基于ZigBee和Meter-Bus技术的自动抄表系统的研究及实现

论文摘要

随着互联网技术、通信技术的高速发展,传统的抄表方式已不能满足当今社会的需求。对于传统人工抄表系统,存在施工周期长、布线难度大、成本高等问题,同时这样也大大浪费了人力物力,十二五提出节能新型产业,因此急需解决这一能耗问题。ZigBee技术是近几年非常热的一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的无线网络技术,主要用于短距离、功耗低且速率不高的各种电子设备之间进行数据双向传输,所以ZigBee技术在仪表计量组网、无线自动抄表领域应用比较广泛。低功耗、低成本的ZigBee技术正好符合当今社会低能耗、绿色环保的发展趋势。Meter-Bus总线技术具有传输距离长,通信波特率灵活、抗干扰能力强的特点,其在仪表自动抄读领域得到了广泛的应用。本文结合ZigBee无线组网技术和Meter-Bus总线技术,研究了一种近距离、中小覆盖范围的自动抄表系统,从而有效解决了传统抄表系统中存在的一些弊病,同时也提高了效率,降低了能耗。根据功能的不同,将自动抄表系统分为集中器、路由器、线号器三部分。本篇论文首先介绍了抄表系统的国内外发展背景,ZigBee技术的发展历程,ZigBee网络拓扑结构、Z-Stack协议栈各层功能以及Meter-Bus总线技术的特点。其次,论文着重阐述了自动抄表系统的组网方式、操作系统的软件流程、各功能模块的软件设计流程、协议栈的软件架构以及详细讲述了线号器实现的功能、硬件电路的设计原理及电路板的制作,同时还介绍了基于CC2530试验平台的集中器、路由器的硬件设计原理及软件设计流程并对整个系统做了能效分析,最后,论文对系统作了总结,总结该系统存在的不足,并指出了系统设计的后续工作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究的背景
• 1.2 国内外抄表系统的发展状况
• 1.3 本论文的创新点
• 1.4 本论文研究的主要内容及意义
• 第二章 ZigBee无线通信技术及Meter-Bus总线技术简介
• 2.1 ZigBee技术简介
• 2.2 ZigBee技术与其它短距离无线技术的比较
• 2.2.1 红外（IrDA）
• 2.2.2 Wi-Fi
• 2.2.3 Home RF（家庭无线局域网）
• 2.2.4 蓝牙
• 2.3 ZigBee网络拓扑结构
• 2.3.1 星形拓扑结构
• 2.3.2 树簇形拓扑结构
• 2.3.3 对等拓扑结构
• 2.4 ZigBee协议栈
• 2.4.1 IEEE 802.15.4通信层
• 2.4.2 ZigBee网络层
• 2.4.3 ZigBee应用层
• 2.5 ZigBee2007/PRO特性
• 2.6 ZigBee设备类型
• 2.6.1 协调器（coordinator）
• 2.6.2 路由器（router）
• 2.6.3 终端设备（end-device）
• 2.7 Meter-Bus总线技术
• 2.7.1 Meter-Bus仪表总线简介
• 2.7.2 Meter-Bus仪表总线的功能特点
• 2.7.3 Meter-Bus仪表总线的工作原理简介
• 第三章 无线抄表系统的整体设计方案及能效分析
• 3.1 系统整体方案设计
• 3.2 系统功能描述
• 3.3 系统各功能模块设计说明
• 3.4 基于ARQ技术的无线传感网能效分析
• 3.4.1 ARQ技术简介
• 3.4.2 基于ARQ技术的能效分析
• 第四章 系统硬件设计
• 4.1 系统CPU介绍
• 4.1.1 无线单片机CC2530简介
• 4.1.2 CPU电源管理
• 4.2 路由器硬件设计
• 4.3 线号器硬件设计
• 4.3.1 电源电路设计
• 4.3.2 Meter-Bus调制解调电路原理设计
• 4.4 集中器硬件试验平台
• 第五章 系统软件设计
• 5.1 软件开发平台介绍
• 5.2 系统软件架构分析
• 5.2.1 操作系统设计流程
• 5.2.2 操作系统入口函数
• 5.2.3 用户处理函数
• 5.3 集中器应用层软件说明
• 5.4 线号器应用层软件说明
• 5.5 路由器软件说明
• 5.5.1 端点（Endpoint）
• 5.5.2 簇（Cluster）
• 5.5.3 路由（Router）
• 5.5.4 路由选择协议
• 5.5.5 路径的寻找和选择
• 5.5.6 路径保持与维护
• 5.5.7 多对一路由协议
• 5.5.8 Z-Stack中的ZDO模块
• 5.5.9 路由器软件配置流程
• 第六章 系统测试
• 6.1 系统联调方式
• 6.2 系统测试结果
• 第七章 总结与展望
• 附录A 路由器电路板实物
• 附录B 线号器按键和射频子板电路图
• 附录C 线号器电路板实物
• 附录D 集中器电路板实物
• 附录E 仪表测试台
• 参考文献
• 在学期间研究成果
• 发表论文
• 获奖情况
• 致谢