无线通信技术作了分析,得出了ZigBee 技术具有协议简单、成本低、功耗小、组网容易等优点,最适合应用于无线自动抄表系统的结论。作者还研究了ZigBee 技术的基本原理,深入分析了物理层、媒体访问控制层、网络层、应用层等各层协议。给出了无线自动抄表系统的结构框图、各部分在系统中的功能以及户用计量仪表的原理框图、基本电路图、主要硬件选型,研究了各种自动抄表系统的组网技术,提出一种实用的组网方案。由于无线自动抄表系统中的仪表要依靠自身携带的电池供电,寿命需达数年且更换不方便,因此选用合适的内置电池显得至关重要。锂-亚硫酰氯电池以其极低的自放电、较大的容量、出色的高低温性能,完全能够满足户用计量仪表长期使用的要求。本文研究了锂电池有关技术及选型注意项,对长期困扰设计者的锂亚硫酰氯电池的“电压滞后”问题作了深入研究,通过大量试验比较了几种解决方案的优劣。得出了周期性小电流冲击方法能改善“电压滞后”问题的结论,并给出了两组可行的参数:每10 天以约100mA 的电流冲击10s 或每3s 以6mA 的电流冲击5ms 两种方式。降低能量消耗、延长仪表电池存活时间涉及到ZigBee 的各层协议,本文分析研究了物理层、媒体访问控制层、网络层的有效的节能问题。论文对现有各种节能技术在本系统中应用的可能性深入研究后发现:物理层可以根据网络节点位置、
论文目录:
中文摘要
英文摘要
目录
1 绪论
1.1 研究背景
1.2 现有抄表方式
1.2.1 人工抄表方式
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 论文组织结构
2 ZigBee 通信协议介绍
2.1 几种无线通信技术的比较
2.1.1 无线局域网(WLAN)
2.1.2 GSM/GPRS
2.1.3 蓝牙技术
2.1.4 ZigBee 技术
2.1.5 WirelessUSB LR 技术
2.1.6 几种无线通信标准的性能比较
2.2 ZigBee 协议
2.2.1 物理层
2.2.2 MAC 层
2.2.3 网络层
2.2.4 应用层
3 无线抄表系统的硬件实现
3.1 系统框图
3.1.1 户用计量仪表基本框图
3.1.2 集中器与管理单位的数据交换
3.2 锂电池的应用
3.2.1 几种仪表电源解决方案
3.2.2 锂电池技术
3.2.3 锂电池的选择
3.2.4 克服锂电池电压滞后的影响
3.3 流量信号的转换
3.4 主要硬件电路
4 数据传输要求
4.1 应用层数据格式
4.2 组网特性分析
5 ZigBee 各层协议的节能机制
5.1 物理层节能机制
5.2 MAC 层节能机制
5.2.1 报文驱动的节能机制
5.2.2 时间驱动的节能机制
5.3 网络层节能机制
5.3.1 最小传输功率路由(MTPR)
5.3.2 最小电池耗费路由(MBCR)
5.3.3 最小最大电池耗费路由(MMBCR)
5.3.4 受限的最小最大电池容量路由(CMMBCR)
5.3.5 最小能量消耗率路由(MDR)
5.4 应用层节能机制
6 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 后续研究工作的展望
致谢
参考文献
附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文
独创性声明
学位论文版权使用授权书
发布时间: 2005-11-07
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