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基于ZigBee无线网络的电力抄表系统的设计与实现

作　者: 谢生锋
导　师: 杨立身
学　校: 河南理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 自动抄表 ZigBee协议网状结构 IP-Link模块
分类号: TM764
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着电力行业的自动化程度越来越高,自动抄表技术正在改变着传统的抄表方式,自动抄表能减少抄表所需的人力、物力代价,为电力部门提供更科学的管理和决策。本文在对几种自动抄表技术进行分析比较的基础上,提出了将ZigBee无线通信技术应用于自动抄表中的方案。通过对ZigBee的网络结构和协议栈的详细介绍,同时结合实际应用的要求,设计了基于ZigBee的无线抄表监控系统的总体架构。该系统既能实现自动抄取整点电量数据的功能,同时还能通过发送指令查看电能表的实时信息。系统采用网状结构的ZigBee网络和以太网组成混合网络,由采集终端、路由器、集中器、上位机软件、后台服务器、数据中心和Web管理系统等部分组成,论文分别对集终端、路由器和集中器进行了硬件和软件设计,其中在硬件设计时,采用AVR单片机作为核心处理器,IP-Link 1221-2264作为无线通信的ZigBee模块。系统用VB设计了上位机软件和后台服务器,上位机软件实现了计算机和单片机之间的串口通信,同时把接收的串口数据经处理后存储在本地数据库中,由后台服务器读取处理后,写入到数据中心,用ASP.NET语言设计了B/S结构的前台Web管理系统,是用户操作的前台界面,可以对电量数据进行查看与分析,同时还可以发送实时监控指令对集中器和采集终端进行控制。最后论文对系统进行了测试与分析,验证了该方案的可行性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-9
1 引言  9-15
  1.1 项目背景  9
  1.2 国内外研究现状  9-13
  1.3 论文研究的主要内容与现实意义  13
  1.4 论文的结构安排  13-15
2 ZigBee 技术介绍  15-29
  2.1 ZigBee 技术概述  15-16
  2.2 ZigBee 网络结构  16-18
    2.2.1 ZigBee 设备类型  16
    2.2.2 ZigBee 网络拓扑结构  16-18
  2.3 ZigBee 协议栈结构和原理  18-26
    2.3.1 IEEE802.15.4 物理层  19-21
    2.3.2 IEEE802.15.4 MAC 层  21-23
    2.3.3 ZigBee 网络层  23-25
    2.3.4 ZigBee 应用层  25-26
  2.4 ZigBee 技术的应用  26-28
    2.4.1 ZigBee 技术在煤矿井下定位领域的应用  26-27
    2.4.2 ZigBee 技术在智能家居领域的应用  27-28
  2.5 小结  28-29
3 无线抄表监控系统总体设计  29-33
  3.1 系统功能  29
  3.2 系统架构  29-33
4 无线抄表监控系统硬件设计  33-53
  4.1 采集终端节点硬件设计  33-46
    4.1.1 ZigBee 模块的选型  33-37
    4.1.2 主处理器的选型  37-40
    4.1.3 采集终端电路设计  40-46
  4.2 路由器设计  46-48
    4.2.1 路由器电路设计  46-47
    4.2.2 ZigBee 模块路由算法  47-48
  4.3 集中器电路设计  48-51
    4.3.1 ATmega162_16AI 及其外围电路设计  48-49
    4.3.2 ZigBee 模块及其外围电路设计  49-50
    4.3.3 RS-232 电平转换电路设计  50-51
  4.4 小结  51-53
5 无线抄表监控系统软件设计  53-73
  5.1 单片机程序  53-63
    5.1.1 ZigBee 模块配置  53-55
    5.1.2 嵌入式开发工具介绍  55-56
    5.1.3 采集终端软件设计  56-60
    5.1.4 集中器软件设计  60-63
  5.2 上位机软件设计  63-66
    5.2.1 上位机软件开发工具及开发方法介绍  63-64
    5.2.2 上位机软件实现  64-66
  5.3 后台服务器软件设计  66-68
    5.3.1 后台服务器的实现方法  66-67
    5.3.2 后台服务器的程序实现  67-68
  5.4 Web 管理系统  68-72
    5.4.1 B/S 结构开发工具介绍  68-70
    5.4.2 系统实现  70-72
  5.5 小结  72-73
6 系统性能测试与分析  73-77
  6.1 整点电量数据测试分析  73-76
  6.2 实时监控测试分析  76-77
7 总结与展望  77-79
  7.1 工作总结  77
  7.2 未来展望  77-79
参考文献  79-81
作者简历  81-83
学位论文数据集  83-84
详细摘要  84-85

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