基于近程无线集中抄表系统的研制

论文摘要

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,它在家用系统控制、楼宇自动化、工业监控等诸多领域都具有广阔的市场空间。相比之下,蓝牙、WLAN、GSM等无线通讯技术,由于协议复杂、成本高、耗电量大等原因,在上述应用领域中的推广和应用都有一定的困难。ZigBee有自己的一套基于IEEE 802.15.4的无线电标准,它有一个显著特点就是在一个ZigBee无线网络中,每个传感器就是一个终端,他们只需要很低的功耗,就能以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,从而使数千个微小的传感器之间相互协调实现通信,因此它的通信效率非常高。本文通过比较传统人工抄表、IC卡预付费表、有线抄表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,将成为未来集中抄表系统发展的趋势。同时,文章对无线局域网(wLAN)、GSM/GPRS、蓝牙技术、等无线通信技术作了分析,得出了Ziggee技术具有协议简单、成本低、功耗小、组网容易等优点,非常适合应用于无线自动抄表系统的结论。在这种背景下,本文选择基于ZigBee网络无线电表集中抄表系统设计这一课题为主要研究方向,归纳起来,主要的研究工作包括:ZigBee网络无线电表集中抄表系统设计中硬件方案的选择及主要便件电路的实现;供电电源中电池的选择;应用层数据传输格式应遵守的规约;ZigBee协议中数据结构的组织和组网技术;讨论了一些网络路由算法的可川性、面临的问题、各种路由方案的电能消耗,并针对这些问题提出了一些改进措施。最后,总结了全文并提出了未来的工作方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 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 几种无线通信标准的性能比较
• 2.2 ZigBee协议
• 2.2.1 协议的架构
• 2.2.2 物理层
• 2.2.3 MAC层
• 2.2.4 网络层
• 2.2.5 应用层
• 3 总体设计
• 3.1 系统框图
• 3.2 户用计量仪表基本框图
• 3.3 集中器与管理单位的数据交换
• 4 硬件设计
• 4.1 电能计量解决方案
• 4.2 无线传输解决方案
• 4.3 锂电池的应用
• 4.3.1 几种仪表电源解决方案
• 4.3.2 锂电池技术
• 4.3.3 锂电池的选择
• 5 软件的设计
• 5.1 数据传输要求
• 5.2 网络体系结构
• 5.2.1 两种功能类型设备
• 5.2.2 三种节点类型
• 5.2.3 三种网络拓扑结构
• 5.2.4 两种工作模式
• 5.3 组网技术
• 5.4 网络路由算法
• 5.4.1 沿树路由方法（tree routing）
• 5.4.2 戴克私德拉（Dijkstra）算法
• 5.4.3 AODV路由算法及其改进
• 5.4.4 基于能量考虑的路由算法
• 5.4.5 选择路由算法
• 6 实验分析和结果
• 6.1 前提条件
• 6.2 功能测试
• 6.3 组网分析
• 6.4 实验结果与分析
• 7 结论与后续工作
• 7.1 主要结论
• 7.2 后续研究工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文