全网全功能Zigbee无线抄表系统的设计与实现

论文摘要

随着信息化程度的提高,传统的人工抄表方式实时性差、准确率低的缺点越来越突出,已经成为水电气等管理部门信息化的瓶颈。无线抄表是指采用无线网络技术和通信技术自动读取和处理仪表数据的一种手段,是提高自动化水平的需要,也是网络技术和通信技术迅速发展的必然。它不仅可以缓解抄表人员的劳动强度,降低人为因素造成的抄表差错,而且具有抄收速度快,抄表实时性好等优点。Zigbee是一种新兴的近距离、复杂度低、低功耗、低速率、低成本的无线网络技术。其主要的技术特点包括：省电,成本低,网络容量大,时延短,安全可靠,工作频段灵活等。这些优点正好可以满足无线抄表系统的需求。本文首先分析了课题的背景,比较了现有抄表方式的特点,并阐述了基于Zigbee抄表的优势及国内外研究现状。其次从物理层、MAC层、网络层和应用层四个层次结构上剖析了Zigbee协议栈的层次功能和数据传输模式等。接着重点阐述了Zigbee无线抄表系统总体设计方案,包括系统的整体框架,各模块功能设计及设计方案的优势等。接下来,从组网方式、路由协议、路由建立与组网过程等方面详细研究了Zigbee网络,并设计出本文无线抄表系统的网络传输机制和格式等。最后为Zigbee无线抄表系统的实现,通过硬件节点及开发环境,对各模块进行了软件流程设计与开发,并给出测试与验证结果,证明了本文Zigbee无线抄表系统设计方案的可行性。作为实际应用系统的前期原理性实现,目前小范围实验网络运行良好,完成了预期的目标,该系统为无线Zigbee网络研究提供了一个新颖的系统开发平台。基于Zigbee的无线抄表系统具有很大的应用空间,它不仅可以加强能量消费的管理和统计,而且能够提高能量供应效率。这一技术能够有效改进电力部门的管理水平,全面实施该抄表系统具有重大的社会和经济价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 现有抄表方式及特点
• 1.3 基于Zigbee无线抄表的优势
• 1.4 课题关键点和研究目标
• 1.5 论文组织结构
• 第二章 Zigbee协议研究
• 2.1 Zigbee协议层次规范
• 2.1.1 物理层
• 2.1.2 MAC层
• 2.1.3 网络层
• 2.1.4 应用层
• 2.2 本章小结
• 第三章 Zigbee无线抄表系统总体设计方案
• 3.1 系统需求分析
• 3.1.1 市场需求分析
• 3.1.2 技术需求分析
• 3.2 系统方案设计
• 3.2.1 系统架构设计
• 3.2.2 系统功能实现
• 3.2.3 各功能模块设计
• 3.2.4 系统设计创新点
• 3.3 设计方案优势
• 3.4 本章小结
• 第四章 Zigbee通信网络研究与实现
• 4.1 Zigbee组网技术
• 4.1.1 Zigbee组网方式
• 4.1.2 Zigbee组网过程
• 4.2 Zigbee网络路由技术
• 4.2.1 Zigbee路由协议
• 4.2.2 Zigbee路由建立过程
• 4.2.3 Zigbee路由选择和维护
• 4.2.4 改进的路由协议及比较
• 4.3 无线抄表系统网络层设计
• 4.3.1 Zigbee网络软件层次模型
• 4.3.2 Zigbee网络寻址
• 4.3.3 Zigbee网络传输帧格式
• 4.3.4 Zigbee网络数据结构组织
• 4.3.5 Zigbee网络信道选择
• 4.4 本章小结
• 第五章 Zigbee无线抄表系统实现
• 5.1 开发平台与开发环境
• 5.1.1 硬件开发平台
• 5.1.2 软件开发平台
• 5.1.3 开发环境
• 5.2 各节点软件流程设计
• 5.2.1 数据采集器的设计
• 5.2.2 楼栋集中器的设计
• 5.2.3 区域集中器的设计
• 5.2.4 中心集中器的设计
• 5.3 测试与验证
• 5.3.1 组网实验
• 5.3.2 数据传送实验
• 5.3.3 网络通信质量的测试及分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录